produccion, distribucion y tratamiento del aire · 2018. 11. 19. · 1.- producciÓn, distribuciÓn...

CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS

1.- PRODUCCIÓN, DISTRIBUCIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE

El componente principal de producción de aire es, sin lugar a dudas, el compresor. Este elemento se encarga de captar el aire atmosférico de su entorno, elevar la presión del mismo y, después, alimentar el depósito y la canalización principal. Existen compresores de distintos tipos, que veremos mas adelante.

El aire, tal y como sale del compresor, es prácticamente inutilizable ya que lleva en suspensión impurezas atmosféricas, agua y restos de aceite, además de obtenerse a alta temperatura debido al proceso de compresión. Ello significa que en el grupo de producción deben estar presentes también otros componentes auxiliares que hagan, con su presencia, que el aire pueda ser utilizado sin problemas en los diferentes consumidores.

Antes de ser conducido a las canalizaciones finales, el aire comprimido es almacenado en depósitos y acumuladores que, además de asegurar un cierto abastecimiento, eliminan las fluctuaciones de presión que se producen, tanto en los compresores, como en las maquinas de concepción neumática.

Aunque las tendencias modernas se inclinan hacia la posibilidad de utilizar aire no lubricado en los circuitos, todavía predomina y, posiblemente durante cierto tiempo, el aire con un tratamiento final en la entrada de los circuitos, como filtrado de impurezas, decantado del agua en suspensión y lubricado mediante partículas de aceite finamente dispersas en el seno del mismo.

COMPRESORES O GENERADORES DE AIRE COMPRIMIDO

Son, como se ha dicho, los componentes principales de toda la cadena de producción de aire comprimido. Normalmente, y a nivel industrial, se montan en un recinto especialmente acondicionado, aunque existen también equipos generadores portátiles de tamaño reducido o mediano que se transportan al lugar del consumo. El caso que aquí interesa más es el de instalación fija, que es el que predomina en la mayor parte de las fabricas. Generalmente unos y otros son alimentados por motores eléctricos, aunque pueden ser alimentados también por motores térmicos, sobre todo los portátiles.

Podemos clasificar a los compresores en dos grupos:

• Compresores alternativos

• Compresores rotativos

COMPRESOR ALTERNATIVO DE EMBOLO

El compresor de émbolo es, como se ha indicado, el de más difusión en el mercado debido sobre todo a que existen de todos los tamaños posibles y capaces de proporcionar desde los más pequeños caudales, hasta caudales superiores a los 500 m3/min. En cuanto a presiones, se consiguen hasta los 4 bar en los de más baja presión y etapa de comprensión, y hasta 15 bar en los de dos etapas. Existen también de tres o más etapas de compresión que proporcionan presiones superiores, pero para aplicaciones especiales sin interés en la materia que nos ocupa.

Los más usados industrialmente son los de una o dos etapas, pudiendo estar dotados o no de refrigeración forzada alrededor de la camisa y en la salida de presión. El refrigerante suele ser agua o aceite que se hace circular mediante una bomba de cualquier tipo. Los que no van dotados de circulación forzada de refrigerante, se proyectan con delgadas aletas en el cuerpo de la cámara de compresión con

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objeto de aumentar la superficie de radiación de calor hacia el exterior. En los de mayor tamaño se instala un ventilador que ayuda a dichas aletas a obtener una evacuación mas enérgica del calor desarrollado.

El funcionamiento es similar al de los motores de combustión interna, pero sin ningún tipo de explosión. En la figura se muestra un compresor de pistón de una etapa. En un eje giratorio solidario al motor, va calada la excéntrica o manivela (8) que acciona a la biela (7) produciendo un movimiento alternativo en el pistón (6). Cuando el pistón desciende, aspira el aire de la atm6sfera a través del conducto (1) y de la válvula de aspiración (2). Mientras tanto, la válvula de escape (3) se encuentra cerrada. Al llegar el pistón al límite de su carrera inferior, la válvula (2) se cierra y, con ambas válvulas cerradas, el embolo inicia la comprensión del aire del interior de la cámara (5). Cuando dicho aire se comprime hasta el máximo, la válvula (3) se abre y el aire a presión es expulsado a la red a través del conducto (4).

El funcionamiento del compresor de dos etapas es similar, pero con dos unidades de comprensión parecidas, y con el segundo pistón de menor diámetro. En la primera fase el aire se comprime de 4 a 6 bar aproximadamente y en la segunda entre 10 y 15 bar. Ambas unidades son accionadas, por un eje como puede apreciarse.

COMPRESORES ROTATIVOS

En estos generadores, la presión del aire se consigue por el giro de un rotor o de otro elemento que de diversas formas consigue aspirar el aire del exterior, comprimirlo y después enviarlo al depósito o acumulador de la línea general. Con respecto a los alternativos, ofrecen la importante ventaja de que son menor ruidosos y, por tanto, lentamente van introduciéndose en el mercado y ganando terreno a los de émbolo.

Dejando aparte los ejemplares más singulares de estos generadores, destacaremos aquí los más conocidos tradicionalmente, como el rotativo de paletas o multicelular, los turbocompresores, y los de más reciente incorporación en el mercado, como los de tornillo y los de uña.

Los compresores de paletas proporcionan presiones de hasta unos 4 bar para los de una etapa, y unos 8 bar para los de dos etapas. En la figura 3.4. se muestra un compresor de este tipo de una etapa solamente. Constan esencialmente de un rotor excéntrico (2) que gira en el interior del cuerpo (4) provisto de la toma del aire (5) y de la tobera de salida (1). Sobre dicho rotor se aloja una serie de paletas radiales deslizantes (3), que por la acción de la fuerza centrifuga, o de resortes, presionan continuamente a las paredes del alojamiento ocasionando así la debida estanqueidad. Como puede apreciarse, se crea una serie de células de aire entre cada dos paletas, consecutivas, cuyo volumen se va reduciendo comprimiéndose así el aire hasta la salida por la conducción correspondiente.

La característica más importante de este compresor frente a los de embolo es lo poco ruidoso que resulta y la uniformidad del caudal suministrado.

En la figura se muestra de forma esquemática un compresor de tornillo, donde el aire es aspirado de la atmósfera por el conducto (1). Al girar los dos tornillos helicoidales (2)y (3) de perfiles de diente cóncavo y convexo, comprimen el aire y lo impulsan ha la salida (4).

ELEMENTOS AUXILIARES DEL COMPRESOR

El grado de pureza del aire comprimido puede ser decisivo para el correcto funcionamiento de los dispositivos neumáticos. Los delicados componentes que se utilizan, ya sean

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válvulas, cilindros, reguladores, etc, hacen que su duración y buen funcionamiento cotidiano, dependan de la calidad de dicho fluido. Para obtener un cierto grado de calidad, es preciso dotar al compresor de una serie de elementos que filtren al aire de impurezas, lo enfríen y después liberen de alguna forma el agua que contiene.

En la figura se muestra lo que podría ser un equipo convencional instalado con el mismo compresor. Como puede apreciarse, el aire atmosférico es aspirado a través del filtro, el cual se encarga de retener las impurezas que posee el aire en su seno. Los mecanismos del compresor deben ser engrasados con aceite, que crea los inconvenientes antes mencionados. Lo primero que se hace es separar dicho aceite residual del aire, en los denominados separadores, y restituirlo al circuito de lubricación. Según la capacidad del compresor, el aceite de lubricación es bombeado a través de un circuito donde es filtrado y después enfriado en los radiadores correspondientes, por aire o por intercambiadores de calor. El aire desprovisto ya de la mayor parte de aceite residual, es pasado por un radiador donde, también por aire o por intercambiadores de calor, es enfriado hasta que finalmente un decantador de humedad se encarga de separar el agua que posee.

Pero el proceso de purificación del aire no termina ahí, sino que lo largo de la

instalación, y hasta el propio punto de consumo, todavía continua.

Finalmente y en la entrada del fluido hacia la maquina, se monta todavía un grupo de tamaño reducido que purifica el aire definitivamente, filtrándolo nuevamente y eliminando la humedad que todavía contiene, además de lubricarlo deliberadamente con aceite especialmente preparado para este fin.

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2.- ACTUADORES NEUMÁTICOS

CILINDROS NEUMATICOS

Son los componentes neumáticos que mediante el uso del aire comprimido, generan un movimiento rectilíneo de avance o retroceso.

Generalmente se dividen en cilindros de simple efecto y cilindros de doble efecto.

Cilindro de simple efecto

Reciben el aire a presión por una de las cámaras, que suele ser la que produce trabajo, desplazando el vástago. El retroceso se produce de forma mecánica, bien por la acción de la gravedad sobre masas solidarias al vástago bien por la acción de un resorte.

Cilindro de doble efecto

Pede recibir el aire por las dos cámaras, lo que le permite realizar trabajo en la carrera de avance y en la de retroceso del vástago. Son los mas utilizados.

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CILINDROS DE DOBLE VÁSTAGO

Este tipo de cilindros tiene un vástago corrido hacia ambos lados. La guía del vástago es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanece constante.

AMORTIGUACIÓN

En los accionamientos neumáticos que son ejecutados a velocidades importantes y la masa trasladada es representativa, se producen impactos del émbolo contra la camisa que liberan gran cantidad de energía que tiende a dañar el cilindro. En estos casos, es evidente que la regulación de velocidad alargaría la vida del componente pero al mismo tiempo restaría eficacia al sistema. Como solución, se presentan los actuadores con amortiguación interna. Estos disponen e unos casquillos de amortiguación concebidos para ser alojados en las propias culatas del cilindro

ACTUADORES DE GIRO

Los actuadores rotativos son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:

Actuadores de giro limitado, que son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón – cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).

Motores neumáticos, que son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.

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A continuación se explican detalladamente los 3 principales actuadores de giro que podemos encontrar en el mercado, los cuales representan a motores y actuadores de giro limitado.

ACTUADOR DE PALETAS

Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cámaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de movimiento angular limitado. Tal y como podemos apreciar en la figura, el funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire comprimido a una de sus cámaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y cuando exista diferencia de presión con respecto a la cámara contraria (generalmente comunicada con la atmósfera). Si la posición es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido contrario.

ACTUADOR PIÑÓN - CREMALLERA

En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia la izquierda o hacia la derecha, según el sentido del émbolo. Los ángulos de giro corrientes pueden ser de 45º, 90º, 180º, 290º hasta 720º.

Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste que ajusta la carrera del vástago.

MOTORES DE PALETAS

Como ya hemos comentado anteriormente, los motores neumáticos son los encargados de la transformación de la energía neumática en energía mecánica (movimiento rotatorio constante).

Dentro de la variada gama de motores neumáticos, los más representativos son los del tipo “de paletas”, también conocidos como “de aletas”. Debido a su construcción sencilla y peso reducido, su aplicación se ha extendido bastante en los últimos años.

Su constitución interna es similar a la de los compresores de paletas, es decir, un rotor ranurado, en el cual se alojan una serie de paletas, que gira excéntricamente en el interior del estator. En estas ranuras se deslizan hacia el exterior las paletas o aletas por acción de la fuerza centrífuga cuando se aplica una corriente de aire a presión.

En estos actuadores no tiene sentido la clasificación de simple o doble efecto, si bien, dependiendo de la construcción de estas paletas el motor podrá girar en uno o dos sentidos. Los motores de paletas son fabricados para potencias entre 0,1 y 20 CV. El número de revoluciones en vacío oscila entre 1000 y 5000 r.p.m., siendo frecuentemente utilizados en herramientas portátiles neumáticas (como taladradoras, esmeriladoras, etc.).

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3.- VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS Y DE MANDO

Las válvulas son elementos concebidos para controlar el arranque, parada, dirección y sentido del flujo de aire en un circuito neumático. Cumplen la función de válvulas distribuidoras cuando se utilizan para gobernar todo tipo de actuadores, bien sean lineales como los cilindros, rotativos como los motores neumáticos, o pinzas. Como válvulas de mando o pilotaje, se emplean en general para gobernar de forma directa o indirecta, las válvulas distribuidoras anteriores. Estas válvulas de mando o pilotaje, se montan en los circuitos en paneles de mando, para ser manipuladas voluntariamente por el operador de la máquina, o bien se montan cerca de los actuadores, para ser pulsadas mecánicamente por dichos elementos. Unas y otras válvulas funcionan bajo el mismo principio y con la misma representación simbólica. Solo se diferencian en los circuitos, por la función que cada una de ellas cumple y también, a veces, por el tipo de mando.

Aunque existen dos tipos de válvulas según la forma constructiva, válvulas de corredera y de asiento, esto no importa al confeccionar el circuito neumático donde solo interesa la labor que dichas válvulas desempeñan. El símbolo para representarlas solo indica su función de una forma muy simple, sin importar para nada la forma interior característica de cada modelo o cada fabricante en cuestión.

Las válvulas distribuidoras y de mando pueden ser de dos o tres posiciones, y de dos o más vías. Se designan mediante dos números que indican las vías y las posiciones válvula 3/2 quiere decir que tiene 3 orificios o vías y 2 posiciones Las posiciones se representan por un cuadrado así, dos cuadrados pegados el uno al otro representan una válvula de 2 posiciones, y tres cuadrados representan una válvula de 3 posiciones. En neumática, el caso mas frecuente es el de las válvulas distribuidoras y de mando de 2 posiciones.

Las vías de una válvula se representan por las entradas o salidas que están unidas a uno de los cuadrados. Estas vías son orificios, roscados o no, que comunican con el exterior. Se excluyen aquí los orificios empleados para el pilotaje, si es que la válvula lleva incorporado este tipo de mando.

En la figura 6.2. (a) se representa una valvula de 2 posiciones y 4 orificios o conexiones con el exterior. En (b) se representa una conexión general; en (c) conexión con toma de presión; en (d) un escape con tubo conectable a la atmósfera, y en (e) el mismo escape pero directo a la atmósfera o al exterior. Todas estas vías o conexiones con el exterior se representan en el cuadro que representa la posición de reposo o inactiva del circuito. A veces, a las conexiones u orificios se les denominan también vías. Dentro de cada cuadrado se representan las líneas de flujo del aire con el sentido de circulación, los cierres de paso y la unión de algunos conductos. Así, en la figura 6.3 se muestran diferentes formas de sentido del flujo (a), cierre de paso (b) y unión de los conductos en un punto (c). En (e) se indica le válvula clásica 3/2 de 2 posiciones y 3 orificios o vías, donde puede apreciarse toma presión, el sentido del flujo y el escape a la atmósfera. En (e) se muestra el símbolo de una válvula 4/3 de 3 posiciones y 4 vías, con posición central cerrada en los 4 orificios.

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1 posición 2 posiciones 3 posiciones


En el siguiente cuadro se tienen algunos ejemplos de válvulas distribuidoras, indica el tipo de válvula.

La localización de cada uno de los orificios del distribuidor se realiza según un código que utiliza números o letras, según se indica a continuación.

TIPOS DE VÁLVULAS SEGÚN SU ACCIONAMIENTO

La primera clasificación que podemos realizar es dependiendo de si el mando es directo o a distancia. En el directo el órgano de mando está en la propia válvula, en el de a distancia, el órgano de mando está separado de la válvula, como sucede en los mandos neumáticos y eléctricos.

La clasificación más importante se establece según la fuente de energía que activa los componentes de mando. Los mandos pueden ser:

• Manuales

• Mecánicos

• Neumáticos

• Eléctricos

VÁLVULAS DE ACCIONAMIENTO MANUAL

Las válvulas de accionamiento manual son aquellas que para su funcionamiento requieren la acción voluntaria del operador.

Normalmente estas válvulas de accionamiento manual se instalan en pupitres de mandos, donde se centralizan varias de ellas, o bien se sitúan en lugares aparte donde puedan manipularse con facilidad por el operador de la máquina. Atendiendo a los modelos más usuales se pueden clasificar en válvulas de pulsador, de llave. de palanca y otras.

Los principales accionamientos manuales son:

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Representa las siguientes válvulas distribuidoras:

Válvula 3/2 Normalmente cerrada, accionamiento por pulsador y retorno por muelle

Válvula 3/2 Normalmente abierta, accionamiento por pedal y retorno por muelle

Válvula 5/3 de accionamiento por palanca y punto intermedio con vías cerradas

Válvula 3/2 Normalmente abierta, accionamiento por palanca y retorno por muelle

VÁLVULAS DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO

Las válvulas de accionamiento mecánico son activadas por un mecanismo en movimiento o por el vástago del propio cilindro. Al igual que las de accionamiento manual, la mayoría son de pequeño tamaño y se emplean como válvulas detectoras de posición. Al igual que en las anteriores, existen también de mayor tamaño que gobiernan directamente los cilindros, pero usadas con menor frecuencia. En general se usan las de pequeño tamaño para gobernar distribuidores de cilindros de mando neumático.

En la figura se muestran tres de las formas mas usadas en el mando de estas válvulas. En (a) se muestra una válvula de pulsador de ataque frontal. Para que se produzca la conmutación en la válvula es preciso un pequeño recorrido; después de éste existe una carrera de seguridad que, bajo ningún concepto debe ser sobrepasada por el mecanismo de accionamiento. Es, por tanto, preciso un tope mecánico exterior que limite la carrera del mecanismo.

El problema anterior de posible arrastre de la válvula por el mecanismo si uno u otro no están perfectamente ajustados, queda resuelto con el uso de válvulas de ruleta como las mostradas en (b) y (c). Ambos mandos se accionan por topes con rampa inclinada, como el mostrado en (d). Entre ambas existe una diferencia importante a pesar de ser accionadas de la misma forma. La válvula mostrada en (b) permite el accionamiento en los dos sentidos de marcha, tal y como indican las flechas. En cualquiera de los dos sentidos que pase la rampa inclinada del tope, la válvula es accionada de la misma manera.

La válvula (c) solo permite el accionamiento en un solo sentido, en este caso en el que indica la flecha. En el otro no actúa neumáticamente, aunque mecánicamente sea pulsada también. Es debido al brazo articulado de la ruleta que queda escamoteado descendiendo la roldana, pero no el vástago de actuación. Por esta razón se denominan válvulas de ruleta abatible o escamoteable.

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VÁLVULAS DE PILOTAJE NEUMATICO

El pilotaje neumático consiste en accionar una válvula a distancia aprovechando la fuerza que produce el aire a presión. Esta fuerza se utiliza para desplazar el núcleo de la válvula y producir la conmutación de las vías.

Permiten realizar acciones de forma autónoma sin la manipulación manual en combinaciones con las descritas en el punto anterior.

ELECTROVÁLVULAS

El mando electromagnético de una válvula se utiliza cuando la señal procede de un final de carrera eléctrico, de un presostato o de un dispositivo eléctrico. A través de este tipo de mando la señal eléctrica es transformada en una señal neumática destinada a accionar el mecanismo de cierre o apertura de las distintas vías de las válvulas.

Las de mando directo, son válvulas de pequeño formato. Son elementos que constan esencialmente de un cuerpo de válvula (3), de la bobina electromagnética (1) y del núcleo móvil (4), provisto de los asientos de cierre. Aunque la presentada en la figura es de accionamiento electromagnético por un lado y retorno por muelle, existen también con dos bobinas, una para cada posición. La alimentación de dichas bobinas, tanto para las directas, como para las servopilotadas, puede hacerse con corriente alterna o con corriente continua.

Para las de altena, las tensiones disponibles son de 24, 48, 110, 220, y 240V. En corriente continua existe una gama mas restringida, limitada a 24, 48, y 110v.

Como puede apreciarse en la figura, al cerrar el contacto eléctrico (2) de alimentación de la bobina (1), se crea un campo magnético con una fuerza axial suficiente como para vencer la acción del resorte y atraer al núcleo (4). Se abre así el paso de (P) hacia (A) y se cierra a la vez la salida (R). Al dejar de alimentar la bobina, el resorte hace volver el núcleo a su posici6n de reposo y se cierra el paso de (P) a (A), comunicando este último orificio con la salida a la atmósfera de (R).

También existen válvulas servopilotadas, en las que en una sola unidad existen dos válvulas diferentes, una para el mando o pilotaje, y la otra para distribuir el fluido.

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Ejercicios

Realiza los circuitos con el funcionamiento indicado.

Un cilindro de simple efecto sale cuando se pulsa un pulsador y retorna al dejar de pulsar.

Un cilindro de simple efecto sale sale si no pulsamos nada y retorna al pulsar un pedal.

Un cilindro de doble efecto sale o entra en función de una palanca.

Un cilindro de doble efecto sale al pulsar un pulsador y retorna cuando alcanza un rodillo.

Un cilindro de doble efecto tiene un movimiento alternativo de entrada salida controlado por dos válvulas de rodillo.

Un cilindro de simple efecto sale al pulsar un pulsador eléctrico.

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4.- REGULACIÓN, CONTROL Y BLOQUEO

En los temas precedentes se han estudiado componentes neumáticos que son fundamentales en esta materia, como cilindros y otros tipos de actuadores, y también las válvulas capaces de controlar el movimiento de los vástagos o ejes de salida de dichos componentes. Son los primeros elementos que se tienen en cuenta al diseñar circuitos y, a veces, son suficientes como para hacer funcionar circuitos muy elementales. Los dispositivos que aquí van a estudiarse están considerados como complementarios, pero se apreciará más adelante que, a medida que el circuito se va haciendo más complejo, se hacen imprescindibles también.

Sin ellos no es posible un control del caudal del fluido ni de la presión del mismo; no podría impedirse el paso de aire en un sentido, ni acelerar tampoco la salida de aire al exterior en un cilindro neumático.

VÁLVULA ANTIRRETORNO

Las válvulas antirretomo son elementos neumáticos que permiten la circulación libre del flujo en un sentido, pero bloquean el paso en sentido contrario.

Pueden ser de asiento de bola, o de asiento cónico, así como llevar incorporado o no, un resorte antagonista. Si son de resorte, el fluido tendrá que vencer una cierta resistencia capaz de abrir el paso en el sentido libre. El funcionamiento, como puede apreciarse, es muy sencillo. En el sentido de la flecha circulará el aire líbremente cuanto haya vencido la mencionada resistencia, mientras que el sentido contrario no será nunca posible. A medida que aumenta la presión en el sentido del bloqueó, el cierre está más garantizado ya que se comprime más el asiento.

VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL

El caudal o cantidad de fluido que pasa por una conducción es fácilmente regulable, simplemente estrangulando el paso, o lo que es lo mismo, disminuyendo la sección del conducto. Este caudal puede ser regulado en ambos sentidos, o bien, en uno de ellos solamente. En este último caso la válvula lleva incorporada una antirretorno en el propio cuerpo, que produce el paso libre en un sentido actuando en paralelo con la estrangulación.

En la figura primera se muestra una válvula reguladora de caudal bidireccional, llamada también válvula estranguladora. El caudal es regulado a voluntad desde cero hasta el máximo permitido, simplemente girando el mando (a). Como puede apreciarse el flujo es regulado por igual en los dos sentidos de circulación.

En la segunda figura se representa una válvula reguladora de caudal unidireccional. Son las más utilizadas para el control de la velocidad de los actuadores, debido a que en un sentido regulan el caudal del flujo y en el otro no. El mando (a) permite este control cuando el aire circula desde la entrada (2), hacia la salida (1). La antirretorno impide el paso por esta vía paralela. Cuando el fluido circula desde (1) a (2) lo hace libremente a través de la vía de la antirretorno. Para ello tiene que vencer la pequeña resistencia que ofrece el resorte incorporado.

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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN

Las válvulas reguladoras de presión se encargan en un circuito de controlar la presión del fluido, desde un valor cero hasta el máximo que proporcione la red de distribución.

La regulación de la presión se logra comprimiendo más o menos el resorte (2) para ello se emplea el tomillo roscado (1) manipulado desde el exterior. Para vencer la acción del muelle es preciso ejercer una fuerza sobre (3) y hacia arriba, que será proporcional a la presión de (P). Cuando se ha alcanzado cierta presión, el asiento (3) abre y el fluido circula hacia la salida (A).

VÁLVULA DE SECUENCIA

El funcionamiento de la válvula de secuencia es similar al de una válvula reguladora de presión, aunque la de secuencia es algo más compleja, como podrá apreciarse. El aire en las de secuencia no escapa al exterior sino que se aprovecha para realizar una determinada función.

En la figura puede verse la constitución interna de una de estas válvulas. Cuando la presión en (x) alcanza un determinado valor, fijado voluntariamente, la presión de (P) comunica con la salida (A). En reposo, el orificio (A) comunica con el de la presión atmosférica (R).

Atendiendo a su configuración interior, puede apreciarse que la válvula está formada por un bloque principal (1), donde se alojan el pistón (4), el pequeño vástago (5), la bola de cierre (6) y los correspondientes resortes de recuperación. En la posición indicada, o lo que es lo mismo, sin presión de aire en (x), la entrada de presión por (P) se halla obstruida por la bola (6) y comunica (A) con (R). Al existir presión en (x), la presión de la cámara (2) actúa sobre la membrana elástica (3) y la deforma haciendo descender al pistón (4) y al vástago (5). Este último acciona a la bola (6) comunicando (P) con la salida (A). A su vez la salida (R) queda obstruida.

VÁLVULA SELECTORA DE CIRCUITO (FUNCIÓN OR)

Las válvulas selectoras de circuito son elementos empleados cuando es preciso una señal de presión de salida obtenida desde dos puntos de entrada diferentes. La función que cumplen estas válvulas es similar a la que cumplen dos interruptores eléctricos ubicados en lugares distintos, para encender una determinada lámpara. Estas válvulas no cumplen la función de esos interruptores, pero sí hacen posible esta tarea como elemento intermedio. En la figura se muestra un selector de circuito con asiento de bola; si el aire entra por (P) del orificio de la derecha, comprime la bola contra su asiento del otro lado y sale libremente por (A). Si ahora entra por (P) del orificio de la izquierda, la presión desplaza la bola hasta el asiento de la derecha, lo cierra, y sale también por (A). Cualquiera de las dos señales de entrada produce la señal de salida hacia un elemento consumidor cualquiera.

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VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD (FUNCIÓN AND)

En la figura 7.10 se muestra una válvula de simultaneidad de asiento plano. Generalmente se utilizan como elementos de seguridad, en mandos en los cuales es preciso ocupar las manos del operador cuando se acciona una máquina o mecanismo que represente peligro para él, como ocurre en algunas prensas. Pero también se emplea para otros usos dentro de los circuitos. La señal de salida en (A) sólo es posible si están presentes a la vez, las dos señales de entrada en (P). Si sólo hace acto de presencia una de las señales de entrada, la salida queda bloqueada al presionar el pistón sobre el asiento plano correspondiente. Las presiones de entrada pueden ser idénticas; o bien de valores diferentes. Si ambas presiones (P) son del mismo valor, la corredera qua equilibrada y la señal de entrada de ambas se transmite a la salida (A). Si una de las presiones es mayor, se producirá un desplazamiento de la corredera y dicha señal quedará bloqueada por el cierre que se produce en el asiento correspondiente.

VÁLVULA DE ESCAPE RÁPIDO

En ciertas aplicaciones de la neumática es preciso que los vástagos de los cilindros alcancen la máxima velocidad posible. En estos casos los componentes neumáticos por los que circula el aire, como válvulas distribuidoras, racores, tubos y otros, deben proyectarse con generosidad en lo que se refiere a la sección del paso del fluido. Con ello el aire circula con mayor rapidez al tener que vencer menos resistencias. El problema se presenta en los conductos de escape, ya que en éstos el aire está sometido solamente a la contrapresión del empuje de la cámara activa del cilindro. Esta contrapresión es de escaso valor y por tanto el aire tarda un cierto tiempo en evacuarse al exterior, sobre todo si tiene que recorrer toda la tubería de retorno y pasar por la válvula correspondiente. Esta dificultad en el retorno se soluciona con la incorporación en el racor de salida del cilindro, de una válvula de escape rápido.

En la figura 7.11 se representa uno de estos elementos. En (a) y en (c) puede apreciarse que el aire que entra por (P) para alimentar la cámara de retroceso del émbolo, pasa libremente a la salida (A) que alimenta al cilindro. La membrana elástica bloquea la salida del aire hacia el exterior (R). En este estado la línea del flujo se comporta como si tal aparato no existiera. Cuando el vástago del cilindro avanza, el aire de la cámara de retroceso ha de ser desalojado al exterior. En lugar de recorrer el mismo camino anterior, pero a la inversa, el aire sale directamente a la atmósfera por (R), según se aprecia en (b). La propia presión de salida obstruye el paso hacia (P) desplazando la membrana elástica.

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5.- OTROS COMPONENTES NEUMÁTICOS

PRESOSTATO

Los presostatos son detectores que convierten la señal neumática de presión en una señal eléctrica. Esta presión suele ser regulable desde 5 a 10 bar aproximadamente. Son aparatos sin contacto mecánico y pueden ser instalados en cualquier parte del circuito que genere esa presión de mando, (Fig. 8.18).

Constan esencialmente de una cámara (A) de aire que, al alcanzar una determinada presión, deforma una membrana elástica (B) portadora de una plaquita conductora. Al comprimir al contacto (C), cierra o abre un circuito eléctrico que es aprovechado para producir una señal que puede accionar, por ejemplo, la bobina de una electroválvula, una sirena, etc.

En la presentación simbólica se aprecia que al pilotar por (P), y una vez alcanzado un cierto valor de la presión, el contacto (1-2) abre y se cierra el (1-3). Cualquiera de los dos, o los dos, pueden ser aprovechados para una determinada función.

TEMPORIZADOR NEUMÁTICO

Un temporizador neumático es un componente que proporciona una señal de presión de salida, después de transcurrido un determinado tiempo desde la recepción de la señal de presión de entrada. Son muy utilizados en circuitos donde el accionamiento de un elemento debe de hacerse sincronizado con otra acción, ejemplo el vástago de un cilindro sale y debe permanecer un tiempo hasta que retorna.

El tiempo de retardo de dicha señal, dependerá de un pequeño volumen que es preciso llenar, y del flujo de entrada de aire. Son dispositivos, que llevan incorporados un regulador de flujo, un pequeño depósito y una válvula de 3 vías y de 2 posiciones con pilotaje neumático, tal y como se muestra en el esquema adjunto.

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6.- RESUMEN DE SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA

SÍMBOLOS GENERALES

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TEMPORIZADOR

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7.- CIRCUITOS DE EJEMPLO

REGULACIÓN DE VELOCIDAD

MANDO SIMULTÁNEO

MANDO DESDE DIFERENTES PUNTOS

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CONTROL DE FUERZA Y MANDO POR PRESIÓN

ELECTROVÁLVULAS

4 2

1 3

EV1 EV2

+24V

0V

EV1

FC1+24V

EV2

0V

FC1 1

2

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Explicar el funcionamiento de los siguientes circuitos neumáticos.

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8.- HIDRÁULICA

Si en la tecnología neumática se emplea aire a presión como fluido de trabajo, en la hidráulica se emplea “aceite oleohidráulico”. Son aceites de origen mineral que proporcionan las características adecuadas para accionar actuadores similares a los vistos en neumática pero que proporcionan unas fuerzas mucho mayores.

Los circuitos hidráulicos son similares a los neumáticos, la mayoría de válvulas vistas en neumática tienen su versión en tecnología hidráulica. Las principales diferencias entre ambas tecnologías son:

NEUMÁTICA

Mejor velocidad de respuesta Mayor velocidad de operaciónMás económicos para usos de poca fuerza.Más versátilesMenos contaminantesSe usan más en automatización de procesos productivos.No se pueden usar en aplicaciones de alta fuerza. Cargas por debajo de los 3000 Kg

Desplazamientos rápidos.

Motores de alta velocidad.

AplicacionesControl de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas portátiles…

La neumática utiliza como fluido aire a presión, 6-8 bares.

Producción de aire a presión mediante compresor, paletas y émbolo.

HIDRÁULICA

Menor velocidad de respuestaMenor velocidad de operaciónDe más alto costo.Menos versátilesContaminan más.Se usan menos en automatización de procesos.

Requiere de sistemas de enfriamiento de aceite adicionales.Cargas elevadas tanto en actuadores lineales como en motores de par elevado.

Control exacto de la velocidad y parada.

AplicacionesIndustrias metalúrgicas, máquinas herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte,

La hidráulica utiliza como fluido aceite “oleohidráulico” a presiones de más de 200 bares.

“Grupo de accionamiento” conjunto de elementos que generan la presión en el fluido:

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS HIDRÁULICOS

Densidad

Suponiendo el fluido homogéneo, la densidad es la masa partido el volumen:

3/ mKgV

md =

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La compresión que sufren los aceites hidráulicos la podemos considerar despreciable. Por lo tanto, la densidad del fluido no varía significativamente con la presión.

Presión de vapor

Es la presión que ejercen las moléculas de un líquido al vaporizarse sobre la superficie del líquido. Esta presión depende de la temperatura. Si la presión de vapor se iguala a la del ambiente, el fluido hierve.

CavitaciónFenómeno que produce que en un fluido se forme una bolsa de vapor (de ese fluido) que

vuelve a condensarse. Este fenómeno erosiona las partes metálicas que tiene a su alrededor, al someterlas a grandes gradientes de presión.

ViscosidadEs debida al roce entre las moléculas de un fluido. Por lo tanto, representa una medida de la

resistencia del fluido a su movimiento. En todos los líquidos, la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura.

Índice de viscosidad (I.V.)Existen diferentes tablas de clasificación de los aceites en función de su viscosidad. Destaca

la americana S.A.E. en la que se obtiene la viscosidad del aceite en cuestión, comparándola con dos aceites patrones. Como la viscosidad es función de la temperatura, para los aceites de automoción se indican dos viscosidades, por ejemplo 15 W40, donde 40 representa la viscosidad a temperatura de arranque y 15 a la temperatura normal de funcionamiento de la máquina.

Capacidad de lubricación

Todo ingenio mecánico que tenga partes móviles con rozamiento entre ellas presenta una holgura controlada, en la que se deposita una película de aceite que impide la fricción entre dichas piezas, alargando la vida útil de la máquina y aumentando el rendimiento total, puesto que reduce el rozamiento.

Resistencia a la oxidaciónLos aceites no sintéticos, son compuestos orgánicos derivados del petróleo con componentes

químicos, tales como el carbono e hidrógeno, que reaccionan fácilmente con el oxígeno atmosférico, degradando considerablemente al aceite. Aunque la oxidación aumenta con la temperatura, no es significativa para temperaturas inferiores a los 57°C.

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PRINCIPIOS FÍSICOS

Principio de Pascal

La presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente a las paredes del recipiente.

En cuanto a los desplazamientos de los émbolos, como el volumen de líquido que sale del cilindro 1 es igual al que entra en el cilindro 2

l1 desplazamiento del émbolo 1 l2 desplazamiento del émbolo 2

Potencia de una bomba

La potencia necesaria de la bomba es función de

ηQp

P.=

P = Potencia en Wp = Presión en N/m2= PaQ= Caudal en m3/sη = Rendimiento de la bomba

CIRCUITOS HIDRÁULICOS

La gran diferencia entre los circuitos neumáticos e hidráulicos es que el aceite debe de retornar al depósito. La mayoría de componentes neumáticos vistos en el tema anterior tienen su versión para hidráulica.

Esquema de una instalación hidráulica

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GRUPO DE ACCIONAMIENTO

El elemento principal es la bomba que impulsa el fluido a una presión determinada. Características de la bomba son la presión, y el caudal.

Tipos de bombas:

Bomba de engranajes, consta de dos ruedas dentadas idénticas, una de ellas es movida por un motor y hace girar a la otra, en la cámara unida al depósito se genera una depresión que aspira el fluido.

Bomba de tornillo, formada por dos tornillos helicoidales que engranan, ajustando perfectamente entre si y con la carcasa. Un tornillo es accionado por el motor, en su movimiento hace girar al otro tornillo y entre los mismos fluye el aceite.

Bomba de paletas, formada por un rotor que gira excéntricamente provisto de unas paletas que se deslizan radialmente, las paletas impulsan el aceite.

Bomba de émbolos axiales, consta de una carcasa en cuyo interior gira el eje conjuntamente con el bloque en el que se encuentran los émbolos dispuestos de forma axial. El giro del eje produce el movimiento de los émbolos que impulsan el aceite.

El Depósito, a diferencia de la neumática es necesario un depósito acumulador donde almacenar el fluido, desde los

escapes el fluido debe de retornar al depósito.

Manómetro, similar al sistema neumático mide la presión.

Filtro, filtra las partículas que puedan depositarse en el fluido.

Válvula limitadora de presión, es el equivalente a la “reguladora de presión” neumática, cuando el sistema supera la presión abre paso del fluido hacia el depósito evitando las sobrepresiones.

Si en una instalación neumática es habitual disponer de un recinto donde se genera el aire a presión que es distribuido a través de tuberías a las instalaciones.

En los sistemas hidráulicos es más habitual que cada máquina tenga su grupo de accionamiento para abastecer de fluido a dicha máquina.

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Junto al grupo de accionamiento los circuitos hidráulicos deben de tener otros elementos.

Red de distribución

Debe garantizar la presión y velocidad del aceite en todos los puntos de uso. En las instalaciones oleohidráulicas, al contrario de las neumáticas, es necesario un circuito de retorno de fluido, ya que este se vuelve a utilizar una y otra vez.

El material utilizado suele ser acero o plástico reforzado y depende de su uso.

Elementos de regulación y control

Son los encargados de regular el paso del aceite desde las bombas a los elementos actuadores. Estos elementos, que se denominan válvulas, pueden ser activados de diversas formas: manualmente, por circuitos eléctricos, neumáticos, hidráulicos o mecánicos. La clasificación de estas válvulas se puede hacer en tres grandes grupos.

Válvulas de dirección o distribuidores

Estos elementos se definen por el número de orificios (vías) y las posiciones posibles, así como por su forma de activación y desactivación.

Válvulas antirretorno

Permiten el paso del aceite en un determinado sentido, quedando bloqueado en sentido contrario.

Válvulas de regulación de presión y caudal

Son elementos que, en una misma instalación hidráulica, nos permiten disponer de diferentes presiones y caudales. Pueden ser estranguladoras, temporizadoras, etc. y se utilizan para modificar la velocidad de los elementos actuadores, también llamados de trabajo.

Elementos actuadores o de trabajo

Son los encargados de transformar la energía oleohidráulica en otra energía, generalmente de tipo mecánico. Los podemos clasificar en dos grandes grupos: cilindros y motores.

Cilindros

Transforman la energía oleohidráulica en energía mecánica con un movimiento rectilíneo alternativo. Los hay de dos tipos:

Cilindros de simple efecto

Sólo realizan trabajo útil en un sentido de desplazamiento del vástago. Para que el émbolo recupere la posición de reposo se dota al cilindro de un muelle. Normalmente este muelle esta diseñado para almacenar el 6% de la fuerza de empuje, o bien, como es el caso de los elevadores hidráulicos, aprovechan la acción de la gravedad.

Cilindros de doble efecto

Estos elementos pueden realizar trabajo en ambos sentidos de desplazamiento. Sin embargo hay que tener en cuenta que la fuerza de avance y retroceso es diferente, ya que en un sentido hay que tener en cuenta el diámetro del vástago.

Motores

Son elementos que transforman la energía oleohidráulica en energía mecánica de rotación. Los hay de diversos tipos, entre los que cabe destacar: de engranajes, de pistones y rotativos de paletas.

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EJEMPLOS DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS

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produccion, distribucion y tratamiento del aire · 2018. 11. 19. · 1.- producciÓn, distribuciÓn...

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