TEMA 4. ELEMENTOS DE LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS

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1 TEMA 4. ELEMENTOS DE LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS 1. INTRODUCCIÓN. 2. ACTUADORES. 3. CILINDROS (ACTUADORES LINEALES). 4. MOTORES (ACTUADORES ROTATIVOS). 5. VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS. 6. ACCIONAMIENTO DE LOS DISTRIBUIDORES. 7. CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE VÁLVULAS. 1. INTRODUCCIÓN En todo circuito hidráulico o neumático, hay tres partes bien diferenciadas: El grupo generador de presión, el sistema de mando y el actuador. El grupo generador de presión es el órgano motor que transfiere la potencia al actuador para generar trabajo. La regulación de esta transmisión de potencia se realiza en el sistema de mando que está formado por una serie de válvulas limitadoras de caudal y de presión, distribuidoras, de bloqueo, etc. Cada elemento de una instalación hidráulica o neumática tiene unas determinadas características que es preciso conocer para deducir el funcionamiento de la instalación. 2. ACTUADORES Los actuadores transforman la energía de presión del aire comprimido o del aceite en energía mecánica, que será aplicada posteriormente para conseguir el efecto deseado. Según el tipo de movimiento, hay dos tipos de actuadores: Los cilindros: capaces de producir un movimiento rectilíneo. Los motores: con los que se consigue un movimiento rotativo. 2. CILINDROS Son elementos capaces de producir trabajo desplazando una carga con movimiento rectilíneo. En los cilindros se aloja en su interior un émbolo que es empujado por el fluido haciendo que se desplace el vástago. Aunque hay varios tipos de cilindros, los más importantes son los cilindros de simple efecto y los de doble efecto. CILINDROS DE SIMPLE EFECTO: El trabajo se produce en una sola dirección del movimiento. Un resorte o muelle permite retroceder el émbolo a su posición inicial. Para evitar fugas de fluido entre el pistón y la camisa, se colocan juntas de estanqueidad sobre el pistón y su vástago, estas juntas son de un material flexible que se adapta a las paredes de la camisa, evitando las fugas. Sólo se utilizan cuando la fuerza necesaria y el movimiento rectilíneo son pequeños ya que el muelle restringe el movimiento. Es recomendable que la carrera no exceda en 3 veces el diámetro. El típico gato hidráulico es un cilindro de simple efecto. Cilindro de simple efecto y retorno por muelle. 41

2 CILINDROS DE DOBLE EFECTO: En ellos el trabajo se realiza en las dos direcciones, carecen de muelle antagonista. Permiten realizar mayores carreras además de posicionar el vástago en cualquier posición intermedia. Cilindro de doble efecto El área de la cara posterior es menor que la de la cara frontal, luego para una misma presión las fuerzas serán diferentes. Para evitar este problema se construyen los cilindros de doble efecto y doble vástago. Π D 2 En los cilindros de simple efecto: F = P K x 4 Π D 2 Carrera de avance: F = P 4 En los cilindros de doble efecto: Π (D 2 d 2 ) Carrera de retroceso: F = 4 La velocidad suele estar comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. P Existen otros tipos de cilindros como por ejemplo: - Cilindro tándem: Son los cilindros de doble efecto en serie - Cilindro multiposicional: Son dos cilindros de doble efecto con las culatas posteriores unidas, obteniéndose así un cilindro de 4 posiciones. - Cilindro de impacto: En ellos se aumenta hasta 12 veces la velocidad del vástago. Se utiliza para realizar grandes esfuerzos de choque, como por ejemplo en la conformación de piezas o en el remachado. Se consiguen velocidades de 10 m/s. - Cilindro de cable: El vástago es un cable de acero guiado por dos poleas y fijado en ambos extremos a las caras del pistón. Se utiliza para puertas correderas. - Cilindro de eje giratorio: El movimiento lineal del émbolo se convierte en giratorio en un eje al estar el vástago tallado en forma de cremallera y un piñón engranado sobre ella. El par de giro estará en función de la presión, de la superficie del émbolo y de la desmultiplicación cremallera-piñón. Cilindro tándem Cilindro multiposicional Cilindro de impacto Cilindro de cable Cilindro de eje giratorio 42

3 3. MOTORES (ACTUADORES ROTATIVOS) Los motores o actuadores rotativos son aquellos elementos capaces de producir trabajo transformando la energía de presión del fluido en movimiento circular. El objeto es el contrario al obtenido en las bombas o compresores y su construcción resulta similar a ellos, fabricándose motores de paletas, de pistones, engranajes, etc. 4. VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS En general, llamamos válvula distribuidora a todo mecanismo capaz de controlar, parar o dirigir el sentido, la presión y el caudal de un fluido en un circuito. Podemos encontrarnos varios tipos de válvulas, entre ellas están: Válvulas distribuidoras. Válvulas de bloqueo. Válvulas de presión. Válvulas de caudal. En este apartado estudiaremos las válvulas distribuidoras; éstas se clasifican según el número de vías y el de posiciones. Las válvulas distribuidoras, según las normas CETOP (Comité Europeo de Transmisiones Oleohidráulicas y Neumáticas), se designan por dos números (x/y) donde x es el número de vías u orificios que tiene la válvula e y el número de posiciones que puede adoptar la válvula. Así, tenemos distintos tipos de válvulas distribuidoras, entre ellas: Válvulas distribuidoras 2/2: Gobiernan el paso de un fluido abriendo o cortando. Se emplean para abrir y cerrar circuitos. A F A P a) b) P Hay que tener en cuenta que: Las posiciones se representan con letra minúscula a ó b y la posición de reposo por 0. Las líneas representan tuberías o conductos y las flechas el sentido de paso del fluido. Las posiciones de bloqueo se marcan con líneas transversales dentro de las casillas. La alimentación de energía se representa con la letra P. Los conductos de trabajo que se unen a los actuadores con las letras A, B, C,...) Los escapes con R, S, T,... y un triángulo que si está unido a la casilla indica escape directo y si está ligeramente separado, el escape se realiza a través de un conducto. Las tuberías o conductos de pilotaje con Z, X, Y,... Válvulas distribuidoras 3/2: Se utilizan para accionar cilindros de simple efecto 43

4 Válvulas distribuidoras 4/2: Aunque no son muy utilizadas sirven para gobernar el paso de la corriente de fluido permitiendo la circulación en ambas direcciones. Válvula de doble efecto. distribuidora 5/2: Se utilizan para gobernar cilindros 5. ACCIONAMIENTO DE LOS DISTRIBUIDORES Atendiendo al origen de la fuerza de gobierno de la válvula, pueden considerarse cinco tipos de accionamiento: Pu lsador MUSCULAR Palanca Pedal MECÁNICO Leva Rodillo NEUMÁTICO HIDRÁULICO ELÉCTRICO 6. CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE VÁLVULAS Después de estudiar las válvulas distribuidoras veremos las válvulas de bloqueo, las válvulas de presión y las válvulas de caudal. VÁLVULAS DE BLOQUEO: Las válvulas de bloqueo o antirretorno impiden el paso de fluido a presión en un sentido y le dejan pasar en el otro. Se emplea para evitar el retorno del líquido del sistema hidráulico (o del aire en un sistema neumático) a la bomba hidráulica (o al depósito de aire comprimido). Estas válvulas están intercaladas en el circuito y constan de un muelle que está tarado a una cierta tensión que empuja a una bola o un disco contra un asiento cónico. Cuando la presión del fluido supera la fuerza del muelle, la bola se separa del asiento cónico y el fluido circula. Se simboliza así: 44

5 Una variante de la válvula antirretorno es la válvula selectora de circuito también llamada válvula O que tienen 2 conductos de entrada y uno de salida. Se representan por: Otra variante es la válvula de estrangulación con retención que sirven para regular la velocidad del cilindro. Disponen de un tornillo de regulación. Sólo regulan la velocidad en un sentido, en el otro la circulación es libre. Se representa por: Por último, cabe destacar por su utilización en sistemas de seguridad, la válvula Y o válvula de doble paso que tiene dos entradas y una sola salida, se representa así: La última variante es la válvula de purga, o también, válvula de escape rápido, que se utiliza cuando queremos aumentar la velocidad de retroceso de los cilindros. Dispone de una bola que tapona el conducto de escape (R) cuando hay presión en P. Cuando desaparece la presión en P, el obturador cierra esta vía y abre el paso del fluido desde A hasta R permitiendo un escape rápido del mismo. Se representa así: VÁLVULAS DE PRESIÓN: Estas válvulas limitan la presión máxima de un circuito. Su funcionamiento se basa en el equilibrio entre la presión y la fuerza de un muelle. Se utilizan en todos los circuitos hidráulicos y neumáticos como sistema de seguridad; se taran a un valor predeterminado y desvían el caudal hacia retorno cuando se alcanza el valor de presión estipulado. 45

6 VÁLVULAS DE CAUDAL: Este tipo de válvula se utiliza como reguladoras de caudal. La aplicación más común es para regular la velocidad de salida del vástago de un cilindro. Una variante sería la válvula de caudal regulable y antirretorno utilizada para conseguir regular la salida del émbolo y dejar libre el retorno. 46

7 Ejercicio 1. Por medio de un dispositivo clasificador, deben transferirse unas piezas desde un camino de rodillos a otro. Accionando un pulsador, el vástago de un cilindro empujará a una pieza de un camino a otro. Al soltar el pulsador, el vástago retrocederá a su posición de reposo Cilindro de simple efecto y retorno por muelle. - Válvula distribuidora 3/2 nc. - Inicio de la instalación. - Tubería flexible. 3. Cuando accionamos el pulsador de la válvula distribuidora 3/2, ésta conmuta su posición conectando la vía de presión con la vía de salida, comienza a entrar aire comprimido en la cámara del cilindro de simple efecto y retorno por muelle y el vástago comienza a salir venciendo la resistencia del muelle, llegando el momento en que el extremo del vástago empuja a la pieza cambiándola de carril. Cuando dejamos de presionar sobre el pulsador de la válvula distribuidora 3/2, la válvula vuelve a su posición de reposo (normalmente cerrada) cortándose el paso de aire a presión, el vástago retrocede por el efecto del muelle antagonista del cilindro de simple efecto, el aire que estaba contenido en la cámara del cilindro sale al exterior por el escape de la válvula distribuidora 3/2, quedando así preparado para la llegada de una nueva pieza. 47

8 Ejercicio 2. Utilizando un dispositivo especial, se debe cerrar y abrir un grifo instalado en una tubería. El grifo se abrirá cuando se presione un pulsador y se cerrará el grifo cuando se accione otro pulsador. 48

9 Ejercicio 3. Utilizando un dispositivo especial, se debe cerrar y abrir un grifo instalado en una tubería. El grifo se abrirá cuando se presione un pulsador y se cerrará el grifo cuando se deje de pulsar. Se tiene que poder regular la velocidad de apertura. (Nota: utilizar un cilindro de doble efecto). 49

10 Ejercicio 4. En una estación de montaje deben unirse unos componentes. Al presionar dos pulsadores, el dispositivo debe avanzar y unirse los componentes. Al liberar uno cualquiera de los dos pulsadores, el dispositivo debe regresar a su posición de origen. 50

11 Ejercicio 5. Por medio de un dispositivo de cizalla, se van a cortar unas hojas de papel a medida. Como la cantidad de papel a cortar es variable, se debe poder regular la velocidad de salida del vástago. El circuito ha de tener dos pulsadores independientes desde los que se pueda iniciar el ciclo de trabajo. 51

12 Ejercicio 6. Nos encontramos ante la trampilla de un camión de la basura. En la parte trasera, tiene dos interruptores para que la trampilla se pueda cerrar desde cualquiera de los dos. El circuito ha de tener un dispositivo de emergencia para evitar accidentes. 52

13 Ejercicio 7. Tenemos una tolva para descargar material a granel. El sistema tiene un cilindro de doble efecto que abre y cierra las compuertas. Queremos que la apertura y el cierre de la tajadera se pueda regular a nuestra voluntad y según nuestras necesidades. Hacer el circuito de modo que la tajadera se abra pulsando uno cualquiera de dos pulsadores y se cierre pulsando otro distinto. 53

14 Ejercicio 8. Por medio de una estación de transferencia, se van a transferir unos bloques de un almacén de gravedad a una estación de proceso. Los bloques son empujados fuera del almacén por el cilindro A y después el cilindro B los empuja. Todo ello se debe realizar con una sola intervención del operario. A B 54

15 Ejercicio 9. Al accionar un operario un interruptor, los cilindros A y B salen simultáneamente a velocidad lenta, comprimen la pieza y retroceden finalmente a su posición de reposo. A B 55

16 Ejercicio 10. Disponemos una catapulta hidráulica para cargar un remolque. La paca ha de ser elevada a gran velocidad mientras que el retroceso del brazo ha de ser lento (para evitar que pueda atrapar a alguien)

17 Ejercicio 11. Disponemos una catapulta hidráulica para cargar un remolque. La paca ha de ser elevada a gran velocidad mientras que el retroceso del brazo ha de ser lento (para evitar que pueda atrapar a alguien). Colocar un dispositivo retardador para que el brazo no suba nada mas dejar la paca, sino que suba un poco tiempo después)

18 Ejercicio 12. A una señal del operario, ha de salir el cilindro A, después el cilindro B y finalmente el cilindro C. Cuando los cilindros B y C han marcado la pieza, todos retroceden a su posición de reposo. A C B 58

19 Ejercicio 13. Realiza un circuito neumático en el que un cilindro de doble efecto tenga a su vástago entrando y saliendo constantemente. Dibujar esquemáticamente todos los componentes del sistema (motor eléctrico a 220 V, compresor, depósito de aire, deshumectador, llaves de paso, filtro, engrasador y regulador de presión). 59