unitat 12 accionaments pneumàtics

24/11/2011 Unitat 12. Accionaments pneumàtics 1


• La pneumàtica és el conjunt de tècniques basades en la utilització del’aire comprimit com a fluid transmissor d’energia per a l’accionamentde màquines i mecanismes.

Tant aquesta tècnica com la hidràulica (oleohidràulica) ens permetobtenir els moviments més diversos –rotatius, alternatius,...-comunicant directament l’energia al fluid i utilitzant un dispositiu queens la transformi en el moviments desitjat, sense gairebé pèrdues i demanera neta i eficaç.

• No és una tècnica recent, els primers enginys que utilitzaven l’airecomprimit van aparèixer fa més de 20 segles (canó pneumàtic,...)

PNEUMÀTICA


• Els avantatges de la utilització de l’aire comprimit són molts, entre elsque destaquem:

PNEUMÀTICA

No és perillós, ja que no emet espurnes.

Es troba fàcilment disponible.

És un fluid net.

S’emmagatzema amb facilitat (perquè és compressible).

Es desplaça amb rapidesa per l’interior de conduccions.

És un sistema senzill (simple) i per tant econòmic.


EL CIRCUIT PNEUMÀTIC• Un circuit pneumàtic és un conjunt d’elements disposats de tal manera

que mitjançant aire comprimit realitzen un treball o executen una sèried’accions destinades a l’accionament de màquines o mecanismes.

Els circuits pneumàtics consten, bàsicament, els següents blocsfuncionals: Subministrament d’aire

comprimit

(determinades condicions deP, T i qualitat d’aire)

Transformació de l’energia pneumàtica en

treball


EL CIRCUIT PNEUMÀTICPRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT

• La duen a terme els compressors, tot i que normalment en una mateixamàquina s’integren el compressor, el refrigerador i l’acumulador.



• Els compressors representen l’element central d’una instal·lació d’airecomprimit. Són mecanismes rotatius moguts per motors elèctrics otèrmics de combustió interna (gasolina o dièsel).

• La seva funció és aspirar aire a pressió atmosfèrica i comprimir-lo auna pressió més elevada.

• Les característiques tècniques fonamentals d’un compressor són:

COMPRESSORS

El cabal volumètric [m3/s] [l/min] [l/s] [m3/min] o el cabal màssic[kg/s] [kg/min] en condicions normals de P i T (P=1 atm; T=25 ºC).Aquests cabals es refereixen a l’entrada.

La pressió (de sortida de l’aire) [atm]


EL CIRCUIT PNEUMÀTICPRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT• Els principals tipus de compressors són:

COMPRESSORS

Compressors de pistó o èmbol d’una etapa: És apropiat per acomprimir l’aire fins als 15 bar de pressió, encara que se’n solutilitzar generalment fins a uns 8 bar.


EL CIRCUIT PNEUMÀTICPRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORS

Compressor de pistó o èmbol de dos etapa: Aquest tipus últimtipus de compressors s’utilitza quan s’ha de comprimir l’aire apressions d’uns 15 bar, a causa que presenta un millor rendiment queels compressors d’una etapa.

Comprimeixen l’aire a baixapressió (uns 4 bar) en laprimera etapa, després se’nfa passar per unintercanviador de calor, ones refreda, finalment, passaa la segona etapa, ons’assoleix la pressiódesitjada (uns 15 bar).



Compressor de membrana: Aquests compressors s’utilitzen a lesindústries alimentària, sanitària, química, farmacèutica, etc., per lanetedat de l’aire que produeixen.

Una membrana elàsticasepara l’èmbol de la cambrade treball, de manera quel’aire no entra en contacteamb les parts mòbils.

Així, s’aconsegueix que l’airecomprimit no es contaminiamb l’oli procedent delsistema de greixatge delpistó.



Compressors rotatiu de paletes: Proporcionen cabals importantsd’aire a pressió intermèdia.

L’aire és portat d’un costat aun altre sense que el volumaspirat sigui modificat,només imprimint velocitat al’aire.

L’estanquitat s’aconsegueix através de les vores delsèmbols rotatius que han deser tallats amb gran precisió.


Compressors rotatiu de roots: Les característiques mésimportants d’aquests compressors són el poc soroll que produeixeni la uniformitat del cabal d’aire que subministren.


La pressió de l’aires’aconsegueix mitjançant elgir d’un rotor excèntric, dinsd’una carcassa cilíndrica.

L’esmentat rotor va proveïtd’una sèrie de ranures ons’allotgen les paletes.



Compressors rotatiu de cargols: Són més cars que els de pistó (perla precisió amb què han de tallar-se els cargols) i la carcassa que elsconté, proporcionen grans cabals d’aire i són molt silenciosos.

Es basen en 2 cargols helicoïdals. L’aire aspirat és arrossegat per leshèlixs dels cargols.

Poden treballar amb o sense lubricació entre les parts en moviment.



• Els refrigeradors són els aparells encarregats de refredar l’airecomprimit (escalfat al comprimir-lo) fins a una temperatura propera al’ambient (d’uns 25 ºC). També s’encarreguen d’eliminar humitat.

REFRIGERADOR

• És un senzill bescanviador de calor formatper una sèrie de tubs pels quals circula unfluid refrigerant (normalment aigua). L’airecomprimit circula en sentit contrari al delfluid refrigerant per fora delstubs, produint-se així l’intercanvi de calor.

Amb cabals d’aire elevats l’aire circula perl’interior dels tubs i el fluid per fora.

Els més usuals són els refrigeradors aire-aire i els refrigeradors aire-aigua.



• L’acumulador és el dipòsit encarregat d’emmagatzemar l’aire comprimiten un circuit. Les seves funcions principals són:

ACUMULADOR

Fer front a les puntes de demandad’aire comprimit.

Eliminar polsacions originades pelcompressor.

Estabilitzar la pressió de sortida.

Evitar el treball continu del motor delcompressor.

• Han d’estar proveïts d’accessoris deprotecció i control com ara manòmetre,vàlvula de seguretat, vàlvula de purga decondensats, connexions elàstiques,...


EL CIRCUIT PNEUMÀTICCONDICIONAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT

• L’aire comprimit procedent del compressor no pot ser utilitzatdirectament, ja que conté impureses nocives que poden malmetre lainstal·lació pneumàtica (pols, brutícia, aigua i oli arrossegat des delscompressor).

Les diferents fases en que es divideix el condicionament de l’airecomprimit són:

Assecament

Filtratge

Regulació de la pressió

Lubricació


EL CIRCUIT PNEUMÀTIC

CONDICIONAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT

• L’aire humit pot ocasionar oxidacions icausar avaries en els elements de lainstal·lació. Per tant, si el contingutd’humitat és massa elevat, caldrà fer passarl’aire a través d’un assecador pneumàtic.

• L’assecador de la figura és un assecadord’absorció. L’aire que entra travessa unmaterial porós (diòxid de silici) queabsorbeix la humitat.

Caldrà anar canviant el material porósperiòdicament.

ASSECAMENT




• L’aire presenta impureses (pols,llimadures de goma, olis cremats,vapors de diferents gasos,...) que convéeliminar per al bon funcionament de lainstal·lació.

• La funció del filtre és retenir aquestesimpureses.

FILTRATGE




• L’aire comprimit d’una instal·lació hade mantenir-se a una pressióconstant, independentment de lesfluctuacions de la xarxa i de lesvariacions de consum.

El regulador de pressió omanoreductor és l’elementencarregat de regularautomàticament la pressió desortida, ajustant-la al valorseleccionat.

REGULACIÓ DE LA PRESSIÓ




• En la majoria dels elements queintegren una instal·lació pneumàtica hiha parts lliscants que es desgasten acausa del fregament. Per això cal ferun últim tractament de lubricació al’aire amb l’objecte de realitzar elgreixat de les peces mòbils delscomponents pneumàtics, la qual cosafarà disminuir la fricció i evitaràl’oxidació.

LUBRICACIÓ



• Molt sovint el conjunt d’elements que tracten l’aire comprimit es trobaformant un bloc modular homogeni on es munten el filtre, el reguladori el lubrificant.



• Esquema d’un conjunt de producció i tractament d’aire:



DISTRIBUCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT

• L’aire comprimit generat per la unitat de producció es canalitza finsals punts d’utilització mitjançant la xarxa de distribució, que és elconjunt de canonades emprades per connectar els diferents elementspneumàtics.

• Cal que la xarxa estigui dissenyada perquè la pèrdua de pressió siguipetita, no hi hagi pèrdua d’aire per fuites i la quantitat d’aigua a laxarxa sigui mínima.

• Les canonades solen ser de coure, d’acer o de plàstics (PE,poliamida,...).

• El pendent en el sentit de circulació de l’aire ha de ser d’1 a 3%.


EL CIRCUIT PNEUMÀTICDISTRIBUCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT



TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA (Epneumàtica Emecànica)

• En una instal·lació pneumàtica els receptors són els anomenatsactuadors pneumàtics o elements de treball, la funció dels quals éstransformar l’energia pneumàtica de l’aire comprimit en treballmecànic per l’accionament de màquines i mecanismes.

• Els actuadors pneumàtics els podem classificar segons la forma en querealitzin el treball en:

Cilindres

Actuadors de gir

Motors pneumàtics


EL CIRCUIT PNEUMÀTICTRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA

• Els cilindres són actuadors que fan el treball de manera rectilínia,mitjançant moviments d’empenyiment-tracció, que transformenl’energia continguda en l’aire comprimit en treball mecànic (W), d’acordamb l’expressió:

CILINDRES

on p = pressió [Pa]S = superfície de la secció interior del cilindre [m3]l = cursa o trajecte del cilindre [m]η = rendiment

[J]ηlApWηΔxFW

ApF



• El cilindre està constituït per un tub cilíndric tancat en els extremsper dues tapes, dins del qual es fa lliscar un èmbol que separa duescambres o volums d’aire en que queda dividit el cilindre per l’èmbol. Al’èmbol va unida una tija que, en sortir d’una tapa, permet d’utilitzar laforça desenvolupada pel cilindre.

• El principal avantatge de la utilització de l’aire comprimit és la sevagran velocitat d’accionament.

La regulació de velocitat s’aconsegueix mitjançant estranguladors decabal que limiten el flux d’aire que surt del cilindre cap a l’escapament.També podem aconseguir aquesta regulació de la velocitat dedesplaçament ajustant el cabal d’alimentació o la pressió d’escapament.

CILINDRES



• Actualment existeix una àmplia gamma de cilindres pneumàtics, essentels principals:

Cilindres de simple efecte.

Cilindres de doble efecte.

Cilindres especials.

CILINDRES

Cilindres de simple efecte: només té una entrada de pressió idesenvolupa l’esforç en un únic sentit. El retorn a la seva posició iniciales realitza per mitjà d’una molla recuperadora que porta el cilindreincorporat o bé per l’acció de forces exteriors (gravetat,...).

Cal donar una força suplementària per comprimir la molla.

Normalment la seva cursa no supera els 100 mm, són de petit diàmetrei consumeixen poc aire.


EL CIRCUIT PNEUMÀTICTRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA CILINDRES

Cilindres de simple efecte:



Cilindres de simple efecte:



Cilindres de doble efecte: l’aire comprimit exerceix la seva acció enles dues cambres del cilindre, d’aquesta manera pot realitzar treballen els dos sentits del moviment.

El seu camp d’aplicació és molt més extens que el dels cilindres desimple efecte.

No es perd força en no haver de comprimir cap molla i aprofita tota lalongitud del cos del cilindre com a cursa.

El seu inconvenient és que consumeixen una doble quantitat d’aire.



Cilindres de doble efecte:



Cilindres especials: s’utilitzen per algunes aplicacions especials. Elsprincipals són els cilindres de doble tija, els cilindres antigir, cilindresamb bloqueig de tija, cilindres sense tija, cilindrestelescòpics, cilindres vibradors, cilindres flexibles, cilindres demúltiples posicions,...

Cilindre de doble tija



Cilindre de cursa curta



Cilindre de doble tija i diverses posicions



• Els actuadors de gir s’utilitzen quan es necessita un accionamentangular limitat.

ACTUADORS DE GIR


EL CIRCUIT PNEUMÀTICTRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA ACTUADORS DE GIR



• Les pinces pneumàtiques són un altre tipus d’actuadors de gir, moltutilitzats en robòtica.

ACTUADORS DE GIR


EL CIRCUIT PNEUMÀTICTRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA ACTUADORS DE GIR



• Els motors pneumàtics transformen l’energia pneumàtica en energiamecànica de rotació, en un procés similar i invers al de la compressió.

Els principals avantatges i inconvenients dels motors pneumàticsenfront dels motors elèctrics són:

Són insensibles a la calor, la pols, la humitat i les vibracions.

Ofereixen millors solucions en ambients explosius.

Major cost energètic.

MOTORS PNEUMÀTICS


EL CIRCUIT PNEUMÀTICTRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA MOTORS PNEUMÀTICS


ELEMENTS DE COMANDAMENT, REGULACIÓ I CONTROL

• En una instal·lació pneumàtica es necessari comandar, regular icontrolar la pressió, el cabal i el sentit de circulació del fluid peraconseguir el moviment i el correcte funcionament de les partsoperatives o motrius.

• Els elements més importants que ens ho permeten de fer són:

Vàlvules de control direccional

Vàlvules de control, regulació i bloqueig

Sensors i detectors de senyal



• Les vàlvules de control direccional, més conegudes com a vàlvulesdistribuïdores o distribuïdors, són les encarregades de governarl’arrencada, l’aturada i el sentit del flux en un circuit pneumàtic.

La seva funció és governar, d’acord amb les ordres o senyals rebuts,les connexions entre els conductes connectats a les vàlvules perobtenir el corresponent senyal de sortida que accioni els actuadors.

Quan actuen directament sobre cilindres fan les funcions d’òrgans degovern.

• Les vàlvules distribuïdores es componen d’un cos, una part mòbil i unselements d’accionament, que permeten de canviar l’estat de la vàlvula.

VÀLVULES DE CONTROL DIRECCIONAL



• Les vàlvules distribuïdores es defineixen per 2 característiquesfuncionals:


Nombre d’orificis o vies Nombre de posicions

• Una vàlvula distribuïdora es designaper 2 xifres: la primera indica elnombre de vies i la segona el nombrede posicions vàlvula 3/2.



• Les vàlvules distribuïdores es representen segons les normesinternacionals (ISO-CETOP) mitjançant:


Símbol bàsic

Tipus de comandament

Localització dels orificis




Símbol bàsic

• Cada posició es representa per una casella quadrada, dins de les qualsse situen les fletxes que indiquen les connexions entre els orificis i elsentit del flux del fluid, així com el nombre de vies.

• Els conductes es dibuixen en lacasella que representa la posicióde repòs. La lectura de laposició de treball es du a termedesplaçant l’altra casella delsímbol davant la representaciódels conductes.




Símbol bàsic




Tipus de comandament

• Els distribuïdors es representenamb el tipus de comandament, elqual s’afegeix al símbol base. Lafunció del comandament (opilotatge) és realitzar els canvisde posició de la vàlvula.

Poden ser manuals, mecànics,pneumàtics hidràulics i elèctrics.




Accionaments mecànics Accionaments pneumàtics




Localització dels orificis

• La localització dels orificis dels distribuïdors es realitza segons uncodi que utilitza números o lletres.




Vàlvula distribuïdora 2/2

• Són vàlvules de comandament, ja que només tanquen o obren unconducte. Tenen un orifici per a l’entrada d’aire i un altre per a lautilització.

Poden ser NO (en repòsdeixa passar l’aire) o NT(en repòs no deixa passarl’aire).





• Generalment no s’utilitzen vàlvules 2/2 per comandar un cilindrepneumàtic de simple efecte. És més usual utilitzar un distribuïdor 3/2per realitzar aquesta funció.

Aquest tipus de vàlvulesno se solen utilitzar enoleohidràulica.


ELEMENTS DE COMANDAMENT, REGULACIÓ

I CONTROL

VÀLVULES DE CONTROLDIRECCIONAL

Vàlvula de bola





• S’utilitzen, juntament amb les vàlvules 4/2, per pilotar cilindrespneumàtics de doble efecte o per accionar vàlvules distribuïdores demajor mida.

Aquest tipus de vàlvulestenen cinc vies: un orificiper a l’entrada, duessortides i dos escapaments.



VÀLVULES DE CONTROLDIRECCIONAL

Vàlvula de corredora



VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIG

Vàlvules unidireccionals

• Són les vàlvules que permeten d’ajustar les velocitats dedesplaçament dels actuadors i regular la seva força. Dins d’un circuitpneumàtic/oleohidràulic fan les funcions d’elements de comandament.

• Són les que permeten el flux del fluid en un únic sentit i les que evitenel pas de fluid en sentit invers. Poden ser:

Vàlvules antiretorn

Vàlvules antiretorn pilotades





Vàlvula antiretorn





Vàlvula antiretorn pilotada


ELEMENTS DE COMANDAMENT, REGULACIÓ I CONTROL (20)

VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIG (4)

Vàlvules reguladores de cabal (1)

• Són les que s’utilitzen quan es vol modificar la velocitat dels elementsde treball. Per aconseguir-ho modificarem la secció de les canonadesper on passa l’aire. Així, al mateix temps que modifiquem la velocitatdels actuadors regulem el cabal d’alimentació. Poden ser:

Vàlvules bidireccionals





Vàlvules reguladores de cabal

Vàlvula bidireccionals




Vàlvules reguladores de cabal

Vàlvula unidireccionals




Vàlvules reguladores de pressió

• Tenen com a objectiu reduir lapressió d’entrada fins a un valorinferior regulable de sortida.

Són vàlvules de dues viesnormalment obertes gràcies a laforça de la molla, les qualsredueixen la pressió quan el valor enla sortida supera el de regulació,tot barrant el pas mitjançant unpistó o corredora.




Vàlvules reguladores de pressió




Vàlvules limitadores de pressió

• Anomenades també vàlvules de seguretat.

Impedeixen superar la pressiómàxima permesa pel sistema, ja quesi la pressió s’eleva per sobre delvalor prefixat, la vàlvula obre cap al’atmosfera l’orifici de sortida ideixa escapar l’excés de pressió finsque es restableix el valor nominal.




Vàlvules limitadores de pressió




Vàlvules de seqüència (similar limitadora de pressió)

• Serveixen per realitzar una commutació, quan s’ha assolit unadeterminada pressió, en aquest moment s’obren o tanquen.




Vàlvules d’escapament ràpid

• Estan destinades a accelerar la velocitat dels cilindres, totassegurant l’escapament directe a l’atmosfera o al dipòsit, senseretencions del fluid contingut en el cilindre.




Vàlvules selectores de circuit

• Permeten d’obtenir a la sortida un senyal procedent indistintamentde dos punts d’entrada diferents.




Vàlvules de simultaneïtat

• Només s’obtindrà senyal pneumàtic ala sortida si hi ha pressió a les duesentrades.



SENSORS I DETETORS DE SENYAL

• Són dispositius encarregats de captar informació en un moment donati transmetre-la a l’equip pneumàtic.

En un sistema automàtic són els elements capaços de detectar, perexemple, la posició de cilindres, actuadors o fenòmens dels sistema(pas d’una peça, presència de producte,...), així com de captarmagnituds físiques (P, T,...).

En un circuit fan la funció d’emissors de senyal.


DISSENY DE CIRCUITS

• La fase de disseny d’un circuit pneumàtic/oleohidràulic comporta:

El càlcul i la definició concreta els components d’acord amb lesnecessitats del sistema (P, Q,...)

Confecció del croquis o esquema del circuit.

• Els diferents tipus de diagrames o representacions són:

Esquema pneumàtic

Plànol de situació o representació esquemàtica del mecanisme

Organigrama o plànol de desenvolupament del programa d’accions

Quadre de seqüència de moviments

Diagrama espai-fase

Diagrama espai-temps

Diagrama de senyals de comandament

GRAFCET


DISSENY DE CIRCUITS

ESQUEMA PNEUMÀTIC


DISSENY DE CIRCUITS

PLÀNOL DE SITUACIÓ O REPRESENTACIÓ ESQUEMÀTICADEL MECANISME


DISSENY DE CIRCUITS

ORGANIGRAMA O PLÀNOL DEDESENVOLUPAMENT DEL PROGRAMAD’ACCIONS


DISSENY DE CIRCUITS

QUADRE DE SEQÜÈNCIA DE MOVIMENTS


DISSENY DE CIRCUITS

DIAGRAMA ESPAI-FASE


DISSENY DE CIRCUITS

DIAGRAMA ESPAI-TEMPS


DISSENY DE CIRCUITS

DIAGRAMA DE SENYALS DE COMANDAMENT


DISSENY DE CIRCUITS

GRAFCET


APLICACIONS PNEUMÀTIQUES

Comandament directe

CIRCUITS PNEUMÀTICS AMB UN ACTUADOR



Comandament indirecte




Regulació de la velocitat




Comandament simultani




Comandament des de diferents punts




Accionament continu d’un cilindre




Comandament temporitzat




Circuits amb control de posicióCIRCUITS PNEUMÀTICS AMB UN ACTUADOR



Mecanisme pneumàtic d’estampació

CIRCUITS PNEUMÀTICS AMB DOS ACTUADORS



Sistema pneumàtic de transport de peces




Unitat de mecanització






A+B+B-A


APLICACIONS PNEUMÀTIQUESCIRCUITS PNEUMÀTICS AMB DOS ACTUADORS

A+B+B-(A-C+)C-


EXERCICIS

unitat 12 accionaments pneumàtics

Education