UNIVERSIDAD VERACRUZANA

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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA CD. MENDOZA, VER. PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL DE LA CARRERA: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA TITULO DEL TEMA: AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO MODALIDAD: MONOGRAFÍA NOMBRE DE LOS ALUMNOS: ÁNGEL SÁNCHEZ GONZÁLEZ HERIBERTO DELGADO GÓMEZ JOSÉ MIGUEL LÓPEZ BENÍTEZ

2 AGRADECIMIENTO: ÁNGEL SÁNCHEZ GONZÁLEZ. A DIOS. Por darme la fuerza y el coraje durante y al termino de esta etapa de mi vida. Por permitirme concluirla rodeado de toda mi familia y permitirme vivir junto a ellos este maravilloso momento gracias DIOS. A MIS PADRES. Ya que gracias a ellos todo esto es posible. Mi madre que con su infinito amor y comprensión me ah apoyado en cada momento, con su sacrifio y bondad me ah demostrado que todo puede ser alcanzado, gracias por amarme, estar conmigo durante todo este camino y aconsejarme en los momentos difíciles, no dejarme caer y siempre darme fortaleza. Mi padre que me ah demostrado que con perseverancia y dedicación se pueden lograr grandes cosas a pesar de todos los obstáculos que se presenten, gracias a su ejemplo me motiva a seguir superándome y tener el éxito que él tiene. Gracias a ambos porque por ustedes soy un hombre de bien con ganas seguir logrando metas y superándome los amo gracias por apoyarme en todo momento. A MIS HERMANOS. Por apoyarme y darme consejos en los momentos difíciles porque con sus logros me motivaron aun mas a alcanzar esta meta gracias por apoyarme en todo momento e impulsarme a seguir adelante. A MI NOVIA. Por su amor y comprensión incondicional en esta etapa final, por darme consejos en los momentos difíciles y no dejarme caer, porque con su cariño y paciencia me motivo aun mas a alcanzar esta meta. Por mantenerme centrado y apoyarme sin miramientos por contribuir a hacerme una mejor persona.

3 Agradecimiento: HERIBERTO DELGADO GOMEZ A DIOS: gracias por permitirme llegar a esta etapa y permitir estar con vida por darme una familia hermosa que a pesar de las adversidades hemos salido adelante unidos como familia gracias dios por todo lo maravilloso que me has dado. A mi abuela: Esperanza Rodríguez Castillo gracias a tu lucha y esfuerzo se ha logrado este objetivo tú eres la pieza importante en mi vida eres como una madre para mí. Gracias por todo tu cariño y amor A mi padre: gracias por todo tu apoyo de todo corazón te agradezco sé que no te fue fácil finalmente se cumplió el objetivo que nos propusimos tú y yo. Gracias por todos los consejos que me has dado y por el buen ejemplo que me has dado a seguir como padre. A mi madre: gracias por todo tu cariño y amor que me diste, tal vez fue poco tiempo que convivimos pero fue hermoso, le doy gracias a dios el haberme dado una madre como tú aun que ya no estás conmigo te llevo en mi corazón dios te tenga en su santa gloria mama ahora puedo decirte que tu esfuerzo valió la pena. A mis hermanos: gracias por todo su apoyo, gracias por confiar en mí, me siento orgulloso el tener unos hermanos como ustedes gracias por permanecer unidos a pesar de todas las adversidades. El camino no fue fácil pero les puedo decir que unidos como familia podemos llegar muy lejos Dios los bendiga y proteja. A mi novia: gracias por estar conmigo en los buenos y en los malos momentos, gracias por confiar en mi gracias por todo tu amor, cariño y comprensión gracias por formar parte de mi vida. A mi amigo: Jesús arenas Pérez gracias por tu amistad y apoyo para que no me desanimara te lo agradezco de todo corazón eres como mi hermano aun que la vida nos lleve por diferentes caminos siempre te recordare como un gran amigo.

4 AGRADECIMIENTO; JOSÉ MIGUEL LÓPEZ BENITEZ. Agradezco principalmente a dios puesto que el me brinda sabiduría, amor, paciencia, y valores que me fortalecen como persona. De igual manera agradezco a mis padres, hermano y novia, puesto que me brindaron apoyo y fortaleza, en el desarrollo y transcurso de mis estudios, ayudándome a concluirlos satisfactoriamente. También agradezco a los ingenieros involucrados en este proyecto de titulación, por brindarme su apoyo durante la realización de este trabajo.

5 ÍNDICE INTRODUCCIÓN CAPITULO I... 3 INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION NEUMÁTICA AUTOMATIZACIÓN CONCEPTOS BASICOS DE LA NEUMATICA Neumática Automatización neumática Neumática industrial aplicación de la neumática VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE MEDIDA LEY DE NEWTON LEY DE BOYLE MARIOTTE PRIMERA LEY DE GAY LUSSAC Segunda Ley de Gay Lussac LEY GENERAL DE LOS GASES GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO Propiedades del aire Preparación del aire comprimido GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO Compresor de Embolo Compresor de Doble embolo Compresor de Membrana Compresor Radial Compresor axial Compresor Rotativo Multicelular Compresor de Hélices Bicelular Compresor de Roots

6 Grafica de Eficiencia de los Diferentes Tipos de Compresores Acumulador Secador Secadores por Enfriamiento Secador por absorción Secadores por Adsorción La Red de Aire Comprimido Tipos de Redes Neumáticas Elementos Indispensables para la Distribución CAPÍTULO II EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA NEUMÁTICA ELEMENTOS DE TRABAJO NEUMÁTICOS. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES. CILINDROS NEUMÁTICOS Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto Cilindros sin vástago Cilindro tándem Cilindro de doble vástago ACTUADORES GIRATORIOS Actuador de giro de paleta Actuador de giro cremallera - piñón Motores de paletas ELEMENTOS DE MANDO O DE CONTROL. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES Válvulas de vías o distribuidoras Válvulas de 2/2 vías Válvula de tres vías Válvula de cuatro vías Válvula de cinco vías Nomenclatura de válvulas de vías... 53

7 2.4.3 Accionamiento de las válvulas Accionamiento por fuerza muscular Accionamiento mecánico Accionamiento neumático o por aire comprimido Accionamiento eléctrico Accionamiento combinado Activación directa de cilindros Accionamiento de un cilindro de simple efecto Accionamiento de un cilindro de doble efecto Características constructivas de las válvulas distribuidoras Válvulas de asiento Válvula de 3/2 vías con asiento de bola Válvula de 3/2 vías; cerrada en reposo con asiento plano Válvula de 3/2 vías; abierta en reposo con asiento plano Válvula de 4/2 vías; con asiento plano Válvula de impulsos 5/2 vías; asiento de plato suspendido Servopilotaje Válvula distribuidora 3/2, sevopilotada de accionamiento por palanca con rodillo Válvula de corredera Válvula de 5/2 vías biestable de memoria o impulsos Válvula de 5/3 vías (centro cerrado) ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA COMBINATORIA. FUNCIONES LÓGICAS Función identidad: SI o igualdad lógica Función negación: NO (Inversión o complemento) Función conjunción: Y / AND Función disyunción: O / OR Función OR - Exclusiva (XOR) VÁLVULAS DE CIERRE, DE CAUDAL Y DE PRESIÓN. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES

8 2.7.1 Válvulas de cierre Válvulas de antirretorno Válvulas de llave Válvulas de caudal Válvula estranguladora Elementos de mando. Válvula reguladora de caudal (unidireccional) Válvula de escape rápido Válvulas combinadas Válvula temporizadora Válvula de presión Válvulas reguladoras de presión Válvula limitadora de presión Válvula de secuencia INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA SECUENCIAL NORMA DE LA NEUMÁTICA: NORMA DIN ISO CAPITULO III PROBLEMAS DE APLICACIÓN REALES DE AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

9 INDICE DE IMÁGENES Y FIGURAS CAPITULO I... 3 Tabla 1.1 Unidades fundamentales Tabla 1.2 Unidades derivadas... 9 Figura 1.2 Comportamiento de presión Figura 1.3 F= P*A Figura 1.4 P= F/A Figura 1.5 A un área mayor menor presión y a un área menor mayor presión Figura 1.6 Representación de flujo de aire Figura 1.7 Comportamiento de la presión respecto al volumen en el cual se ejerce Figura 1.8 Comportamiento de la temperatura respecto al volumen Figura 1.9 Volumen constante Figura 1.10 Diagrama de compresores Figura 1.11 Compresor de embolo Figura 1.12 Compresor de doble embolo Figura 1.13 Compresor de membrana Figura 1.14 Compresor radial Figura 1.15 Compresor axial Figura 1.16 Compresor rotativo multicelular Figura 1.17 Compresor de hélices bicelular Figura 1.18 Compresor de roots Figura 1.19 Tabla de compresores Figura 1.20 Símbolo del acumulador Figura 1.21 Símbolo del secador Figura 1.22 Secador por enfriamiento

10 Figura 1.23 Secador por absorción Figura 1.24 Secador por adsorción Figura 1.25 Distribución del aire Figura 1.26 Desnivel en la red Figura 1.27 Red lineal Figura 1.28 Red anular Figura 1.29 Red múltiple o de rejilla Figura 1.30 Unidad de mantenimiento Figura 1.31 Filtro de aire Figura 1.32 Purga manual y automática Figura 1.33 Regulador de presión Figura 1.34 Lubricador Figura 1.35 Lubricador de cámara de goteo y válvula de escape Figura 1.36 Unidad de mantenimiento Figura 1.37 Unidad de mantenimiento con y sin lubricador CAPITULO II Figura 2.1 Actuadores linéales Figura 2.2 Actuadores giratorios Tabla 2.1 Nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores Figura 2.3 Cilindro de simple efecto y símbolo Figura 2.4 En estado de reposo Figura 2.5 En estado activado Figura 2.6 Partes internas de un cilindro de simple efecto Figura 2.7 Cilindro de doble efecto y símbolo Figura 2.8 En estado de reposo Figura 2.9 En estado activo Figura 2.10 Partes internas de un cilindro de doble efecto Figura 2.11 Cilindro de doble efecto sin amortiguamiento Figura 2.12 Cilindro de doble efecto con amortiguamiento Figura 2.13 Cilindro sin vástago y símbolo norma DIN

11 Figura 2.14 Cilindro tándem y símbolo norma DIN Figura 2.15 Cilindro de doble vástago y símbolo Norma DIN Figura 2.16 Actuador giratorio de paleta y símbolo norma DIN Figura 2.17 Actuador giratorio (cremallera y piñón) y símbolo norma DIN Figura 2.18 Corte seccionado Figura 2.19 Rotor de un motor de paleta Figura 2.20 Esquema de una válvula de dos vías dos posicione Figura 2.21 Esquema de una válvula de tres vías dos posiciones Figura 2.22 Esquema de una válvula de cuatro vías dos posiciones Figura 2.23 Esquema de una válvula de 5 vías, 2 posiciones Figura 2.24 Rectángula que representa la válvula Figura 2.25 Posiciones de válvula de vías Figura 2.26 Tipos de vías de una válvula Figura 2.27 Entrada y escape de aire Figura 2.28 Posición de reposo de una válvula de vías Figura 2.29 Conexiones de la válvula de vías Tabla 2.2 Nomenclatura de conexiones Figura 2.30 Ejemplo de la fórmula Figura 2.31 Tipos de accionamiento por fuerza muscular Figura 2.32 Tipos de accionamientos mecánicos Figura 2.33 Tipos de accionamiento neumáticos Figura 2.34 Tipos de accionamiento eléctrico Figura 2.35 Accionamiento combinado Figura 2.36 Ejemplos de la formula completa Figura 2.37 Activación de un cilindro de simple efecto Figura 2.38 Activación de un cilindro de simple efecto Figura 2.39 Válvula de 3/2 vías con asiento de bola Figura 2.40 Válvula de 3/2 vías cerrada en reposo con asiento plano Figura 2.41 Válvula de 3/2 vías abierta en reposo con asiento plano Figura 2.42 Válvula de 4/2 vías

12 Figura 2.43 Válvula de impulsos de 5/2 vías, asiento de plato suspendido Figura 2.44 Funcionamiento del servopilotaje Figura 2.45 Válvula de 3/2 vías con servopilotaje Figura 2.46 Válvula de impulsos biestable de 5/2 vías Figura 2.47 Válvula biestable de 3/5 vías Figura 2.48 Estructura básica de un sistema neumático Tabla 2.3 Función de identidad: "SI" o igualdad lógica Figura 2.49 Estado inactivo Figura 2.50 Estado activo Tabla 2.4 Función negación Figura 2.51 Estado inactivo Figura 2.52 Estado activo Tabla 2.5 Función AND Figura 2.53 Estado inactivo Figura 2.55 Estado inactivo Figura 2.56 Estado activo Tabla 2.6 Función OR Figura 2.57 Pistón inactivo Figura 2.58 Pistón activo Figura 2.59 Estado activo Figura 2.60 Estado activo Tabla 2.7 Función OR-Exclusiva (XOR) Figura 2.61 Válvula real, y símbolo Figura 2.62 Corte seccionado Figura 2.63 Válvula de llave y Símbolo Figura 2.64 Válvula real, corte seccionado y su respectivo símbolo Figura 2.65 Regulador de caudal unidireccional y su símbolo Figura 2.66 Corte seccionado de una válvula unidireccional Figura 2.67 Válvula de escape rápido y símbolo Figura 2.68 Corte seccionado, válvula de escape

13 Figura 2.69 Válvula temporizadora real y símbolo Figura 2.70 Corte secccionado Figura 2.71 Válvula reguladora de presión Figura 2.72 Corte seccionado de un regulador de presión con orificio de escape. 93 Figura 2.73 Válvula de secuencia y símbolo Figura 2.74 Corte seccionado de la válvula de secuencia Tabla 2.8 Nomenclatura de las normas CAPITULO III Figura 3.1 Banda de cartones Figura 3.2 Croquis de situación Figura 3.3 Diagrama de movimiento ó de espacio-fase Figura 3.4 Solución mediante el software FluidSim-P Figura 3.5 Croquis de situación Figura 3.6 Diagrama espacio fase Figura 3.7 Solución mediante el software FluidSim-P

14 INTRODUCCIÓN. Dentro del campo de la producción industrial, la neumática tiene una aplicación creciente en las más variadas funciones. No solo entra a formar parte en la construcción de máquinas, si no que va desde el uso doméstico hasta la utilización en la técnica de investigación nuclear, pasando por la producción industrial. En si las aplicaciones de la neumática en la industria son cada vez más numerosas. Pues es una tecnología que al servicio del hombre permite controlar o automatizar procesos industriales como: alimentación, ensamblaje y manipulación, sistemas robotizados o industrias de procesos continuos, son automatizados, en gran parte neumáticamente. La extensión de la automatización de forma sencilla en cuanto a mecanismo y además bajo costo, se ha logrado utilizando técnicas relacionadas con la neumática, la cual se basa en la utilización del aire comprimido, y es empleada en la mayor parte de las maquinas modernas. A través de componentes neumáticos, la automatización industrial, es una de las soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la industria. Hoy por hoy la necesidad de automatizar la producción no afecta únicamente a las grandes empresas, sino que también a la pequeña industria. El objetivo principal de la automatización es aumentar la competitividad de la industria por lo que requiere la utilización de nuevas tecnologías, por tal motivo, cada vez es más necesario que toda persona relacionada con la producción industrial tenga conocimiento de estas. Actualmente, el mercado ofrece una gran variedad de componentes neumáticos adaptados a cualquier aplicación. Estos componentes neumáticos están prácticamente involucrados en todo proceso industrial de producción. Página 1

15 Este trabajo presentará conceptos básicos de automatización neumática industrial, se describirá su importancia y pertinencia en el sector industrial. Además se detallarán los componentes básicos que conforman a los sistemas de automatización neumática y se desarrollarán ejemplos de aplicación que son útiles y de uso frecuente en el sector industrial, aplicando las metodologías vigentes empleadas por la empresa de automatización Festo Neumatics. Por último, se demostrarán las ventajas en la utilización del software FluidSim-P para la elaboración y simulación de los sistemas de automatización diseñados previamente, para la reducción de tiempos de diseño y la puesta a punto de tales sistemas. En los próximos capítulos, presentamos de forma práctica y general la aplicación de la neumática en la automatización industrial, simbología básica normalizada de la neumática, equipos e instrumentos utilizados para esta, así como ejemplos de aplicación práctica en la industria de circuitos neumáticos reales para facilitar al lector su introducción en el campo de la Neumática. El objetivo principal de este trabajo es describir los componentes básicos que conforman un sistema neumático industrial y presentar ejemplos de aplicación de uso frecuente en dicho sector para demostrar su importancia y servir como fuente de consulta básica para los estudiantes de la Facultad. La justificación de este trabajo es motivada por la necesidad de complementar los conocimientos sobre automatización neumática industrial que se adquieren durante el curso de la carrera. En la región existe una gran cantidad de empresas que poseen sistemas de automatización neumática que utilizan entre sus componentes equipo de la empresa FESTO y por ello es muy importante que los egresados de la carrera de Ingeniería Mecánica Eléctrica e Ingeniería Industrial estén familiarizados con su uso. Esta monografía presentará las metodologías básicas para la creación de sistemas de automatización con ejemplos de aplicación en la industria. Página 2

16 CAPITULO I CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA. 1.1 HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION NEUMÁTICA. La automatización puede ser considerada como el paso más importante del proceso de evolución de la industria en el siglo XX, al permitir la eliminación total o parcial de la intervención humana. (1) (pág. 7) Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana. Según su actual definición, la neumática es una técnica moderna, pero según su concepción original es una de las formas de energía más antiguas de entre las conocidas por el hombre. Existen manuscritos del siglo I de nuestra era donde se describen mecanismos accionados por aire caliente en el transcurso de los siglos siguientes fueron diseñados dispositivos generalmente con fines bélicos. La neumática moderna con sus grandes posibilidades, se inicia en Europa a partir de la mitad del siglo XX debido a la acuciante necesidad de una automatización racional del trabajo. Desde entonces la neumática ha ido evolucionando, y lo seguirá haciendo según las necesidades de la industria, ofreciendo en la actualidad una extensa gama de productos. En la industrialización, la automatización es el siguiente paso, después de la mecanización. La mecanización le provee al operador humano con la maquinaria necesaria para hacer trabajos que requieren esfuerzo muscular, la automatización disminuye de gran manera la necesidad de que un humano atienda Página 3

17 constantemente la maquinaria. La automatización se vuelve cada vez más importante en la economía mundial y la experiencia diaria. 1.2 AUTOMATIZACIÓN. El diccionario de la Real Academia Española define a la Automatización como: La disciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de una tarea física o mental proveniente programada. (9) (Pág.8) La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte de Mando. Parte Operativa. La Parte Operativa; es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores y finales de carrera etc. La Parte de Mando; suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del sistema. Dentro de la automatización tenemos como objetivos principales: Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos riesgosos e incrementando la seguridad. Página 4

18 Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, logrando proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo CONCEPTOS BASICOS DE LA NEUMATICA Neumática. La neumática se define como la utilización de aire comprimido como medio de trabajo en la industria, o como la generación, preparación, distribución y utilización del aire comprimido para realizar un trabajo y con ello controlar un proceso. (2) (Pág.7) Automatización neumática. La automatización neumática se realiza usando las propiedades del aire comprimido. Las señales deben traducirse a ausencia o presencia de presión neumática. El tratamiento de las señales de salidas son, generalmente, posiciones de cilindros neumáticos o componentes neumáticos, y así ser una de las soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la industria Neumática industrial. La neumática industrial entonces, consta del flujo y la presión de gases en sistemas de potencia fluida, es decir, transmisión de potencia mediante aire comprimido o gases. Desde el punto de vista tecnológico, La neumática en la industria es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá Página 5

19 la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales. (10) (Pág.3) aplicación de la neumática. Numerosos procesos de fabricación no serían posibles sin la neumática, ya que ésta se encuentra presente en sectores industriales automotriz, electrónica, manipulación, procesos, alimenticias etc. En la figura 1.1 se observan los diferentes procesos de fabricación en la industria de la neumática. Figura Error! No se encuentra el origen de la referencia. A continuación se presenta una lista de diferentes aplicaciones de la neumática en la industria, dependiendo al tipo de proceso en el cual se utilizara: Técnicas de Fabricación: Dentro de esta técnica de fabricación las aplicaciones más comunes son: perforar, tornear, fresar, cortar, acabar, deformar, controlar. Página 6

20 Técnicas de procesos: Dentro de esta técnica de procesos las aplicaciones más comunes son: llenar, dosificar, bloquear, accionar ejes, abrir y cerrar puertas. Técnicas de manipulación: Dentro de esta técnica de manipulación las aplicaciones más comunes son: desplazamiento, sujeción de piezas, posicionamiento, orientación, embalaje. Girar piezas, prensar, separar piezas, estampar, deformar, cortar materiales, transportar materiales. (2) (Pág ) 1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA. Ventajas de la neumática. A primera vista puede sorprender que el uso de la neumática se allá extendido de forma tan intensa y rápida en un espacio de tiempo tan corto. Esto se debe a sus ventajas: Cantidad. Transporte. Acumulación / almacenamiento. Temperatura. Seguridad. Limpieza Construcción / Composición. Velocidad. Resistencia sobre cargas Desventajas de la neumática. Para poder delimitar exactamente los campos de aplicación de la neumática, es necesario indicar no solamente las ventajas, sino también los inconvenientes del aire comprimido, los cuales son: Costos. Preparación / Acondicionamiento. Compresión. Página 7

21 Fuerza Escape. (2) (Pág ) 1.5 MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE MEDIDA. Para facilitar el entendimiento de las leyes físicas se incluye a continuación una lista de las magnitudes físicas. Los datos corresponden al sistema internacional de unidades (SI). En la tabla 1.1 se muestran las unidades fundamentales, para comprender mejor el comportamiento del aire a presión. Unidades fundamentales. MAGNITUD DIMENSION NOMBRE Y SIMBOLO Longitud I Metro (m) Masa M Kilogramo (kg) Tiempo T Segundo (s) Temperatura T Kelvin (K, 0 C=273,15 K) Tabla 1.1 Unidades fundamentales. Página 8

22 En La tabla 1.2 se muestran las unidades derivadas. Unidades derivadas. MAGNITUD DIMENSION NOMBRE Y SIMBOLO Fuerza F Newton (N), 1 N = 1 kg m/s 2 Superficie A Metro cuadrado (m 2 ) Volumen V Metro cubico (m 3 ) Caudal Q (m 3 /s) Presión P Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m 2, 1 bar = 10 5 Pa. Tabla 1.2 Unidades derivadas El Sistema Internacional de Unidades ha establecido al kilogramo (Kg) como unidad de masa, en sentido general, se designa a la masa como peso. Por ejemplo: Una pieza de acero de 1Kg de peso, tiene una masa de 1Kg. Como resultado de tener una unidad de masa, tenemos por motivos físicos una unidad de Fuerza. El físico inglés Isaac Newton que descubrió la siguiente ley natural: (Fuerza = Masa por Aceleración). F m a La unidad de fuerza que resulta de la ley anterior es el Newton (N) que es: 1N 1Kg m 2 s NOTA: La aceleración de la gravedad en la Tierra es de 9.81 m/s 2. La presión es otra magnitud física, la cual representa a la fuerza que se encuentra distribuida sobre una superficie: P F A N 2 m Página 9

23 La unidad del SI derivada para expresar la presión, es llamada Pascal (abreviado Pa). Un Pascal ejerce una presión pequeñísima, por lo que se suelen emplear sus correspondientes múltiplos KPa (Kilopascal = 10 3 ) o MPa (Megapascal = 10 6 ). La presión de 1MPa corresponde como magnitud a la presión de 10 veces la presión atmosférica, es decir: 1MPa = 10P amb En neumática se suele usar otra unidad de presión, equivalente a una décima parte del MPa denominada Bar, es decir: 0.1MPa = P amb En la práctica ha resultado conveniente utilizar la unidad Bar por tener la magnitud de la presión atmosférica, es decir 0.1MPa = 1Bar Los datos de presión se entienden siempre relacionados con una presión de referencia, que en general es la presión atmosférica. P amb = Presión atmosférica P e = Presión excedente P abs = Presión absoluta Tanto en neumática como en hidráulica los datos de presión se refieren a la presión atmosférica. Por lo cual se emplea el símbolo P e. Siendo P e = 0 el nivel de la presión atmosférica. En la figura Error! No se encuentra el origen de la referencia..2 se muestra lo dicho anterior mente. (2) (Pág ). Figura Comportamiento de presión Página 10

24 1.6 LEY DE NEWTON. La segunda ley de newton determina que si se aplica una fuerza aun cuerpo este se acelera, la aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. (3) (pág. 3). Es decir, Fuerza es igual a masa por aceleración: F m a Dónde: F = Fuerza. m = Masa. a = Aceleración. Pero también, fuerza es igual a presión por área. F P A Dónde: F = Fuerza. P = Presión. A = Área. (2) (pág. 27). En la Figura 1.3 se ejemplifica la formula F= P * A. Que se refiera a la fuerza que se ejerce por cada unidad de área. Figura 1.3 F= P*A Página 11

25 La presión es otra magnitud física, la cual está definida como la fuerza que se aplica a un cuerpo por unidad de área. Es decir presión es igual a fuerza sobre área. (3) (pág. 3). La fórmula es: P F A Dónde: P = Presión. F = Fuerza. A = Área. En la Figura 1.4 se ejemplifica la formula P= F/A Que se refiera a la presión que se ejerce por cada unidad de área. Figura 1.4 P= F/A Entonces tenemos que la presión es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional al área. Por lo tanto tenemos que, al aplicar una fuerza sobre un área pequeña tendremos mayor presión, y aplicando la misma fuerza sobre un área de mayor tamaño tendremos una menor presión. En la Figura 1.5 se muestra lo dicho anteriormente. (2) (pág ). Página 12

26 Figura 1.5 A un área mayor menor presión y a un área menor mayor presión LEY DE BOYLE MARIOTTE. Antes de conocer la ley de BOYLE MARIOTTE es necesario tener bien en claro los siguientes conceptos: Caudal (Q): Es la cantidad de aire que fluye a través de una tubería por unidad de tiempo, el caudal se expresa como: Q=V/t. En la Figura 1.6 se muestra la direccion del caudal en un determinado conducto. Figura 1.6 Representación de flujo de aire. La fuerza de los actuadores neumáticos esta determinada por la presión del aire comprimido. La velocidad de los actuadores neumáticos está determinada por el caudal de aire comprimido. Despues de tener en claro estos conceptos basicos, BOYLE MARIOTTE nos dice que El aire puede comprimirse y tiene tendencia a expandirse y señala que a temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es Página 13

27 inversamente proporcional a la presión absoluta del mismo. En la figura 1.7 Se puede apreciar que a mayor volumen es menor la presion y a menor volumen es mayor la presion. Figura 1.7 Comportamiento de la presión respecto al volumen en el cual se ejerce. 1.8 PRIMERA LEY DE GAY LUSSAC. Mientras no cambia la presión, el volumen de un gas contenido en un depósito cerrado es proporcional a la temperatura absoluta. En la figura 1.8 se observa que a una menor temperatura un menor volumen y a una mayor temperatura un mayor volumen. Figura 1.8 Comportamiento de la temperatura respecto al volumen. Página 14

28 1.8.1 Segunda Ley de Gay Lussac. Mientras no cambia el volumen, la presión de un gas contenido en un depósito cerrado es proporcional a la temperatura absoluta. En la figura 1.9 se observa que a menor temperatura, menor presión y a mayor temperatura, mayor presión. Figura 1.9 Volumen constante. 1.9 LEY GENERAL DE LOS GASES. La siguiente ecuación general considera básicamente todas las propiedades de los gases: En un gas contenido en un recipiente cerrado, el producto de la presión y el volumen, dividido por la temperatura, es constante. Recurriendo a esta ecuación general se obtienen las leyes mencionadas anteriormente, suponiendo que se mantiene constante uno de los tres factores: (2) (pág ). Presión P constante Cambios isobáricos Volumen V constante Cambios fisocóricos Temperatura T constante Cambios isotérmicos Página 15

29 1.10 GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO Propiedades del aire. El aire es una mezcla de gases y su composición es la siguiente: Aprox. 78 % en volumen de nitrógeno. Aprox. 21 % en volumen de oxígeno Además, el aire contiene rastros de vapor, dióxido de carbono, hidrógeno, argón, neón, helio, criptón y xenón. El aire se caracteriza por su baja cohesión, lo que significa que las fuerzas entre las moléculas del aire son mínimas. Al igual que todos los gases, el aire tampoco tiene una forma determinada. Su forma cambia si se aplica la más mínima fuerza y, además, siempre ocupa el máximo espacio disponible Preparación del aire comprimido. Para garantizar la fiabilidad del sistema neumático, es necesario que el aire alimentado a éste tenga un nivel de calidad suficiente. Para ello es necesario garantizar tres factores los cuales son: Presión correcta, aire seco y aire limpio. Es necesario tratar el aire comprimido porque éste contamina el sistema. De no tratar correctamente el aire comprimido, se puede resultar en tiempos de paro de máquinas y costos excesivos de servicio y mantenimiento. Para garantizar que el aire comprimido sea eficiente se deben de tomar en cuenta los siguientes factores: Presión correcta, pocas partículas (impurezas), menor condensación y lubricación adecuada. Página 16

30 Presión correcta Al no hacer un ajuste correcto en la presion esto puede derivar en diversos problemas como son: Desgaste temprano del equipo, más fugas de aire, mayores costos de operación, vibraciones de la máquina y baja calidad del producto. Impurezas. Al haber una gran cantidad de impurezas en el sistema están pueden causar daños tales como: Desgaste temprano del equipo, caidas de presión, lineas de presión o elementos bloqueados, mal funcionamiento del equipo. Las impurezas también pueden presentan en forma de polvo como pueden ser: el carbón negro, la materia corrosiva y las partículas de desgaste. Mayor condensación. Al tener una mayor condensación en el sistema se pueden ocasionar problemas tales como: corrosión, bajas velocidades y bloqueo de líneas de presión (lodo). El agua es una de las principales causantes de la condensación. Está siempre presente en el aire en forma de humedad natural, ésta se libera cuando el aire comprimido se enfría. El aire a 20 C con 100% de saturación, contiene gr de agua por m 3. Los inconvenientes que esta causa pueden ser o se traducen en: Hinchamiento o destrucción de empaques y congelación de empaques o de aire en los elementos. Lubricación adecuada. Es muy importante elegir un buen lubricante ya que el mal ajuste o la mala selección del lubricante puede resultar en: desgaste temprano del equipo, eliminación del aceite especial, hinchamiento de los sellos y coloración del producto. Página 17

31 Debemos de tener en cuenta que Puede tratarse de aceite proveniente del compresor (aún en el caso de compresores que trabajen sin aceite), o bien de aerosoles presentes en el aire. (2) (pág.40-48) GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO. La generación del aire comprimido empieza por la compresión del aire. Existen diferentes tipos de compresores y se clasifican por su construcción interna: De embolo alternativo, de embolo giratorio, de flujo. En la figura 1.10 se representa el diagrama de los diferentes tipos de compresores y su clasificación. Figura 1.10 Diagrama de compresores Compresor de Embolo. Durante el movimiento de descenso, el émbolo aspira aire a través de la válvula de aspiración: lo comprime durante el movimiento ascendente y lo expulsa por la válvula de presión. La Presión: De una etapa, es de aproximadamente 600KPa (6 bar). Página 18

32 En la figura 1.11 se muestra el accionar del compresor de embolo. Figura 1.11 Compresor de embolo Compresor de Doble embolo. Durante el movimiento de descenso, el émbolo aspira aire a través de la válvula de aspiración; lo comprime luego durante el movimiento ascendente y lo expulsa por la válvula de presión hacia una segunda cámara dónde se enfría y posteriormente se repite el ciclo con un segundo émbolo de diámetro menor. La presión de dos etapas, es aproximadamente 1500 KPa (15 bar). En la Figura 1.1 se muestra el accionar del doble embolo. Figura 1.12 Compresor de doble embolo. Página 19

33 Compresor de Membrana. Funciona bajo el mismo principio que el compresor de émbolo, sin embargo, una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, el aire comprimido estará exento de aceite En la Figura 1.1 se muestra el accionar de un compresor de membrana. Figura 1.13 Compresor de membrana Compresor Radial. El aire es acelerado en sentido radial por las paletas que giran rápidamente. La energía cinética del aire se transforma en energía de presión, fuerza centrífuga Presión: En varias etapas, aproximadamente 1000KPa (10 bar) En la Figura 1.1 se muestra el accionar de un compresor radial. Figura 1.14 Compresor radial. Página 20

34 Compresor axial. El aire es acelerado axialmente por las paletas que giran rápidamente. La energía cinética del aire se transforma en energía de presión. La presión: Aproximadamente 600 KPa (6 bar). En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor axial. Figura 1.15 Compresor axial Compresor Rotativo Multicelular. Chapas correderas existentes en un rotor colocado excéntricamente dividen la cámara de compresión en células cerradas. El aire se comprime al disminuir el tamaño de las células durante el proceso de circulación. Presión de una etapa aprox. 400 KPa (4 bar). De dos etapas aprox. 800 KPa (8 bar). En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento d un compresor rotativo multicelular. Figura 1.16 Compresor rotativo multicelular. Página 21

35 Compresor de Hélices Bicelular. Es también conocido como compresor de tipo helicoidal. El aire es transportado al lado de presión por medio de dos rotores que giran a alta velocidad. En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor de hélices bicelular. Figura 1.17 Compresor de hélices bicelular Compresor de Roots. En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. Su ventaja radica en el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo que lo hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad de aire, su uso es muy limitado. En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor roots. Figura 1.18 Compresor de roots.. Página 22

36 Grafica de Eficiencia de los Diferentes Tipos de Compresores En la Figura 1.1 se muestra la eficiencia de los diferentes compresores. Figura 1.19 Tabla de compresores. Esta grafica nos muestra la eficiencia de los diferentes tipos de compresores. (2) (pág ). Página 23

37 Acumulador. Después de pasar por el compresor y el enfriador, el aire comprimido llega al acumulador. Un acumulador o tanque de almacenamiento cumple con varias funciones: Reduce las caídas de presión en la línea, sirve como respaldo de energía neumática, evita el funcionamiento del compresor de manera continua, ayuda a eliminar la humedad, provocando condensados debido.al enfriamiento que provoca su gran volumen. El tamaño del acumulador depende de los siguientes criterios: caudal del compresor, cantidad de aire requerida por el sistema, red de tuberías, regulación del compresor, oscilación permisible de la presión en el sistema. Nota. Durante el proceso de enfriamiento, el agua se condensa, por lo que el acumulador deberá tener un grifo de purga de condensados. En la Figura se muestra el simbolo del acumulador el cual es regido por la Norma DIN Figura 1.20 Símbolo del acumulador Secador. Al comprimir un gas, su temperatura aumenta en la misma proporción que se ha comprimido. Para eliminar la humedad en el aire comprimido utilizamos dispositivos secadores de aire. Entre los principales tenemos: Secador por enfriamiento (90-95% eficiencia). Secador por absorción (55-60% eficiencia). Secador por adsorción (70-75% eficiencia). En la Figura se muestra el símbolo del secador el cual es regido por la Norma DIN Página 24

38 Figura 1.21 Símbolo del secador Secadores por Enfriamiento. Con el secado por enfriamiento se logran puntos de condensación a presión entre +2 C y +5 C. Este es el secador empleado más frecuentemente. Su funcionamiento es fiable y presenta bajos costos de mantenimiento. En la figura 1.22 se muestra la distribución del aire en el enfriador. Figura 1.22 Secador por enfriamiento. Página 25

39 Secador por absorción. Es un proceso químico, la humedad presente en el aire se une a una masa de secado y la masa de secado se disuelve y debe ser sustituida. Presenta altos costos de funcionamiento, pero tiene una instalación sencilla y no requiere de fuentes de energía externas. En la Figura 1 se muestra la distribución del aire en un secador por absorción. Figura 1.23 Secador por absorción Secadores por Adsorción. Es un proceso físico, la humedad existente en el aire se deposita en la superficie porosa de la masa de secado su regeneración es por medio de corriente de aire caliente y pueden lograrse puntos de condensación a presión hasta C. (2) (pág ). En la Figura 1.24 se muestra la distribución de aire en el secador por adsorción. Página 26

40 Figura 1.24 Secador por adsorción. Justo antes de que el aire comprimido alimente los elementos neumáticos, debe ser tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua que haya podido condensarse en el último tramo antes de llegar al punto de utilización. Gran parte de estas impurezas se separan en los recipientes de condensación con una adecuada instalación de la red general, pero las partículas más pequeñas son arrastradas en forma de suspensión por la corriente de aire. (1) (pág ). En la Figura 1.25 se muestra la forma de tratamiento del aire para poder eliminar todas las impurezas posibles. (2) (pág. 69). Figura 1.25 Distribución del aire Página 27

41 La Red de Aire Comprimido. Para que la distribución del aire comprimido sea confiable, es recomendable acatar una serie de puntos como: Las dimensiones correctas del sistema de tuberías. La dimensión correcta de los actuadores. La resistencia del caudal de aire. El material de las tuberías. La configuración de la red neumática. (2) (pág. 71). En la Figura 1.2 de muestra el desnivel que tiene que llevar la red el cual es de 1 2% por cada 10 metros de la red, para una correcta distribución del aire así como sus demás componentes. Figura 1.26 Desnivel en la red Tipos de Redes Neumáticas. La conducción de aire comprimido se realiza a través de la red de aire comprimido. Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las tuberías que parten del depósito, colocadas de modo que queden fijamente unidas entre sí, y que conducen el aire comprimido a los puntos de conexión para los consumidores individuales. Página 28

42 Para tener una red adecuada esta deberá tener, una mínima perdida de presión, mínima perdida de aire por fugas y una mínima cantidad de agua en la red y en los puntos de utilización. Para determinar el diámetro correcto de las redes de aire es necesario considerar diversos factores como: El caudal de aire, la caída de presión admisible, la longitud de tubería y la presión de trabajo. (1) (pág. 27) Existen diferentes tipos de redes neumáticas, como son red lineal, red anular, y la red múltiple o de rejilla. En la Figura 1.2 se observa la red lineal la cual consta de una alimentación, un desfogue y una válvula de paso. Se le llama red lineal por su forma ya que es recta y no tiene retorno del aire. Figura 1.27 Red lineal En la figura 1.28 se muestra la red anular la cual consta de una alimentación, un desfogue y una válvula de paso, en esta red existe recirculación del aire debido a la forma de la red. Figura 1.28 Red anular Página 29

43 En la Figura 1.2 se muestra una red multiple o de rejilla la cual consta de una alimentación, varias salidas de aire cerradas y varias válvulas de paso. (2) (pág ). Figura 1.29 Red múltiple o de rejilla Elementos Indispensables para la Distribución. En la Figura 1.30 se muestran por separado el filtro y purga de condensados, el regulador de presión y el lubricador los cuales conforman la unidad de mantenimiento. (2) (pág. 79). Figura 1.30 Unidad de mantenimiento. Página 30

44 Filtro de aire a presión El aire a presión pasa de izquierda a derecha a través del filtro. Un disco deflector hace que el aire gire. Debido a la fuerza centrífuga se apartan las gotas de agua y las partículas sólidas. El aire previamente limpio pasa a través de un cartucho filtrante. (6) (pág. 56). En la Figura 1.31 se muestra el filtro aire real y su corte seccionado con su respectivo símbolo, de acuerdo a la Norma DIN Figura 1.31 Filtro de aire Todos los filtros de línea FESTO están equipados con elementos filtrantes de 40 micras. Generalmente para el 90% de las aplicaciones, esta capacidad de filtrado es adecuada pero en algunas ocasiones no es suficiente, ya que el más del 80 % de los contaminantes es menor a 2 micras. En el caso de querer eliminar partículas muy pequeñas se recomienda el filtrado por etapas para evitar la saturación del cartucho en corto tiempo. El filtro debe ser cambiado cuando existe una caida de presión entre la entrada y la salida de la unidad de mantenimiento. Lo mejor es instalar un indicador de caida de presión, cuando ésta se active es señal de que el filtro deberá ser cambiado. Página 31

45 Purga de condensados En la Figura se observan las formas mediante las cuales se puede purgar el filtro ya sea manualmente o automáticamente. Figura 1.32 Purga manual y automática. Regulador de presión. En la Figura se muestra el regulador de presión con su respectivo símbolo de acuerdo a la Norma DIN Figura 1.33 Regulador de presión. Lubricador. Lo más recomendable es no usar aceite en el lubricador sin embargo hay sistemas con altas oscilaciones en dispositivos de trabajo que lo necesitan para estos dispositivos se les recomienda usar: Aceite hidráulico con una viscosidad igual a 32 mm 2 /s. Página 32

46 En la Figura se muestra el lubricador con su respectivo símbolo de acuerdo a la Norma DIN Figura 1.34 Lubricador. En la Figura 1.3 se muestra el corte seccionado del lubricador con cámara de goteo y con válvula de escape. Figura 1.35 Lubricador de cámara de goteo y válvula de escape Se recomienda que para un buen funcionamiento el vaso deba estar a la mitad para que el aire ayude a que el aceite suba a la mirilla y desde ahí se controla la caída de las gotas: 1 o 2 gotas por minuto para oscilaciones bajas, 3 o 4 por minuto gotas a oscilaciones altas. Página 33

47 Unidad de mantenimiento En la Figura se muestra ya la unión total de los elementos anteriores los cuales forman la llamada unidad de mantenimiento. Figura 1.36 Unidad de mantenimiento. En la figura 1.37 se muestra el símbolo de las unidades de mantenimiento con lubricador y sin lubricador. (2) (pág ). Figura 1.37 Unidad de mantenimiento con y sin lubricador. Página 34

48 CAPÍTULO II. CAPITULO II EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA NEUMÁTICA. 2.1 ELEMENTOS DE TRABAJO NEUMÁTICOS. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES. En un sistema neumático los receptores son los llamados actuadores neumáticos o elementos de trabajo neumáticos. Los elementos de trabajo neumáticos, son elementos que transforman la energía neumática del aire comprimido en energía mecánica. (1) (pág. 31). Se clasifican, según cuál sea su clase de movimiento, en actuadores lineales, normalmente llamados cilindros, en actuadores de giro y en motores. (4) (pág. 1). ACTUADORES LINEALES: pistones, músculos, etc. En la figura 2.Figura 0.1 se muestran los actuadores lineales. Figura 2.1 Actuadores linéales. ACTUADORES GIRATORIOS: motores, rotics. En la Figura 2.2 se puede observar la imagen de los actuadores giratorios. (2) (pág. 95). Figura 2.2 Actuadores giratorios Página 35

49 2.2 ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES. CILINDROS NEUMÁTICOS. Los cilindros neumáticos son, por regla general, los elementos que realizan el trabajo. Su función es la de transformar la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso. A los cilindros neumáticos se les conoce también con el nombre de actuadores neumáticos lineales. Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales se desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al embolo va unido un vástago que, saliendo a través de una o ambas tapas permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo. Los dos volúmenes de aire en que queda dividido el cilindro por el émbolo reciben el nombre de cámaras. Si la presión de aire se aplica en la cámara posterior de un cilindro, el émbolo y el vástago se desplazan hacia adelante (carrera de avance). Si la presión de aire se aplica en la cámara anterior del cilindro, el desplazamiento se realiza en sentido inverso (carrera de retroceso). Según la forma en que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen en: Cilindros de simple efecto. Cilindros de doble efecto. (1) (pág ). Existen otros modelos de cilindros neumáticos, pero el funcionamiento práctico del cilindro no varía nada, en absoluto, solo su aspecto exterior y en realidad muy poco porque nunca deja de tener forma cilíndrica. Página 36

50 En la tabla 2.1 se muestran la nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores. Nombre Símbolo Norma DIN 1219 De simple efecto, retorno por muelle De simple efecto retorno, por fuerza externa De doble efecto De doble efecto con amortiguador Cilindro sin vástago Cilindro tándem Cilindro de doble vástago Actuador angular Actuador giratorio de ángulo limitado Tabla 2.1 Nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores Cilindro de simple efecto El cilindro de simple efecto tiene una sola conexión de aire, el aire se alimenta en un solo lado y puede ejecutar un trabajo en un solo sentido. (2) (pág. 97). Página 37

51 En la Figura 2.3 se observa la imagen real de un cilindro de simple efecto con su respectivo símbolo. Figura 2.3 Cilindro de simple efecto y símbolo Es decir, el desplazamiento del émbolo por la presión del aire comprimido tiene lugar en un solo sentido. Para que el cilindro retroceda, debe descargarse primero el aire contenido en la cámara para que se mueva el vástago por la fuerza que ejerce el resorte incorporado. La carrera activa es la de vástago saliente. En la Figura 2.4 y 2.5 se muestran los dos tipos de estados del cilindro de simple efecto. Figura 2.4 En estado de reposo Figura 2.5 En estado activado Figura 2.5 En estado activado En la práctica existen varios tipos. Los más empleados son los cilindros de émbolo. El movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presión que obliga a desplazarse al émbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presión, el muelle hace que regrese a su primitiva posición de reposo. Por eso los cilindros de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una sola dirección. Hay que tener presente que existe aire a la presión atmosférica en la cámara opuesta, pero puede escaparse a la atmosfera a través de un orificio de escape. Página 38

52 Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera los 100 mm. Por razones prácticas, son de diámetro pequeño y la única ventaja de estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse como elementos auxiliares en las automatizaciones. (1) (pág ). Un cilindro de simple efecto está conformado de la siguiente manera. En la Figura 2.6 se muestran las partes internas de un cilindro de simple efecto. Figura 2.6 Partes internas de un cilindro de simple efecto. Estos cilindros tienen aplicaciones como: sujetar, levantar piezas. (2) (pág. 97). expulsar, marcar, apretar y Cilindro de doble efecto Reciben aire comprimido en ambos lados, por lo que pueden ejecutar un trabajo en ambos sentidos. Antes de ejecutarse el movimiento en el sentido contrario, es necesario descargar primero el aire contenido en la cámara del lado opuesto. En la Figura 2.7 se observa el símbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto. Página 39

53 Figura 2.7 Cilindro de doble efecto y símbolo. El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que, el de los cilindros de simple efecto. Algunas de las aplicaciones de estos cilindros de doble efecto son: Elevar o mecanizar piezas. (2) (pág. 101). El cilindro de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de émbolo y posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. Al aplicar aire a presión en la cámara posterior y comunicar la cámara anterior con la atmosfera a través de una válvula, el cilindro realiza la carrera de avance. La carrera de retroceso se efectúa introduciendo aire a presión en la cámara anterior y comunicando la cámara posterior con la atmosfera, igualmente a través de una válvula para la evacuación del aire contenido en esa cámara del cilindro. En la Figura 2.8 y 2.9 se observa el estado de reposo y el estado activo del cilindro de doble efecto. Figura 2.8 En estado de reposo. Figura 2.9 En estado activo. Figura 2.9 En estado activo. Página 40

54 Un cilindro de doble efecto está conformado de la siguiente manera. En la figura 2.10 se muestran las partes internas de un cilindro de doble efecto. Figura 2.10 Partes internas de un cilindro de doble efecto. Los cilindros de doble efecto pueden ser: Cilindro de doble efecto: Sin amortiguación. En la Figura 2.11 se muestra el símbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto sin amortiguación. Figura 2.11 Cilindro de doble efecto sin amortiguamiento Cilindro de doble efecto: Con amortiguación. En la Figura 2.12 se observa el símbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto con amortiguación. Página 41

55 Figura 2.12 Cilindro de doble efecto con amortiguamiento. En la práctica, el empleo de unos u otros depende de factores como la carga y la velocidad de desplazamiento. Por ejemplo, cuando la carga viene detenida por topes externos pueden aplicarse los cilindros sin amortiguación. Sin embarga cuando la carga vienen detenida por tales topes se debe recurrir a la utilización de los cilindros con amortiguación. (1) (pág ) Cilindros sin vástago A los cilindros sin vástago se les aplica aire a presión alternativamente por ambos lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos. La fuerza del embolo es idéntica en ambos sentidos. (2) (pág. 107). Estos cilindros se componen esencialmente de un cuerpo especial en aluminio, ranurado longitudinalmente. Esta ranura permanece estanca tanto a la presión interior como a la suciedad exterior mediante dos juntas longitudinales de material plástico que encajan una con otra. La transmisión de fuerza se realiza mediante el carro guía que va unido al embolo. Los cilindros sin vástago son cilindros de doble efecto, con amortiguación regulable. En la figura 2.13 se observa la imagen real de un cilindro sin vástago y su símbolo conforme a la norma DIN Figura 2.13 Cilindro sin vástago y símbolo norma DIN 1219 Página 42

56 En comparación con los cilindros neumáticos convencionales, estos cilindros cuentan con varias ventajas importantes: Requieren poco espacio. Un cilindro convencional, provisto de vástago, ocupa siempre más del doble de la longitud de la carrera. No hay riesgo de pandeo del vástago. (peligro de que el vástago pueda retorcerse). A diferencia de los cilindros convencionales, admiten grandes momentos torsores y esfuerzos laterales Como el movimiento esta guiado, en muchas aplicaciones no es necesario utilizar dispositivos adicionales de guiado del móvil. (1) (pág ). Los cilindros sin vástago se componen de la siguiente: Cursor y embolo fijos mecánicamente. Cinta hermética para sellar la carrera. Con amortiguamiento en los finales de carrera en ambos extremos. El campo de aplicación de estos cilindros sin vástago son áreas restringidas y a gran distancia. (2) (pág. 107) Cilindro tándem Los cilindros tándem están constituidos por dos cilindros de doble efecto, colocados en serie, montados en un mismo tubo. Estos dos cilindros reciben simultáneamente aire a presión, con lo que se obtiene prácticamente una fuerza doble a la obtenida con un cilindro neumático del mismo diámetro. No obstante, la longitud que se precisa es doble. (1) (pág. 87). En la Figura 2.14 se observa la imagen real de un cilindro tándem con su referente símbolo de acuerdo con la norma DIN Página 43

57 Figura 2.14 Cilindro tándem y símbolo norma DIN Algunas de las características de los cilindros tándem son las siguientes: Duplicación de la fuerza mediante el acoplamiento de dos émbolos Múltiples posiciones Los cilindros tándem se emplean en aquellos casos en que se precisa un diámetro pequeño y una fuerza superior a la de su diámetro correspondiente. Como puede ser una área restringida y gran fuerza. (2) (pág. 109) Cilindro de doble vástago Para mejorar la capacidad de guía se puede, dotar al cilindro de doble vástago. Las tapas, guías eje y vástago son los mismos que se utilizan en los cilindros normales. Los cilindros de doble vástago poseen un vástago hacia ambos lados, normalmente, el vástago tiene el mismo diámetro en las dos extremidades, por lo tanto, desarrolla una fuerza igual en ambos sentidos. Es preferible que el vástago sea de una sola pieza, ya que si, son dos vástagos separados, existe la posibilidad de que no estén en línea recta y entonces no estén exactamente alineados con respecto a las guías, circunstancia que provoca un frenado o incluso el bloqueo del vástago. (1) (pág ). Estos cilindros de doble vástago pueden ser con vástago hueco para el manejo de ventosas o de doble apoyo para evitar el pandeo del vástago. En la Figura 2.15 se muestra la imagen real de un cilindro de doble vástago con su referente símbolo de acuerdo con la norma DIN Página 44

58 Figura 2.15 Cilindro de doble vástago y símbolo Norma DIN Los cilindros de doble vástago se usan para aplicaciones tales como: la manipulación. (2) (pág. 110). 2.3 ACTUADORES GIRATORIOS Los actuadores rotativos o giratorios realizan la función 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 dos grupos a analizar: Actuador giratorio de ángulo limitado 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). Existen dos tipos fundamentales según su construcción: actuador de giro de paleta y actuador de giro piñón-cremallera. (4) (pág. 4). Motores neumáticos Los motores neumáticos son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Realizan la función de transforman la energía neumática en energía mecánica de rotación. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto, son ligeros y compactos, el arranque y paro es muy rápido, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control complejo y baja inercia. En neumática se emplean principalmente los motores de paleta, también se utilizan con menor frecuencia los de pistones. (1) (pág. 39). Página 45

59 2.3.1 Actuador de giro de paleta Estos actuadores realizan un movimiento de giro de 0 a 270 grados, incorporando unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro. 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. 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. (4) (pág.4-5). En la Figura 2.16 se observa la imagen real de un actuador de giro de paleta con su respectivo símbolo de acuerdo con la norma DIN Figura 2.16 Actuador giratorio de paleta y símbolo norma DIN Las características principales de este actuador giratorio de paleta son: Par relativamente pequeño. Similar al de doble efecto. Ángulo de giro de 0 a 270 grados, ajustable. Los actuadores giratorios de paleta se emplean en aplicaciones tales como: limpiadores y para transportar piezas en ensamble. (2) (pág. 111). Página 46

60 2.3.2 Actuador de giro cremallera - piñón Se trata de un 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. En la figura 2.17 se observa la imagen real de un actuador giratorio de ángulo limitado de cremallera y piñón con su símbolo de acuerdo con la norma DIN Figura 2.17 Actuador giratorio (cremallera y piñón) y símbolo norma DIN Los ángulos de giro pueden llegar hacer de 360 grados como máximo, pero generalmente es menor, por ejemplo 180º y 290º. Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste que ajusta la carrera del vástago. El par de giro es función de la presión, de la superficie del émbolo. Los accionamientos de giro se emplean para voltear piezas, doblar tubos metálicos, regular acondicionadores de aire, accionar válvulas de cierre, etc. (4) (pág. 5). En la Figura 2.18 se muestra el corte seccionado de un actuador giratorio de cremallera y piñón. Figura 2.18 Corte seccionado. Página 47

61 Las características principales de estos actuadores de cremallera y piñón son las siguientes: Par mayor que el de las paletas. Angulo de giro de 0 a 90, ajustable. Los actuadores giratorios de cremallera y piñón se usan en aplicaciones como: estampado y orientación de piezas robustas (2) (pág. 112) Motores de paletas. Son muy simples y su utilización está muy extensa, estos motores son de construcción análoga a la de los compresores de paletas. El rotor esta igualmente montado excéntricamente en el cuerpo del motor. El par de giro sobre la carga se desarrolla cuando el aire a presión actúa sobre la sección libre de las paletas y las empuja haciendo girar el rotor. Cuando la cámara, entre las paletas, con el aire comprimido alcanza la abertura de de salida, se produce la correspondiente expansión a la atmosfera. Los motores de paletas se construyen para potencias comprendidas entre 0,1 y 20 CV. Es frecuente la utilización de estos motores acoplados con un reductor, lo que permite multiplicar el par y que el motor pueda trabajar a velocidades elevadas, con lo que se consigue un mejor control de la velocidad frente a variaciones de las cargas. El número de revoluciones de marcha en vacio se halla entre 1000 y 5000rpm. La regulación del número de revoluciones se efectúa ajustando el caudal de alimentación. Los motores de paletas, además de su utilización como elemento motriz puro, se emplean también en herramientas neumáticas tales como taladradoras, atornilladores y esmeriladoras. (1) (pág. 40). En si su campo de aplicación son en áreas restringidas y gran distancia. Estos motores de paleta se componen principalmente de la siguiente manera: Página 48

62 Cursor y embolo fijos mecánicamente Cinta hermética para sellar la carrera Con amortiguamiento en los finales de carrera en ambos extremos. (2) (pág.114). En la Figura 2.19 se muestra el funcionamiento y rotor de un motor de paleta. Figura 2.19 Rotor de un motor de paleta 2.4 ELEMENTOS DE MANDO O DE CONTROL. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES. Los circuitos neumáticos o mandos neumáticos están constituidos por los actuadores que efectúan el trabajo y por aquellos elementos de señalización y de mando que gobiernan el paso del aire comprimido, y por lo tanto la maniobra de aquellos, denominándose de una manera genérica válvulas. Estos elementos tienen como finalidad mandar o regular la puesta en marcha o el paro del sistema, el sentido del flujo, así como la presión o el caudal del fluido procedente del depósito regulador. Según su función las válvulas se subdividen en los grupos siguientes: En Válvulas de vías o distribuidoras, válvulas de caudal, válvulas de bloqueo, válvulas temporizadoras y válvulas de presión. (5) (pág.1) Válvulas de vías o distribuidoras Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de seguir el aire comprimido en cada momento, gobernando el arranque, paro y el sentido de Página 49

63 desplazamiento de los actuadores. Trabajan en dos o más posiciones fijas determinadas. En principio, no pueden trabajar en posiciones intermedias. Las válvulas de vías se emplean como: elementos de mando, elementos de procesamiento o elementos de entrada. Para llevar a cabo la elección de una válvula neumática es conveniente recurrir a ciertos criterios de elección, los cuales pueden abarcar los conceptos siguientes: Numero de vías y posiciones Sistema de accionamiento Características de caudal Se entiende por número de vías el número máximo de conductos que pueden interconectarse a través del distribuidor. El número de posiciones es el de conexiones diferentes que pueden obtenerse de manera estable entre las vías del distribuidor. Las válvulas distribuidoras se denominan por su número de vías o conexiones con el exterior y el de posiciones posibles, separadas por una barra; por ejemplo una válvula 3/2 vías quiere decir que tiene tres conexiones o vías con el exterior (una con un actuador, otra la alimentación y la tercera el escape) y que puede ocupar dos posiciones de maniobra diferentes. Hay que observar que la primera cifra es siempre indicativa. (1) (pág.43). Las válvulas de vías conmutan reaccionando ante las señales de salida de la unidad de control y bloquean o abren el paso en la parte funcional. Estas válvulas pueden ser de dos, tres, cuatro y cinco vías, convenientes a las zonas de trabajo y a la aplicación de cada una de ellas, estará en función de las operaciones a realizar. Las tareas más importantes de las válvulas de vías son las siguientes: Abrir o bloquear a la alimentación de aire comprimido. Permitir que los cilindros avance y retrocedan. (2) (pág.135). Página 50

64 Válvulas de 2/2 vías Estas válvulas difícilmente pueden llamarse distribuidores ya que de hecho solo abren y cierran un conducto. Las válvulas 2/2 vías tienen dos conexiones o vías: un orificio para la entrada de aire y otro para la utilización, y dos posiciones de trabajo. Evidentemente solo admiten dos posiciones: vías cerradas o vías abiertas. Si está en reposo, la válvula sin accionar y las vías están cerradas, se denomina válvula normalmente cerrada, impide el paso del aire, en caso contrario normalmente abierta, es decir al ser accionada deja pasar el aire. En la Figura 2.20 se representa el esquema de una de una válvula de dos vías dos posiciones, conforme a la norma ISO Figura 2.20 Esquema de una válvula de dos vías dos posicione Válvula de tres vías Una válvula de tres vías consta de un orificio de entrada otro de salida y un tercer orificio para la descarga del aire. El accionamiento de la válvula comunica la entrada con la salida, quedando el escape cerrado. Al retornar la válvula a su posición inicial, se cierra la entrada de aire y se comunica la salida con el escape. Por lo general las válvulas de tres vías son de dos posiciones 3/2 aunque también pueden ser de tres vías tres posiciones 3/3 quedando en su posición central o de reposo todas las vías cerradas. Normalmente esta válvula se emplea para el mando de cilindros de simple efecto, en casos excepcionales se pueden utilizar las válvulas de tres vías para el mando de un cilindro de doble efecto; para ello se Página 51

65 utilizan dos válvulas. Una de ellas alimenta a una de las cámaras del cilindro con aire a presión, simultáneamente la otra comunica la cámara contraria a escape. En la Figura 2.21 se representa el esquema de una de una válvula de tres vías dos posiciones, conforme a la norma ISO Figura 2.21 Esquema de una válvula de tres vías dos posiciones Válvula de cuatro vías Consta de un orificio para la entrada, dos salidas para la utilización de servicios y un escape. Se utiliza para el control de de cilindros de doble efecto o para accionamiento de válvulas piloto de mayor tamaño. En la Figura 2.22 se representa el esquema de una de una válvula de cuatro vías dos posiciones, conforme a la norma ISO Figura 2.22 Esquema de una válvula de cuatro vías dos posiciones Válvula de cinco vías Las válvulas de cinco vías constan de un orificio para la entrada de aire, dos salidas para la utilización de servicios y los dos escapes correspondientes. Todas las válvulas de cinco vías son de embolo deslizante. Cada desplazamiento de éste comunica la entrada con una u otra salida, quedando la otra salida conectada al exterior mediante el escape correspondiente. Se utiliza para el control de doble Página 52

66 efecto o para el accionamiento de válvulas piloto de mayor tamaño. Aparte de las válvulas 5/2, existen dos versiones de 5/3 posiciones: una con ambas salidas a escape en posición central, que deja el cilindro libre y puede usarse para hacer la descarga previa, y otra con todas las vías cerradas para dejar el cilindro inmovilizado o bloqueado en posición central. (1) (pág.43-45). En la figura 2.23 se representa el esquema de una de una válvula de cinco vías dos posiciones, conforme a la norma ISO Figura 2.23 Esquema de una válvula de 5 vías, 2 posiciones Nomenclatura de válvulas de vías La representación que se utiliza corresponde a la norma ISO Se trata de una representación que refleja la función y el funcionamiento de las válvulas de una manera muy significativa. A continuación se relacionan las cuestiones más importantes. La válvula se representa con un rectángulo en posición horizontal. En Figura 2.24 se muestra la imagen de dicho rectángulo que representa una válvula. Figura 2.24 Rectángula que representa la válvula. El rectángulo se puede dividir en varios cuadrados, el número de cuadrados yuxtapuestos representan el número de posiciones de la válvula. En la Figura 2.25 se muestran algunas posiciones de una valvula de vías. Página 53

67 Figura 2.25 Posiciones de válvula de vías. Las flechas representan las vías (pasos de aire) mientras que los bloqueos de aire son representados por "T". En la Figura 2.26 se muestra unos ejemplos de vías que puede adaptar una válvula distribuidora. Figura 2.26 Tipos de vías de una válvula Los triángulos representan la entrada de aire, mientras que los triángulos invertidos representan los puertos por donde el aire es expulsado. En la Figura 2.27 se observa los triángulos que representan las entradas y salidas del aire. Figura 2.27 Entrada y escape de aire. Las válvulas de vías tienen siempre una posición de reposo y se identifica por ser la 2 posición de izquierda a derecha. En la Figura 2.28 se observa la posición de reposo de una válvula de vía de acuerdo a la norma ISO Página 54

68 Figura 2.28 Posición de reposo de una válvula de vías. Estando en la posición de reposo: La segunda vía inferior de derecha a izquierda será siempre la alimentación y será denotado por el número 1 Las restantes vías inferiores serán siempre los escapes de aire, denotados por los números impares (3,5,...) y se escribirán de derecha a izquierda. Las vías superiores serán siempre los servicios, salida o utilizaciones y se denotan por los números pares (2,4,...) y se escribirán de derecha a izquierda. En Figura 2.29 Se observan las conexiones externas, las cuales se identifican por medio de números. Figura 2.29 Conexiones de la válvula de vías. Para evitar errores durante el montaje y además para identificar las conexiones externas, estas se identifican por medio de letras mayúsculas o números: En la Tabla 2.2 se describe la nomenclatura de las válvulas conforme a las siguientes normas. Página 55

69 DIN ISO ANSI Presión P 1 IN Salidas A,B 2,4 OUT1, OUT2 Escapes R,S 3,5 EXH1, EXH2 Pilotajes Z,Y,X 10,12,14 PIL1, PIL2 Tabla 2.2 Nomenclatura de conexiones. Para nombrar correctamente una válvula de vías, se utiliza la siguiente fórmula: Válvula de # vías, # posiciones En la Figura 2.30 se observan ejemplos de la manera correcta para nombrar una válvula de vías, empleando la formula anterior. (2) (pág ). Figura 2.30 Ejemplo de la fórmula Accionamiento de las válvulas Una característica importante de toda válvula es su clase de accionamiento, debido a que, de acuerdo con ello, dentro de la cadena de mando de un equipo neumático se la empleará como elemento emisor de señal, órgano de control o de regulación. El mismo accionamiento puede ser montado opcionalmente en una válvula de 2, 3,5 vías con dos o tres posiciones de maniobras según el tipo. En casos excepcionales, una determinada forma de accionamiento va unidad por razones técnicas a un determinado tipo de válvulas. Los accionamientos comprenden dos Página 56

70 mecanismos el de mando y el de retorno, que pueden ser distintos o iguales. Los retornos pueden ser automáticos, entrando en función al cesar la acción contraria. La clase de accionamiento de una válvula de vías no depende de su función ni de su forma constructiva, si no del dispositivo de accionamiento que se agrega a la válvula básica. De una manera general podemos dividir los accionamientos en: Accionamiento por fuerza muscular Por medio de este mando es posible supeditar una acción neumática a lo ordenado por el operario que se encarga de accionarla. Entre estos accionamientos figuran todos los que son realizados con la mano o con el pie como pueden ser por medio de botón pulsador, por palanca, pedal, palanca enclavable. En la Figura 2.31 se observa los tipos de accionamiento manual. Figura 2.31 Tipos de accionamiento por fuerza muscular Accionamiento mecánico El accionamiento mecánico es necesarios en todas aquellas partes en las que la válvula deba ser accionada mediante un órgano mecánico del equipo, por ejemplo: Página 57

71 levas en el vástago de un cilindro, carros de las maquinas etc. A veces las válvulas con este dispositivo de mando actúan como finales de carrera. En estos accionamientos habrá que tener en cuenta una serie de precauciones para prever la protección de los mecanismos de mando del distribuidor. En la Figura 2.32 se observan los tipos de accionamientos mecánicos. Figura 2.32 Tipos de accionamientos mecánicos Accionamiento neumático o por aire comprimido Estos accionamientos utilizan aire a presión, se utilizan en accionamientos a distancia. En el mando a distancia de un distribuidor el elemento emisor de señales está separado del punto de accionamiento. El accionamiento neumático puede realizarse por impulso de aire a presión, accionamiento o pilotaje positivo o por reducción de la presión, accionamiento o pilotaje negativo. Las válvulas accionadas por medios neumáticos con posición de reposo automática, utilizan exclusivamente pilotaje positivo debido a que debe ser vencida la fuerza del resorte. Las tuberías de mando en las válvulas de accionamiento neumático no deben ser demasiado largas, pues de lo contrario se hacen demasiado largo los tiempos de respuesta y el consumo de aire también es demasiado grande. En la figura 2.33 se observan los tipos de accionamiento neumático. Página 58

72 Figura 2.33 Tipos de accionamiento neumáticos Accionamiento eléctrico El accionamiento eléctrico se efectúa con la fuerza que se provoca al hacer pasar una corriente eléctrica alrededor de una bobina con un núcleo de hierro desplazable en su interior. Tiene muchas ventajas frente al resto de accionamientos y da lugar a una tecnología conocida como electroneumática. Por medio de este mando se subordina una acción neumática por el paso de la corriente a través de un electroimán. Las válvulas provistas de este sistema de mando reciben el nombre de válvulas magnéticas o electroválvulas. También se pueden clasificar los accionamientos en directos o indirectos, según el mecanismo exterior actué directamente sobre el elemento de inversión o sobre una pequeña válvula interna, que a su vez pilota al elemento de inversión de la válvula principal. Las válvulas de accionamiento indirecto o de mando previo están compuestas por dos válvulas montadas en una sola unidad. La primera válvula sirve exclusivamente para la inversión de la segunda, que es la válvula principal. (pág.48-53). En la Figura 2.34 se muestran los tipos accionamientos eléctricos. (1) Página 59

73 Figura 2.34 Tipos de accionamiento eléctrico Accionamiento combinado El accionamiento puede ser con doble bobina, servopilotaje y pilotaje manual auxiliar. En la Figura 2.35 se observa el tipo de accionamiento combinado. Figura 2.35 Accionamiento combinado. Para nombrar completamente una válvula de vías, la fórmula es la siguiente: Válvula de # vías, # posiciones, activada por y retorno por. En la Figura 2.36 se muestran unos ejemplos de la manera correcta para nombrar completamente una válvula de vías. (2) (pág ). Figura 2.36 Ejemplos de la formula completa. Página 60

74 2.4.4 Activación directa de cilindros Un actuador neumático es accionado por lo general mediante una válvula de vías. La selección de la válvula depende en cada caso de la aplicación concreta Accionamiento de un cilindro de simple efecto El vástago de un cilindro de simple efecto deberá avanzar al accionarse un pulsador, volverá automáticamente a la posición normal cuando este se suelte. Características del cilindro de simple efecto: Trabaja en un sólo sentido Muelle de reposición Cuenta con una conexión para alimentación y un orificio de escape Accionamos el cilindro mediante una válvula 3/2 vías manualmente, reposicionada por muelle. La válvula cambia de posición normal a posición conmutada al accionarse el pulsador. En la Figura 2.37 se observa el accionamiento del cilindro. Figura 2.37 Activación de un cilindro de simple efecto. El conexionado de la válvula de 3/2 vías consta de la conexión de aire a presión, de la tubería de trabajo y, además, de la conexión de evacuación de aire. Página 61

75 Activación de un cilindro de doble efecto El vástago de un cilindro de doble efecto deberá avanzar al accionarse un pulsador y deberá retroceder cuando este se suelte. El cilindro de doble efecto trabaja en ambos sentidos. Cuenta con dos conexiones para la alimentación. Accionamos el cilindro mediante una válvula 5/2 vías manualmente reposicionada por muelle. En la Figura 2.38 se observa la activación de un cilindro de doble efecto. (8) (pág ). Figura 2.38 Activación de un cilindro de simple efecto Características constructivas de las válvulas distribuidoras La simbología de los elementos neumáticos nos muestra el comportamiento que tienen los componentes de manera funcional. Sin embargo dicha simbología no nos indica la construcción interna que tienen dichos elementos. Las características constructivas de las válvulas determinan su forma de trabajar, la fuerza de accionamiento requerida, el desplazamiento del obturador, su grado de estanquidad, sus conexiones externas, su tamaño, su robustez y posible duración y otras características. Según su construcción se distinguen las válvulas de asiento y las válvulas de corredera. (5) (pág. 4). Página 62

76 2.4.6 Válvulas de asiento El principio de las válvulas de asiento asegura un funcionamiento, sin coincidencia con el escape, es decir, durante el proceso de conmutación el escape de aire se cierra antes de que pueda pasar el aire que entra. En las válvulas de asiento el paso es abierto o cerrado mediante placas, bolas o conos, obteniendo una perfecta estanqueidad de una manera muy simple. La estanqueidad del asiento de la válvula se realiza casi siempre con juntas elásticas. Normalmente cuentan con un muelle incorporado para el reposicionamiento y se requiere una fuerza de accionamiento relativamente elevada para vencer la resistencia de éste y de la presión del aire. Sin embargo, el desplazamiento necesario del obturador para pasar de posición abierta a cerrada es muy reducido. El tiempo de respuesta de las válvulas de asiento es muy corto, pues con una pequeña elevación del cierre queda libre toda la sección de la válvula. Las válvulas de asiento son poco sensibles a la suciedad, tienen pocas piezas sometidas al desgaste, por lo tanto estas válvulas tienen gran duración y poseen una buena estanqueidad. Se construyen con asiento de bola y con asiento plano. (1) (pág. 46) Válvula de 3/2 vías con asiento de bola Estas válvulas con asiento de bola son de concepción muy simple y, por tanto, muy económicas, pero como no siempre está garantizada la estanqueidad quedan relegadas para funciones secundarias. Se distinguen por sus dimensiones muy pequeñas. Un muelle mantiene apretada una semiesfera contra el asiento; el aire comprimido no puede fluir del empalme 1 (P) hacia la tubería de trabajo 2 (A). La conexión 2 (A) está comunicada a lo largo del taqué con el orificio de salida de aire 3 (R). Posición cerrada en reposo. Página 63

77 Al accionar el taqué, la bola se separa del asiento. Primero se cierra la conexión para salida de aire 3 (R); luego se abre el paso de la conexión 1(P) a la conexión 2 (A). Posición abierta en reposo. Es necesario vencer al efecto la resistencia del muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido En la Figura 2.39 se representa el funcionamiento de la posición cerrada en reposo y la posición abierta en reposo de una válvula de 3/2 vías con asiento de bola. Figura 2.39 Válvula de 3/2 vías con asiento de bola. Este tipo de válvulas distribuidoras pueden ser de 2/2 vías o bien 3/2 vías con escape a través del taqué de accionamiento. El accionamiento puede ser manual o mecánico. (5) (pág. 5) Válvula de 3/2 vías; cerrada en reposo con asiento plano Las válvulas de asiento plano son más utilizadas por ofrecer mejores condiciones de estanquidad. Pueden estar construidas como válvulas de 2/2, 3/2 y 4/2 vías. Sin accionamiento estas válvulas se mantienen en posición normalmente cerradas, provocada por el muelle de retroceso. Estas válvulas tienen el inconveniente de que la fuerza de maniobra resulta elevada, ya que es necesario vencer la fuerza de los muelles y la presión. (1) (pág. 47) Página 64

78 Disponen de una junta simple que asegura la estanquidad necesaria. El tiempo de repuesta es muy pequeño puesto que con un desplazamiento corto se consigue un gran caudal de paso. También estas válvulas son insensibles a la suciedad y tienen, por eso, una duración muy larga de servicio. (5) (pág. 5) Un plato bajo la presión de un resorte bloquea el paso de la conexión de aire a presión 1 (P) a la conexión de trabajo 2 (A). La conexión de trabajo 2 (A) está comunicada con el orificio de salida de aire 3(R). Posición cerrada en reposo. (6) (pág. 64) En estas válvulas al accionar el taqué se bloquea primero el orificio de salida de aire de A (2) hacia R (3), porque el taqué asienta sobre el disco, antes de abrir el conducto de P (1). Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P (1) hacia la conexión A (2). Posición abierta en reposo. Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o para el pilotaje de servoelementos. (5) (pág. 6) En la Figura 2.40 se representa el funcionamiento de la posición cerrada en reposo y de la posición abierta en reposo de la válvula de 3/2 vías con asiento plano. Figura 2.40 Válvula de 3/2 vías cerrada en reposo con asiento plano. Página 65

79 Válvula de 3/2 vías; abierta en reposo con asiento plano En el caso de una válvula de 3/2 vías; normalmente abierta o abierta en reposo, con asiento plano, un plato bajo la fuerza de un resorte cierra el orificio de salida de aire 3 (R). La conexión para aire a presión 1 (P) está comunicada con la conexión de trabajo 2 (A). Posición abierta en reposo. Al accionar el taqué se cierra con un disco primero la conexión de aire a presión de 1 (P) hacia 2(A). Al seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento luego y abre el paso de la conexión 2 (A) hacia la conexión 3 (R). El aire puede escapar entonces por 3 (R). Posición cerrada en reposo. Al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los discos estanquizantes hasta su posición inicial. En la Figura 2.41 se muestra el funcionamiento de la posición abierta en reposo y de la posición cerrada en reposo de la válvula de 3/2 vías; abierta en reposo, con asiento plano Figura 2.41 Válvula de 3/2 vías abierta en reposo con asiento plano. Estas válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecánicos, eléctricos o neumáticos. (5) (pág.6-7) Página 66

80 Válvula de 4/2 vías, con asiento plano. Es una válvula de 4 conexiones de trabajo, 2 posiciones. Cuenta con 2 émbolos de mando. Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación de dos válvulas 3/2 vías, una de ellas normalmente cerrada y la otra normalmente abierta alojadas dentro de la misma carcasa. Estas válvulas de 4/2 vías se emplean para controlar cilindros de doble efecto. (6) (pág. 74). Esta válvula funciona de la siguiente manera. Los conductos de 1 (P) hacia 2 (A) y de 4 (B) hacia 3 (R) están abiertos. Al accionar simultáneamente los dos taqués, se cierra el paso de 1 (P) hacia 2 (A) y de 4 (B) hacia 3 (R). Al seguir apretando los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de reposicionamiento, se abren los pasos de 1 (P) hacia 4 (B) y de 2 (A) hacia 3 (R). Esta válvula regresa a su posición inicial por fuerza de los muelles. En la Figura 2.42 se observa el funcionamiento de una válvula de 4/2 vías, asiento de plato. (5) (pág. 7) Figura 2.42 Válvula de 4/2 vías Válvula de impulsos 5/2 vías, asiento de plato suspendido Esta válvula tiene 5 conexiones de trabajo, 2 posiciones. Utiliza una junta de plato suspendido con movimientos de conmutación relativamente pequeños. Página 67

81 Se invierte alternativamente por pilotaje mediante aire comprimido y permanece en la posición correspondiente hasta que recibe un impulso inverso. Se dice que es una válvula biestable. Al recibir presión, el émbolo de mando se desplaza. En el centro de dicho émbolo se encuentra un disco con una junta de asiento que une los conductos de trabajo 2 o 4 con el empalme de presión 1(P) o los separa de este. Las juntas secundarias del embolo unen las conexiones de evacuación de aire con las conexiones de escape. El escape se realiza a través de 3 o 5. Se utilizan para control los cilindros de doble efecto. La válvula tiene en ambos lados una unidad de accionamiento manual para controlar el movimiento del émbolo. Aunque en un principio pudiera parecer que se trata de una válvula de corredera se trata de una válvula de asiento, pues aunque dispone de una corredera la estanquidad se consigue mediante asiento. Si se comparan con las válvulas de corredera longitudinal, son pequeños los recorridos de accionamiento. (5) (pág. 8). Las válvulas neumáticas 5/2 vías tienen capacidad de memoria; para modificar el mando basta con una breve señal (impulso). Esta válvula conmuta de la conexión 14(Z) a la conexión 12(Y) por efecto de señales neumáticas alternativas. Es decir: Una señal neumática aplicada a la conexión de pilotaje 12 abre el paso de la conexión 1 a la conexión 2. Una señal neumática aplicada a la conexión de pilotaje 14 hace que haya paso de la conexión 1 a la conexión 4. Cuando hay señales en ambas conexiones de pilotaje, domina la primera señal recibida. (6) (pág. 80). En la Figura 2.43 se muestra el funcionamiento de una válvula de impulsos de 5/2 vías, asiento plano suspendido. Página 68

82 Figura 2.43 Válvula de impulsos de 5/2 vías, asiento de plato suspendido Servopilotaje Cuando la válvula tiene un diámetro medio o grande se requiere un esfuerzo de accionamiento superior al que en determinados casos es factible. Para obviar esta dificultad se utiliza el denominado servopilotaje que consiste en actuar sobre una pequeña válvula auxiliar, que abierta deja paso al aire para que actúe sobre la válvula principal. Es decir el servopilotaje es simplemente un multiplicador de esfuerzos. (5) (pág. 9) Las válvulas con servopilotaje se emplean para poder disminuir las fuerzas de accionamiento. Las válvulas con servopilotaje constan de 2 válvulas: La válvula auxiliar o de servopilotaje (válvula de 3/2 vías) de diámetro pequeño. Y la válvula principal Un canal de aire de pequeño diámetro comunica la conexión de aire a presión 1 de la válvula principal con la válvula servopilotada. Al accionar la leva de la válvula servopilotada, pasa aire a presión al émbolo de mando de la válvula principal, y ésta conmuta. El escape de la válvula servopilotada tiene lugar a través del casquillo-guía de la leva. (6) (pág. 70). En la Figura 2.44 se observa el funcionamiento del servopilotaje. Página 69

83 Figura 2.44 Funcionamiento del servopilotaje Válvula distribuidora 3/2, servopilotada de accionamiento por palanca con rodillo. Es una válvula de 3 conexiones de trabajo, 2 posiciones. La válvula con servopilotaje, posee en su interior un pequeño conducto con una válvula auxiliar que conecta presión 1 (P) con la cámara del émbolo que acciona la válvula. Cuando se acciona el rodillo, se abre la válvula auxiliar de servopilotaje, el aire comprimido circula hacia la cámara superior del émbolo que al desplazarlo modifica la posición de la válvula principal 3/2. La palanca con rodillo se activa por ejemplo por medio de una leva. Gracias al servopilotaje, la fuerza de accionamiento requerida es menor. La inversión se realiza en dos fases. En primer lugar se cierra el conducto de 2 (A) hacia 3 (R). Posición cerrada en reposo. Y luego se abre el 1 (P) hacia el conducto 2 (A). Posición abierta en reposo. La válvula se reposiciona por muelle al soltar el rodillo. Se cierra el paso de la tubería de presión hacia la cámara del émbolo y se purga de aire. El muelle hace regresar el émbolo de mando de la válvula principal a su posición inicial. Este tipo de válvula puede emplearse opcionalmente como válvula normalmente cerrada o normalmente abierta. Tan sólo invirtiendo las conexiones 1 (P) y 3 (R), y girando la parte superior del cuerpo en 180. (5) (pág. 10). Página 70

84 En la Figura 2.45 se observa el funcionamiento de la posición normalmente cerrada y de la posición normalmente abierta de la válvula de 3/2 vías con servopilotaje de accionamiento por palanca con rodillo. Figura 2.45 Válvula de 3/2 vías con servopilotaje Válvulas de corredera En estas válvulas, las conexiones externas se relacionan unas con otras o se cierran por medio de una corredera longitudinal o giratoria, que se desplaza o gira dentro de un cuerpo de válvula. Válvula de corredera longitudinal El elemento de mando de esta válvula es un émbolo que realiza un desplazamiento longitudinal, uniendo o separando al mismo tiempo los correspondientes conductos. Es decir el elemento móvil, un embolo, se desliza perpendicularmente al eje del orificio que debe cerrar. La corredera está formada por cilindros y discos coaxiales de diferente diámetro dispuestos consecutivamente. La fuerza de accionamiento requerida es reducida, porque no hay que vencer una resistencia de presión de aire o de muelle, como en Página 71

85 el caso de las válvulas de asiento. La válvulas de corredera longitudinal pueden accionarse manualmente o mediante medios mecánicos, eléctricos o neumáticos. Estos tipos de accionamiento también pueden emplearse para reposicionar la válvula a su posición inicial. La carrera es mayor que en las válvulas de asiento. En este tipo de válvulas la estanquidad es más imperfecta que en las válvulas de asiento. (5) (pág. 10). Estas válvulas de corredera son las más empleadas por la sencillez de su concepción y fabricación, además son de fácil mantenimiento. Estas válvulas prestan funciones generales, destacando entre ellas el mando de cilindros que requieren 5 vías, para lo que se disponen versiones de 5/2 y 5/3. Las fuerzas de accionamiento son pequeñas, incluso a presiones elevadas. (1) (pág. 47) Válvula de 5/2 vías biestable de memoria o impulsos Esta válvula tiene 5 conexiones de trabajo, 2 posiciones. La válvula funciona como válvula de memoria; para modificar el mando basta con una breve señal (impulso). Una señal neumática aplicada a la conexión de pilotaje 12 abre el paso de la conexión 1 a la conexión 2. Una señal neumática aplicada a la conexión de pilotaje 14 abre el paso de la conexión 1 a la conexión 4. Cuando hay señales en ambas conexiones de pilotaje, domina la primera señal recibida. El escape se realiza a través de 3 ó 5. Estas válvulas se utilizan para controlar cilindros de doble efecto. A continuación se mencionan sus características. Grandes recorridos de accionamiento Se necesita poca fuerza para el accionamiento. (6) (pág. 78) En la Figura 2.46 se observa el funcionamiento de una válvula de impulsos biestable de 5/2 vías. Página 72

86 Figura 2.46 Válvula de impulsos biestable de 5/2 vías Válvula de 5/3 vías (Centro cerrado) Esta válvula tiene cinco conexiones: presión, dos con trabajo y dos con la atmósfera, y puede adoptar 3 posiciones. Las conexiones 14 ó 12 accionan la válvula mediante aire comprimido. En la parte superior de la Figura 2.47 se muestra en su posición estable intermedia. La válvula se centra por efecto de los muelles, cuando no se produce ninguno de los pilotajes. En este caso las 5 vías se encuentran cerradas. Seguidamente se muestra la válvula de 5/3 vías después de haber aplicado una señal de pilotaje en 14. El aire fluye de 1 a 4. La conexión 2 se descarga por la 3, mientras que la 5 queda libre. En último lugar aparece la misma válvula después de haber aplicado la señal de pilotaje en 12. El aire fluye de 1 a 2. La conexión 4 se descarga por la 5 y 3 queda libre. (5) (pág.11) En la Figura 2.47 se observa el funcionamiento de la válvula de 5/3 vías (Centro cerrado). Página 73

87 Figura 2.47 Válvula biestable de 3/5 vías. 2.5 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO Los elementos en el sistema neumático son representados por símbolos que indican la función del elemento en el sistema. Los símbolos de los componentes se organizan de acuerdo a los niveles del sistema, estos niveles están dispuestos según el flujo de señales, bien sea en el circuito neumático (de mando) o en el circuito eléctrico (de control). En la estructura de los sistemas neumáticos el flujo de las señales es de abajo hacia arriba. La alimentación de energía es mediante tubo flexible o tubería. En un sistema de control pueden diferenciarse los componentes como pertenecientes a cinco grupos primarios. (2) (pág. 166). En la Figura 2.48 se observa el flujo que se lleva para el diseño de un diagrama neumático. Página 74

88 Figura 2.48 Estructura básica de un sistema neumático. 2.6 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA COMBINATORIA. FUNCIONES LÓGICAS. Es la técnica en la cual los mandos lógicos se implementan utilizando solamente órganos binarios, en donde los elementos solo suministran señales binarias de 0 y 1, estos valores representan el estado lógico de encendido y apagado. Los órganos binarios se caracterizan por su funcionamiento opuesto, como los apagadores eléctricos, distribuidores neumáticos, transistores, etc. En la técnica eléctrica las señales son tensiones, en la técnica lógica de fluidos las señales son presiones es por eso que se ha convenido que corresponda: El signo 1 a la puesta en presión. Cuando está en estado activo El signo 0 a la puesta en escape. Cuando está en estado inactivo Las funciones lógicas permiten expresar instantáneamente la relación existente entre los valores binarios de las presiones de los distintos puntos de un circuito Página 75

89 neumático. Las células lógicas de fluidos están concebidas para cubrir las funciones lógicas definidas. El principio general consiste en reunir en funciones las diversas informaciones binarias relativas al sistema, por medio de símbolos operativos representantes de los tipos de funcionamiento característicos. Las funciones obtenidas definen las condiciones de funcionamiento de los órganos receptores. Estas funciones pueden ser: Función identidad: SI o igualdad lógica. Esta función corresponde a una igualdad de estados, es decir la salida siempre tiene el mismo valor que la entrada. En la Tabla 2.3 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la función identidad: SI o igualdad lógica. Tabla de verdad Ecuación Característica Tabla 2.3 Función de identidad: "SI" o igualdad lógica. Por ejemplo, si una célula entrega una presión de salida cuando el orificio de mando esta a presión, y a la inversa, se dice que hay igualdad entre la señal de salida A y la señal de mando X. Es decir si la variable de entrada o señal de mando X es 0 sin presión, la señal de salida será 0. El pistón está en estado inactivo no hay presión. En la figura 2.49 se representa el estado inactivo del pistón. Página 76

90 Si la variable de entrada o señal de mando X, esta a presión, toma el valor de 1, la señal de salida será 1, es decir el pistón esta en estado activo. En la Figura 2.50 se representa el estado activo del pistón. Figura 2.49 Estado inactivo Figura 2.50 Estado activo Figura 2.50 Estado activo Función negación: NO (Inversión o complemento) Esta función corresponde a una inversión de estados, es decir representa el valor inverso de la variable o función. Se expresa gráficamente, mediante una raya o barra colocada encima de la variable o función. En la tabla 2.4 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la función negación: NO Tabla de verdad Ecuación Característica Tabla 2.4 Función negación Página 77

91 Por ejemplo si una célula manda una presión de salida cuando el orificio de mando esta en escape o a la inversa, se dice que hay inversión de salida A de la señal de mando X. En esta función se toma el valor 1 como señal de salida, si la variable de entrada o señal de mando X toma el valor 0. El pistón está en estado inactivo. En la Figura 2.51 se observa el estado inactivo del pistón, con la función negación. Y viceversa se toma, como señal de salida el valor 0 si, la variable de entrada o señal de mando X, toma el valor 1. Es decir el pistón está activo. En la Figura 2.52 se muestra el estado activo del pistón, con la función negación. Figura 2.51 Estado inactivo Figura 2.52 Estado activo Figura 2.52 Estado activo Función conjunción: Y / AND Esta función AND se caracteriza porque la salida es "1" solamente cuando todas las variables de entrada están a presión, son "1". Tiene dos o más entradas; combina el estado de las señales de entrada. En la Tabla 2.5 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la función AND, con su representación neumática. Página 78

92 Tabla de verdad Ecuación Característica Representación Neumática Tabla 2.5 Función AND. Por ejemplo una célula manda una presión de salida A si una y otra ósea ambas de las señales de entrada están en presión. Es decir el pistón está en estado inactivo, cuando la entrada X y la entrada Y, toman el valor 0, no tienen presión, la salida será 0. En la Figura 2.53 se observa el pistón inactivo con la primera combinación de señales de esta función. Tampoco se activara si la variable de entrada o señal de mando X toma el valor 0 y la variable señal de entrada Y el valor 1, la salida será 0. En la Figura 2.54 se observa el pistón retraído con la segunda combinación de señales de esta función. Figura 2.53 Estado inactivo Figura 2.54 Pistón retraído Página 79

93 El pistón sigue en estado inactivo, si la entrada o señal de mando X, toma el valor 1 y la entrada Y, toma el valor 0, la salida seguirá siendo 0. En la Figura 2.55 se observa el pistón inactivo con una tercera combinación de señales de esta función. En esta función AND, el pistón solo se activa si las variables de entrada X y Y, están a presión, es decir toman el valor 1, forzosamente. En la Figura 2.56 se muestra el estado activo del pistón cumpliendo la condición de la función. Figura 2.55 Estado inactivo Figura 2.56 Estado activo Figura 2.56 Estado activo Función disyunción: O / OR Esta función tiene dos o más entradas; combina el estado de las señales X y Y. Una célula 0 manda una presión de salida X si una u otra de las señales de entrada esta a presión (o ambas). En esta función la condición es que cualquiera de las dos entradas (o las dos) X o Y, estén a presión para que se active el pistón. En la Tabla 2.6 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la función disyunción OR, con su representación neumática. Página 80

94 Tabla de verdad Ecuación Característica Representación Neumática Tabla 2.6 Función OR. En esta función el pistón estará retraído, si las variables de entrada X y Y toman el valor 0, la señal de salida será 0, no habrá presión. En la figura 2.57 se observa el pistón inactivo con la primera combinación de las señales de entrada. Si la señal de mando X toma el valor de 0 y la señal de mando Y toma el valor de 1, la señal de salida será 1. Es decir el pistón está activo. En la Figura 2.58 se observa el pistón activo con la segunda combinación de señales de entrada. Figura 2.57 Pistón inactivo Figura 2.58 Pistón activo Figura 2.58 Pistón activo Página 81

95 El pistón se volverá activar si ahora tomamos la variable 1 en la señal de mando X y en la señal de mando Y la variable 0, esto hará que la señal de salida sea 1. En la figura 2.59 se observa el estado activo del pistón con otra combinación de las señales de entrada. Otra manera de que esta función active el pistón, es accionando las dos entradas de mando X y Y, lo cual hará que la señal de salida sea1. En la figura 2.60 observa el pistón activo con esta última combinación de las señales de entrada de la función disyunción. Figura 2.59 Estado activo Figura 2.60 Estado activo Figura 2.60 Estado activo Función OR - Exclusiva (XOR) La salida es "1" cuando las entradas están en distinto estado. Es decir una célula 0 manda una presión X si una u otra de las señales de entrada X y Y esta a presión (pero no ambas). Esta función se forma con la combinación de dos AND con una OR. (7) (pág ). Página 82

96 En la tabla 2.7 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la función, exclusiva XOR. Tabla de verdad Ecuación Característica Tabla 2.7 Función OR-Exclusiva (XOR). 2.7 VÁLVULAS DE CIERRE, DE CAUDAL Y DE PRESIÓN. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES. Las válvulas neumáticas son las que gobiernan el movimiento de los cilindros. Pueden clasificarse por: su forma de cierre, la función que realiza la válvula, el sistema de accionamiento y retorno. Según su forma de cierre pueden ser: Por deslizamiento Por asiento Por cierre giratorio. Según la función que realizan Válvulas distribuidoras Válvulas reguladoras Válvulas de seguridad Válvulas de secuencia Válvulas temporizadoras Página 83

97 Su sistema de accionamiento y retorno puede ser: Manual Eléctrico Mecánico Neumático Las válvulas neumáticas se clasifican a su vez por el número de vías y pueden ser: De dos vías, de tres vías, de cuatro o de cinco vías Existen válvulas que por su estructura interior tiene una concepción distinta y estas son válvulas especiales, como son válvulas de tres posiciones, de pilotaje diferencial, de descarga rápida, selectoras de circuito, antiretorno, etc. (7) (pág. 10) Válvulas de cierre Las válvulas de cierre bloquean el paso de aire comprimido en una dirección y lo abren en la dirección contraria. La presión en el lado de la salida ejerce una fuerza sobre el lado que bloquea y, por lo tanto, apoya el efecto de estanqueidad de la válvula. Dentro del grupo de las válvulas de cierre, las más utilizadas en los equipos neumáticos son las siguientes: (5) (pág. 14) Válvula antirretorno Una válvula antirretorno, tiene como función bloquear el paso de aire en un sentido, mientras que en sentido opuesto pasa el aire con un mínimo de pérdida de presión. En la Figura 2.61 se observa la valvula de antitrretorno con su respectivo simbolo. Página 84

98 Figura 2.61 Válvula real, y símbolo La válvula de antirretorno cierra el paso del aire en un sentido y el aire solo puede pasar a través de la sección regulada. El aire puede pasar libremente en la dirección contraria a través de la válvula de antiretorno abierta. Es decir, cuando la presión de entrada en el sentido de paso aplica una fuerza superior a la del resorte incorporado, abre el elemento de cierre del asiento de la válvula. (2) (pág. 193). En la Figura 2.62 se observa el funcionamiento de la válvula antirretorno Válvula de llave Figura 2.62 Corte seccionado. Una válvula de llave, abre o cierra el paso de aire en ambas direcciones. Las válvulas de llave también se conocen como válvulas de paso. (2) (pág. 194). En la Figura 2.63 se muestra la válvula de llave real, con su respectivo símbolo. Página 85

99 Figura 2.63 Válvula de llave y Símbolo Válvulas de caudal Estas válvulas influyen sobre la cantidad de circulación de aire comprimido; el caudal se regula en ambos sentidos de flujo. La válvula de estrangulación es una válvula de caudal Válvula estranguladora En una válvula estranguladora, se modifica de modo continuo el flujo del aire. El efecto es el mismo en ambos sentidos. Estas válvulas suelen ser regulables. El ajuste correspondiente puede ser fijado. Son utilizadas para controlar la velocidad de los actuadores. Deberá ponerse cuidado en que la válvula de estrangulación nunca está cerrada del todo. En la Figura 2.64 se observa una válvula estranguladora real con su respectivo símbolo. También se muestra su corte seccionado. Página 86

100 Figura 2.64 Válvula real, corte seccionado y su respectivo símbolo. La válvula de estrangulación y antirretorno reduce el caudal de aire solamente en un sentido. Estas válvulas son utilizadas para regular la velocidad de cilindros neumáticos. Es recomendable instalarlas lo más cercanas posible a los cilindros. (8) (pág. 25) Elementos de mando. Válvula reguladora de caudal (unidireccional) Es la mezcla entre un regulador de caudal válvula de estrangulación en paralelo con una válvula antirretorno. El estrangulador surte efecto sólo en un sentido, en el sentido contrario, el estrangulador no surte efecto. El sentido de estrangulación se indica con una flecha grabada en el componente. En la Figura se muestra la válvula real, con su respectivo símbolo. Figura 2.65 Regulador de caudal unidireccional y su símbolo. Página 87

101 La estrangulación, normalmente regulable desde el exterior, sirve para variar el caudal que lo atraviesa y, por lo tanto, para regular o aminorar la velocidad de desplazamiento del vástago de un cilindro de simple o doble efecto. Según como se disponga la válvula antirretorno consigue regular la velocidad del vástago en uno u otro sentido. También se conoce con el nombre de regulador de velocidad o regulador unidireccional. La válvula antirretorno cierra el paso del aire en un sentido y el aire ha de circular forzosamente por la sección estrangulada. En el sentido contrario, el aire circula libremente a través de la válvula antirretorno abierta. Las válvulas antirretorno y de estrangulación deben montarse lo más cerca posible de los cilindros. (2) (pág. 197). Figura 2.66 Corte seccionado de una válvula unidireccional Válvula de escape rápido Se utilizan para la descarga rápida de aire en elementos de trabajo. La velocidad del émbolo puede aumentarse casi hasta el valor máximo posible. Debe instalarse lo más cerca posible del cilindro. (2) (pág. 201). En la figura 2.67 se observa la válvula de escape rápido real, con su símbolo. Página 88

102 Figura 2.67 Válvula de escape rápido y símbolo Estas válvulas tienen la finalidad de aumentar la velocidad de los actuadores. Con ellas se puede reducir el tiempo de retroceso o retorno, especialmente tratándose de cilindros de simple efecto. (8) (pág. 24). Se trata de una válvula que evacua el aire de manera rápida hacia la atmosfera a través de una abertura relativamente grande. La válvula tiene una conexión bloqueada de presión alimentación 1(P), una conexión bloqueable de escape 3(R) y una conexión de salida 2(A). En la Figura 2.68 se muestra el funcionamiento de la válvula de escape rápido. Figura 2.68 Corte seccionado, válvula de escape. Cuando el aire procede de la alimentación se cierra R y pasa hacia A. Si el aire procede de A se cierra P y el aire se dirige directamente a R. (5) (pág. 23). Página 89

103 Válvulas combinadas Además de las válvulas descritas existen válvulas que se fabrican formando un solo bloque, con misiones específicas, normalmente muy repetidas en los circuitos neumáticos. A continuación se explican algunas de las más destacadas Válvula temporizadora Una válvula temporizadora está compuesta de una válvula neumática de 3/2 vías, (Pueden tener posición normal de bloqueo o de paso abierto), una válvula de estrangulación y antiretorno (Regulador de flujo unidireccional) y de un pequeño acumulador de aire a presión. (2) (pág. 206). En la Figura 2.69 se muestra una válvula temporizadora real con su símbolo. Figura 2.69 Válvula temporizadora real y símbolo Tienen como finalidad la apertura de una válvula después de transcurrido un lapso de tiempo a partir de su activación. El aire comprimido entra en la válvula por el empalme P (1) (Figura 2.69 izquierda). El aire del circuito de mando penetra en la válvula por el empalme Z (12) pasando a través de una válvula antiretorno con estrangulación regulable; según el ajuste del tornillo de éste, pasa un caudal mayor o menor de aire al depósito de aire incorporado. De esta manera se va incrementando la presión en el depósito hasta alcanzar el valor suficiente para vencer la fuerza del resorte que mantiene cerrada la válvula 3/2. En ese momento el disco se levanta de su asiento y el aire puede pasar de P(1) hacia A(2). El Página 90

104 tiempo en que se alcanza la presión de consigna en el depósito corresponde al retardo de mando de la válvula. Para que el temporizador recupere su posición inicial, hay que poner a escape el conducto de mando Z (12). El aire del depósito sale rápidamente a través del sentido favorable de la válvula antirretorno a la atmósfera. Los muelles de la válvula vuelven el émbolo de mando y el disco de la válvula a su posición inicial. El conducto de trabajo A (2) se pone en escape hacia R(3) y P(1) se cierra. Para que el temporizador tarde un determinado tiempo en cerrar el paso del aire después de su activación basta con sustituir la válvula 3/2 NA por otra NC. (5) (pág. 26). En la figura 2.70 se muestra el corte seccionado de la válvula temporizadora donde se observa la posición cerrada en reposo y la posición de paso abierto. Figura 2.70 Corte secccionado Válvulas de presión Las válvulas de presión son elementos que se encargan de regular la presión o que son controladas por presión. Se dividen principalmente en tres grupos: Válvulas reguladoras de presión Válvulas limitadoras de presión Válvulas de secuencia Página 91

105 Válvulas reguladoras de presión Son utilizadas para mantener una presión constante, en su salida independientemente de la presión que exista a la entrada, en los elementos de trabajo, incluso cuando la presión en el sistema o red de distribución oscila. La presión de entrada es siempre mayor que la presión de salida. (2) (pág. 210). En la Figura 2.71 se observa la válvula reguladora de presión real. Figura 2.71 Válvula reguladora de presión. Existen dos tipos, con las características que a continuación se explican. REGULADOR DE PRESIÓN CON ORIFICIO DE ESCAPE Esta válvula consta de una membrana con un orificio en su parte central presionada por un muelle cuya fuerza puede graduarse desde el exterior; además dispone de un estrechamiento en su parte superior que se modifica al ser desplazado un vástago por la membrana, siendo a su vez retenido por un muelle. La regulación de la presión se consigue de la manera siguiente. Si la presión de salida es superior a la definida actúa sobre la membrana oprimiendo el muelle y dejando pasar el aire hacia el exterior a través del orificio de escape. Cuando se alcanza la presión de consigna la membrana regresa a su posición normal cerrando el escape. El estrechamiento de la parte superior tiene como finalidad producir la pérdida de carga necesaria entre la entrada y la salida. El muelle que dispone esta válvula auxiliar tiene por objeto atenuar las oscilaciones excesivas. Página 92

106 En la figura 2.72 se observa el orificio de escape de este regulador de presión. Figura 2.72 Corte seccionado de un regulador de presión con orificio de escape. REGULADOR DE PRESIÓN SIN ORIFICIO DE ESCAPE La válvula sin orificio de escape es esencialmente igual a la anterior con la diferencia de que al no disponer de orificio de escape a la atmósfera cuando se produce una sobrepresión es necesaria que se consuma el aire para reducir la presión al valor de consigna. (5) (pág ) Válvula limitadora de presión Son utilizadas como válvulas de seguridad, ya que evitan que la presión del sistema sea mayor a la máxima admisible. Estas válvulas se abren y dejan pasar el aire en el momento en que se alcanza una presión de consigna, se disponen en paralelo. Al alcanzar en la entrada de la válvula el aire una determinada presión, se abre la salida y el aire sale a la atmósfera. La válvula permanece abierta hasta que el muelle, una vez alcanzada la presión ajustada, cierra de nuevo el paso. Algunas válvulas disponen de un enclavamiento que requiere una actuación exterior para proceder de nuevo a su cierre. (1) (pág. 68). Página 93