CIDEAD. 2º BACHILLERATO . TECNOLOGÍA...

CIDEAD. 2º BACHILLERATO . TECNOLOGÍA INDUSTRIALIITema 6.- Los sistemas neumáticos.

Desarrollo del tema.

1. Características generales de los sistemas neumáticos ehidráulicos.

2. Circuitos neumáticos e hidráulicos

3. Propiedades de los gases.

4. Los compresores : generadores de aire comprimido.

5. Tratamiento del aire en los circuitos neumáticos.

6. Los elementos de regulación y control en los circuitosneumáticos.

7. Los elementos efectores en los circuitos neumáticos.

8. Los temporizadores .

9. La representación esquemática de la actuación de los circuitosneumáticos.

10. La anulación de las señales permanentes.

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1. Características generales de los sistemas neumáticos ehidráulicos.

Los sistemas neumáticos e hidráulicos (pneuma .- viento ; hydro.- agua) permiten el estudioy la utilización tecnológica de ambos fluidos.

Un fluido es un sistema material que no posee forma propia; los líquidos, como el agua o elaceite, poseen una densidad prácticamente constante, en tanto que los gases, su densidad varíaconsiderablemente con la temperatura.

El viento es originado por corrientes de aire. El aire es una mezcla de gases, con unaproporción de aproximadamente el 70 % de N2 ; el 23 % de O2 y otros gases, en menor proporción,como son el vapor de agua, el dióxido de carbono, algunos gases nobles, etc. Su densidad esaproximadamente mil veces más pequeña que la del agua a temperatura ambiente; es un fluidocompresible. En la siguiente tabla se especifica las propiedades del aire a la presión de 1 atmósfera.

Los sistemas neumáticos se utilizan en aquellos sistemas que se necesite una fuerza inferiora las 3 Tm. Normalmente se utilizan con fuerzas alrededor de 1 Tm. para desplazamientos rápidoso en motores de herramientas portátiles o de alta velocidad (500.000 rpm)

Los sistemas hidráulicos utilizan aceite como fluido motor. Los líquidos son prácticamenteincompresibles. Se utilizan en sistemas que necesitan grandes esfuerzos, en actuadores lineales o depar elevado, permitiendo un control más riguroso en la velocidad y en la parada. Se utiliza en lasmáquinas-herramienta, industria naval, aeronáutica, etc.

2. Circuitos neumáticos e hidráulicos

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En todos lo circuitos neumáticos o hidráulicos, hay que tener en cuenta los siguienteselementos.

a. Elementos generadores de energía.- En el caso de los circuitos neumáticos se utiliza uncompresor, para elevar la presión de salida. En los circuitos hidráulicos se utiliza un bombahidráulico. Se accionan mediante un motor eléctrico o de combustión interna.b. Elementos de tratamiento de fluido.- En los circuitos neumáticos es preciso eliminar el

vapor de agua que pueda llevar el aire, por lo tanto hay que proceder al secado. Por otraparte, es necesario la regulación de presión con un presostato, una serie de filtros paraeliminar impurezas en la corriente de aire y un sistema de lubrificación para disminuir losrozamientos de la moléculas gaseosas con lo elementos mecánicos . Los circuitosneumáticos son circuitos abiertos, recogiendo el aire del ambiente y lo vuelven a restituirdespués de ser utilizado. Los circuitos hidráulicos, poseen un depósito de aceite dondetoman el fluido y lo vuelven a restituir después de ser utilizado; al igual que el circuitoneumático, posee un regulador de presión y un filtro de impurezas. c. Los elementos de mando y control.- Se encargan de controlar el funcionamiento de loscircuitos. Regulan la entrada del fluido en los actuadores, es el caso e las válvulas; regulan lacantidad de caudal de fluido o dirigen el aprovisionamiento del fluido en los actuadores. d. Los elementos actuadores .- Son los encargados de transformar la energía comunicadapor el fluido motor en energía mecánica o trabajo útil. El movimiento puede ser lineal yalternativo, como es el caso de los cilindros, o rotativo, como es el caso de los motores.

3. Propiedades de los gases.

El aire, como ya se ha indicado anteriormente, está formado por una mezcla de gases quepueden ser comprimidos y expandidos con facilidad. Como aparece en la tabla anterior, suviscosidad es muy pequeña por lo que el grado de interacción con las paredes de los recipientes quelo contiene es pequeña. Un gas, introducido en un depósito, ejerce una fuerza sobre la superficie delas paredes que lo contiene. Esta magnitud recibe el nombre de presión y se representa por la letra p,al ser una magnitud escalar e intensiva.

p = fS

, siendo f la fuerza y S la superficie; en el S.I. La unidad es el

Pa(pascal) , que es igual a N/m2 . Técnicamente no se utiliza esta medida, al ser muy pequeña,utilizándose otras cuya equivalencia aparece en la siguiente tabla:

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Torrichelli calculo el valor de la presión atmosférica y estableció la equivalencia con el pesode una columna de mercurio de 76 cm de altura.

1 at = 760 mm. de mercurio ( torr) = 10,33 m. de agua.

P = fS

= m.gS

= 13600 .0.76 .S . 9.8

S= 1.01325 105 Pa = 1 at.

Densidad. ρHg = 13600 Kg/m3

La presión absoluta es medida por los barómetros, mientras que los aparatos usadospara medir la presión relativa son los manómetros:

Pabsoluta = P0 + Prelativa

Aunque el aire no es un gas perfecto, el estudio de lasecuaciones de los gases ideales, nos puede indicar y predecir su comportamiento en determinadoscasos. Las ecuaciones de los gases ideales son :

1. Ley de Boyle- Mariotte. Indica que a temperatura constante, manteniendo lacantidad de gas constante, la presión es inversamente proporcional alvolumen que ocupa : p . V = cte.

2. Ley de Gay Lussac. Indica que en una transformación isobárica (a presiónconstante), manteniendo constante la cantidad de gas, existe una relacióndirecta entre el volumen que ocupa y la temperatura a la que se encuentra:

V = cte . T.3. Ley de Charles . En una transformación isostérica ( a volumen constante),

manteniendo constante la cantidad de gas, existe una relación directa entre lapresión y la temperatura a la que se encuentra: p = cte. T

4. Principio de Avogadro. Manteniendo constante las dos magnitudes intensivas(p y T), la cantidad de sustancia gaseosa es proporcional al volumen queocupa. Esta cantidad la denominó mol : n = cte V. El volumen de una molen C.N. (condiciones normales de p = 1 at y 0º C ) , para cualquier tipo degas, es igual a 22.4 litros.

5. Ley fundamental de los gases ideales: ecuación de Clapeyront:

p . V = n . R . T

R , es la constante de los gases ideales; R = 0.082 at l/ºK.mol

Otra magnitud que se debe de medir, a parte de la presión, es el caudal. El caudalvolumétrico, representa el volumen(m3 ) de fluido que atraviesa una sección transversal

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transportados en la unidad de tiempo(s):

Q = Vt

= S . lt

= v . S ( v , velocidad y S sección transversal)

El caudal se suele expresar en m3/ hora o L/min.

4. Los compresores : generadores de aire comprimido.

Los compresores son los elementos que generan el aire comprimido para después serutilizado en los circuitos neumáticos. Los compresores transforman la energía exterior (motoreléctrico o combustión) en energía de presión. A nivel industrial, los compresores se colocan en elexterior al ser altamente ruidosos y en ese lugar se recoge el aire mas puro. Un compresorproporciona la presión que se comunica al aire, medida por la relación de compresión y el caudalque puede proporcionar.

Básicamente los compresores aspiran el aire existente en la atmósfera terrestre y elevan lapresión disminuyendo su volumen específico. Los compresores pueden ser:

a. Volumétricos.- Se basan en la ley de Boyle-Mariotte, de tal manera que al disminuir elvolumen, aumenta la presión. Estos compresores pueden ser alternativos o rotativos. Losalternativos poseen una serie de cilindros poseen émbolos que funcionan mediante unsistema mecánico de biela-manivela accionado por un motor eléctrico o de combustióninterna. La cámara de compresión está dotada en su parte exterior de unas aletas derefrigeración para facilitar el enfriamiento del aire comprimido. El aire penetra en la cámarade compresión a través de un filtro por medio de la válvula de aspiración. Cuando el émboloasciende y comprime el aire, se abre la válvula de escape para que el aire salga a presión porel circuito. Se pueden conseguir presiones hasta los 10 bares. A la salida del compresor seencuentra un manómetro para indicar la presión de salida pudiéndose medir en dos escalas:Kg/cm2 o psi (escala en rojo) . El psi representa:( pound square inches) ; 1 Kg/cm2 = 12.70psi. En el siguiente esquema se representan dos ejemplos de compresores de una y de dosetapas:

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Los compresores volumétricos rotativos produce el aire comprimido un rotor que gira en lacarcasa totalmente estanca, empujando el aire de aspiración hacia la salida comprimiéndolo.Puede ser de paletas en el que el rotor posee una serie de álabes o paletas insertados o detornillo, constituido por dos tornillos que engranan entre si el aire se aspira por el hueco quedeja los perfiles cóncavo y convexo de los tornillos, siendo eliminado hacia la apertura desalida.

b. Compresores dinámicos.- En este caso el aire se hace pasar por una serie de conductosde sección cada vez menor, el caudal es constante y su velocidad aumenta. Mediante undifusor, disminuimos la velocidad del aire, aumentando la presión. Los hay de flujo radial yde flujo axial. Se utilizan para situaciones que se requiera un caudal grande de aire y presiónno muy elevada.

Para que el motor eléctrico no funcionecontinuamente y provoque una aumento de presiónpeligrosa, se dispone de un depósito de airecomprimido con un presostato de manera que sedesactivará el motor, cuando la presión alcance unvalor elevado y se activará cuando la presión baja.

Por otra parte existe una válvula de seguridaddel calderín que se calibra a una determinada presióny que se abre cuando la presión es superior a unaestablecida.

Existe también un filtro de aire a la entrada delaire al compresor y un man´metro que nos indica lapresión del depósito .

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Compresor rotativo de paletas

Compresor rotativo de tornillo.


La regulación se realiza de acuerdo al esquema eléctrico de la página siguiente:

Problema 1.- Cuál es la temperatura a la que tenemos que calentar 2 moles de nitrógenocontenidos en un recipiente de 40 litros de capacidad para que su presión sea de 0.2 MPa.

Datos .- n = 2 moles N2 ;;; PM = 14. 2 = 28 g/mol ;;; V = 40 litros ;;; p = 0.2 MPa= 2.105 Pa.

Resolución.- Se debe de aplicar la ecuación de los gases perfectos :

p . V = n . R . T ;;;; T = p .Vn. R

= 2.105

1.01325105 at. 40

2 .0.082 = 481.30º K =

= 208.15 º C

Problema 2.- Un compresor de émbolo de una etapa posee una carrera de 5 cm; eldiámetro del émbolo es de 10 cm. y el volumen de la cámara de compresión cuando el pistón estáen punto muerto superior (volumen mínimo) es 70 cm3. Si el gas se considera perfecto y que latemperatura se mantiene constante, ¿cuál es su relación de compresión?

Datos .- L = 5 cm ;;; Φ = 10 cm ;;; V1 = 70 cm3 ;;; determinar R .

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Resolución.- R = V2V1

= 46370

= 6.61

V1 = π .

2

2

. h h = 4 .V1

2 .

= 0.9 cm

H = 5 + 0.9 = 5.9 ;; V 2 = π

2

2

.H = 463 cm3

5. Tratamiento del aire en los circuitos neumáticos.

Los elementos de tratamiento de aire son aquellos que se colocan inmediatamente antes delos elementos que van a generar trabajo útil y que tiene como misión suministrar el aire en lasmejores condiciones. El aire ha de estar libre de impurezas (partículas en suspensión, agua y aceite).Debe de usarse la presión deseada y lubrificado convenientemente.

Por lo tanto estos elementos son:1. Los filtros.- Depuran el aire comprimido, ya que las impurezas de todo tipo, puedendañar al compresor y los mecanismos utilizados en el circuito. Las impurezas mas corrientesson las de polvo (sólidas) y las de vapor de agua que pueden ocasionar serios deterioros enlos dispositivos . El filtro de la figura produce una eliminación de las partículas sólidas porcentrifugado y las moléculas de vapor de agua. Posteriormente se separan las particulassólidas por filtrado de bronce poroso ; el tamaño de las partículas oscila entre los 10 y los 40μm. El vapor de agua, ya líquida, se deposita en la parte inferior del vaso y se purga

mediante una llave . El vaso es de plásticotransparente.

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Entrada del aire

Aletas rotativas

Vaso

Llave de purga

Salida del aire


2. Los reguladores de presión o presostatos.- Siempre la presión de trabajo es inferior a laque proporciona el compresor, así si éste proporciona 10 Kg/cm2, normalmente se utilizaentre 2 y 3 Kg/cm2. El presostato mantiene constante la presión que se suministra al circuito:el funcionamiento es simple: bloquear o dejar pasar el aire comprimido a través de unobturador(válvula de cierre) . La apertura o cierre se consigue mediante un vástagoaccionado por una membrana o por un pistón.

3. Los lubricadores.- Tiene como objetivo suspender gotas de aceite en el aire comprimidopara evitar los rozamientos con los diferentes elementos mecánicos del circuito. Ellubricador incorpora el aceite a los elementos móviles gracias al aire comprimido: Elmecanismo de funcionamiento está basado en el efecto Venturi que indica que cuando en lacirculación de un fluido, se produce un aumento de la sección axial, la presión disminuye.Entre los lubricadores más usados se encuentran los de niebla.

4. Unidad de mantenimiento.- Es una asociaciónde un filtro, un regulador de presión y unlubricador.

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Entrada del aire

Mando de regulación

Membrana

Válvula

Salida del aire

Cámara de regulación

Agujero de escape

Entrada de aire

Paso de aire al aceite

Vaso de aceite

Regulación de la cantidad de aceite

Tapón de llenado de aceite

Salida del aire


6. Los elementos de regulación y control en los circuitosneumáticos.Los elementos encargados de controlar la energía en un circuito neumático que se consume

en los actuadores, son las llamadas válvulas. Estas válvulas pueden ser:Las válvulas distribuidoras o de dirección.- Las válvulas de dirección consiste en una serieconducciones que llegan aire comprimido y salen hacia los elementos de utilización. Secaracterizan por el número de vías(orificios que presentan) y el número de posiciones(elnúmero de formas de conexión de estas vías) . Una válvula 3/2 indica 3 vías y dosposiciones.

Según su construcción las válvulas pueden ser de asiento o correderas.

Para accionar o pilotar estas válvulas, se recurre a unaserie de mecanismos:

a . Por dispositivos mecánicos por operador, con o sinretroceso(recuperables) como pueden ser los pulsadores,palancas o pedales .

b. Por dispositivos neumáticos, eléctricos (electroválvula), o mixtos.

c. Por accionamiento mecánico sin operador, como son los rodillos, leva o leva y rodillo.

En el siguiente esquema se puede apreciar los diferentes sistemas de pilotaje de las válvulasde dirección o distribución.

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Paso de aireBloqueo de paso

Esquema de una válvula 3/2 corredera


Entre las válvulas de distribución especiales se encuentran las electroválvulas, lasneumáticas y las unidireccionales (antirretorno).

Las electroválvulas, disparan el mecanismo a una determinada tensión que hay quecalibrarla previamente(normalmente a 5 V). El mecanismo de disparo es mediante un electroimán.

Las válvulas con pilotaje neumático, se disparan cuando llega al pilotaje aire una

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determinada presión. Pueden actuar por aumento de presión o disminución de presión.Las válvulas unidireccionales, cierran el paso del aire en un sentido y permite el paso del

aire en sentido contrario.

Otras especiales son las válvulas selectoras, distribuidoras automáticas de tres vías y laválvula de simultaneidad.

Las válvulas selectoras, se utilizan cuando en un punto coinciden dos flujos neumáticos, esla válvula OR . Un orifico permanece abierto mientras que el otro permanece cerrado

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Las válvulas selectoras de tres vías (escape rápido) se utilizan como selectores de circuitoCuando se deja de aplicar presión en el circuito de entrada, el aire pasa automáticamente del orificiode utilización al de descarga. Una de las aplicaciones de este dispositivo es como expulsador, paraexpulsar las piezas en una determinada línea de producción.

La válvula de simultaneidad posee dos entradas y una salida y actúa como una válvula AND

En el siguiente esquema se aprecian las diferentes válvulas distribuidoras:

Válvulas de control de caudal.- Sirven para dosificar la cantidad de aire que llega alactuador. Se traduce en una ralentización del efecto. Los reguladores de caudal pueden serunidireccionales o bidireccionales.Los unidireccionales, solamente la circulación del caudal puede ser a través de ellas. El aireque retorna tras la utilización puede pasar libremente . Se puede regular el flujo de

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Punto de presión

Escape libre

Activa Pasiva


alimentación o el flujo de escape.

Las bidireccionales carecen de válvula antirretorno. El airepasa de una forma obligada por los dos sentidos.

Válvulas control de presión.- El proceso deregulación se realiza por el ascenso o descenso deun elemento roscado . Se utilizan como válvula deseguridad, para conseguir que la presión semantenga por debajo de un cierto nivel; enelementos que trabajen a presiones diferentes quees lo que se denomina válvula e secuencia omediante el uso como reguladores de presión paramantener estabilizada.

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7. Los elementos actuadores en los circuitos neumáticos.

Los elementos que transforman la energía de presión en energía mecánica son:

1. Los elementos alternativos o cilindros.2. Los elementos rotativos o motores.

1. Los cilindros provocan el desplazamiento útil en línea recta con un movimientoalternativo. Pueden ser:

a. De simple efecto en los que solamente se produce desplazamiento ítil en un sentido y larecuperación se lleva a cabo mediante un muelle o alguna carga externa.

b. De doble efecto en los que el desplazamiento es útil en los dos sentidos.En el cilindro se debe de tener en cuenta los siguientes elementos:

a. La camisa.- Es el cuerpo del cilindro; normalmente es cilíndrica .b. Las culatas.- Son las tapas de cierre . En los de doble efecto ambas son iguales. Sirvanpara hacer de cierre al cilindro, alojar las conexiones de las tuberías, y apara amortiguar elguiado de los vástagos.c. El vástago .- Es la barra que transmite el trabajo que realiza la fuerza del fluido sobre elémbolo.d. El émbolo o pistón .- Es el elemento móvil que se desplaza en el interior del cilindro,separando las dos cámaras del mismo.

En el cilindro de simple efecto, el aire comprimido actúa en una sola cámara. La carreraactiva del cilindro es el vástago saliente, en general. La carrera de retorno se puede realizar pormuelle de retroceso o por medio de una carga (fuerza externa). Se emplean en carreras cortas ydiámetros pequeños, para la sujeción, expulsión, la alimentación de sistemas automáticos, etc.

Los cilindros de simple efecto más utilizados son los de émbolo empleándose como camisaacero estirado, por su pequeña rugosidad, con tratamiento superficial de cromo. Las cabezas son de

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Culata

Vástago

Cilindro o camisa

Émbolo

Vías de entrada y salida


aluminio y el vástago de acero rectificado y cromado

La fuerza será : F = p . S - FR – FM ;;;; FR .- Fuerza de rozamiento FM.- Fuerza de retorno del muelle.

La fuerza de avance será en un cilindro por retroceso con muelle será :

Fa =

4. D2 . p . η - FM

D .- diámetro del émbolo.p .- presión.η.- Rendimiento del cilindroFM.- Fuerza de recuperación del muelle.

Los cilindros de doble efecto disponen de dos vías de toma de aire a ambos lados delcilindro. Son los cilindros más utilizados. Sus ventajas con relación a los de simple efecto son elque su carrera no está limitada, no se realiza trabajo para comprimir el muelle de retorno y sumovimiento se puede regular mucho mejor.

La fuerza en un cilindro de doble efecto será :

F= S . p - FR

La fuerza efectiva de avance será: Fa =

4. D2 . p . η

La fuerza de retroceso será: FR =

4.( D2 - d2 ) . p . η

La fuerza se mide en daN (decanewton) o en Kp.En un cilindro de doble efecto, el volumen de aire necesario por ciclo completo de ida y

vuelta será a la presión de trabajo :

V = . 2 D2−d 2. L

4, siendo L la carrera del cilindro.

Si fuera a la presión atmosférica aplicaríamos la ecuación de Boyle- Mariotte :

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po . Vo = p . V Para evitar el choque del émbolo contra el final del cilindro se utilizan un sistema de

amortiguación final de la carrera. Ésta puede ser externa mediante muelles, amortiguacioneshidráulicos o mediante amrtiguación interna mediante un colchón de aire cuando el pistón llega alfinal de la carrera.

Problema 3.- Un cilindro de doble efecto posee los siguientes datos geométricos: diámetrodel émbolo 10 cm. El diámetro del vástago es de 3 cm. La carrera es 12 cm. La conexión se ralizaa una toma de aire comprimido de p = 2 MPa y efectúa 15 ciclos por minuto. Si no existerozamiento, calcular:

a. La fuerza que ejerce el vástago en la carrera de avance.b. La fuerza que realiza en el retroceso.c. El consumo de aire en condiciones normales.

Datos .- D = 0.1 m ;;; d = 0.03 m ;;; L = 0.12 ;;; p = 2 106 Pa ;;; n = 15 cpm.Resolución.-

a. Fa =

4. D2 . P =

40.12 . 2 106 = 15708 N.

b. FR =

4.( D2 - d2 ) . p =

4 ( 0.12 – 0.032 ) 2 106 = 14294 N

c. En las condiciones de trabajo:

V = . 2 D2−d 2. L

4 =

.20.12−0.032

. 0.124

= 0.0018 m3 = 1.8 l

p0 = 1 at = 1.033 105 Pa ; p0 . V0 = p . V

V0 = p . Vpo

= 2.1033106. 1.8

1.033105 = 36,65 l.

Caudal : Q = 36,65 (l/ciclo) . 15 (ciclos/minuto) = 549,74 l/min.

Problema 4.- Un cilindro de simple efecto de 1 cm de diámetro, soporta un peso de 100 Ny contiene en su interior 1 mol de un gas ideal a la temperatura de 25º C. Calcular la presión a laque se somete el gas y cuál es su volumen.

Datos.- D = 1 cm ;;; F = 100 N ;;; n = 1 mol ;;; T = 25 + 273 = 298º K

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Resolución.- p . V = n R T ;;; F = p S ;;; p = FS

= 100

7.8510−5 = 12.32 at.

S =

4. D2 = 7.85 10-5 m2 ;;; V =

n . R.Tp

= 1 .0.082 .298

12.32= 1.98 l.

Problema 5.- Un cilindro de simple efecto de retorno por muelle se encuentra realizandoun trabajo por compresión conectado a una red de 1 MPa de presión. Si el diámetro del émboloes de 10 cm., su carrera de 3 cm, y la fuerza de rozamiento se puede considerar un 10 % de lateórica. ¿Cuál será la fuerza ejercida por el vástago en el comienzo del ciclo de trabajo?, ( elmuelle se encuentra a longitud L0) ¿cuál será la fuerza al final de la carrera, si la constante delmuelle es k = 100 N/cm?

Datos .- p = 1 MPa = 106 Pa ;;; D = 0.1 m ;;; L = 0.03 m ::: FR = 0.1 F ;;; k = 100 N/cm

Resolución.- Fa =

4. D2 . p =

4. 0.12 . 106 = 7853 N ;;;; FM = k . x

Fa =

4. D2 . p – FR - k . L = 7853 – 785 – 300 = 6768 N

Problema 6.- El diámetro del émbolo de un cilindro de doble efecto es de 7.5 cm y el delvástago es de 2.5 cm. Si la presión del aire es de 5 Kp/cm2, calcular:

a. El valor de las fuerzas de avance y retroceso b. El consumo de aire en condiciones normales si la carrera es de 10 cm. y efectúa 30

ciclos por minuto.

Datos .- D = 0.075 m. ;;; d = 0.025 m ;;; p = 5 Kp/cm2 = 5. 0.989 105 Pa ;;; L = 0.1 m

Resolución.- F a =

4. D2 . p =

40.0752 . 5. 0.989 105 = 2184 N

FR =

4.( D2 - d2 ) . p =

4 ( 0.0752 – 0.0252 ) 5 . 0.989 105 = 1941 N

po = 1 at = 1.022 105 Pa

V = . 2 D2−d 2. L

4=

.2.0.0752−0.0252

. 0.14

= 0.83 litros

Vo = p .Vpo

= 5.978105 . 0.83

1.033105 = 4.80 litros.

Q = Q = 4.80 (l/ciclo) . 30 (ciclos/minuto) = 144.09 l/min.

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2 . Los elementos rotativos o motores.- Transforma la energía comunicada por la presióndel aire en un movimiento rotativo. La diferencia que existe entre los motores neumáticos yeléctricos se pueden resumir en:

a. Los motores neumáticos permiten rápidamente invertir el sentido de giro y una velocidadde giro de 500000 r.p.m.

b. Los motores eléctricos proporcionan mayor rendimiento .c. Los motores neumáticos se puede sobrecargar sin problemas hasta provocar su parada. Se

suelen usar en la minería, en la industria de petróleo, química, siderúrgica por la ausencia depeligrosidad.

Existen cinco tipos de motores : a) de caudal constantey un sólo sentido de giro, b)motor de caudal variable y un sólosentido de giro, c)motor de caudal constante y dos sentidos degiro, d)motor de caudal variable y dos sentidos de giro ye)motor de giro limitado.

Por su construcción se pueden diferenciar entre :

1. Motores rotativos de pistones.- Estánconstituidos por un cierto número de cilindrosde simple efecto unidos mediante una serie debielas al eje central o cigüeñal. La introduccióndel aire a los pistones es de forma secuencial.

Velocidad máxima 5000 rpm y su potencia entre 5 y 25 CV.2. Motores de paletas .- De construcción más sencilla y de menor peso. Consta de una

carcasa y un rotor excéntrico. Al variar la superficie de contacto , la presión es menory el giro se realiza siempre en el mimo sentido. Las paletas son retraíbles. Lavelocidad de giro puede llegar hasta los 10000 rpm.

3. Motores de turbina.- Se utilizan cuando se requieren elevadas velocidades(500000r.p.m) y pequeñas potencias. El sistema consiste en hacer llegar a presiónsobre los álabes de una turbina aire logrando el movimiento del eje de giro. El tornode los dentistas es un ejemplo de este motor.

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8. Los temporizadores .

Los temporizadores de los circuitos neumáticos son los depósitos, que dependiendo de suvolumen, permiten el retraso de la verificación del efecto. Normalmente el temporizador seconstruye mediante una válvula reguladora de caudal, un depósito y una válvula de control dedirección.a. Temporizador a la conexión

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b. Temporizador a la desconexión:

c. Temporizador a la conexión y a la desconexión.

En el siguiente montaje, se va a lograr una pulsación en la válvula de distribución

9. La representación esquemática de la actuación de los circuitosneumáticos.

Se dice que una serie de movimientos son secuenciales, cuando transcurren uno acontinuación del otro. Y un movimiento no comienza hasta que el anterior no haya concluido. Pararepresentarlo se debe de tener en cuenta:

1. Los elementos o cilindros se enumeran en orden : 1.0 ;; 2.0 ;; 3.0 , etc 2. Los elementos de control se numeran : 1.1 ;;; 2.1 ;;; 3.1 ;;; etc.3. Los captadores de información se enumeran como 1.2 ;; 1.4 ;; 2.2 ;; 2.4 . etc. Loscaptadores de información se representan tal como están en la posición de reposo

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4. Los elementos de regulación se enumeran según 1.02 ;; 1.03 ;; 2.02 ;; 2.03.5. Los elementos auxiliares llevan la numeración 0.1 ;; 0.2 ;; 0.3 6. El sentido del movimiento se indica mediante el signo + para la salida del vástago y –para la entrada .7. Los movimientos se describen en orden cronológico.Por ejemplo supongamos un proceso de estampación de piezas usando:a. Dos cilindros de doble efecto 1.0 y 2.0.Cuando el cilindro 1.0 es accionado debe de empujar una pieza (1.0 +).Cuando se alcance el final de carrera 2.2, provocará el movimiento saliente del vastago en el

cilindro 2.0 +. Cuando llega al final de carrera 1.3 marcará la retirada del vástago del cilindro 1.0 - Una vez que el vástago 1.0 se recoge y se activa el final de carrera 2.3 que provocará la

retirada del cilindro 2.0 - . Cuando se recoge el vástago, se activa el sensor de final de carrera 1.2 ,iniciando el comienzo del ciclo. La secuencia se describe según los siguientes pasos:

Movimiento 1.0 + Final de carrera 2.2Movimiento 2.0 + Final de carrera 1.3Movimiento 1.0 - Final de carrera 2.3Movimiento 2.0 - Final de carrera 1.2Gráficamente se pueden representar en :Diagramas de desplazamiento – fase.Diagramas de desplazamiento- tiempo.En el caso de desplazamiento- fase , se representan los cambios de estado en cualquier

elemento de potencia.Para representar la velocidad relativa de los diferentes elementos, se utiliza el diagrama

desplazamiento- tiempo .Problema 7.- Una máquina dotada de tres cilindros de doble efecto, realiza el ciclo de

trabajo de acuerdo con la siguiente secuencia:A+ B+ B- C+ A- C-

Representar el diagrama de movimiento espacio-fase del mismo.Resolución.- El esquema de desplazamiento -fase es el siguiente:

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Problema 8.- Un sistema neumático se compone de dos cilindros que permite amarrar ytaladrar un determinado material metálico de forma cúbica. La secuencia del ciclo es elsiguiente: primero se amarra la pieza mediante el avance del vástago del primer cilindro; acontinuación se produce el taladro, y posteriormente se retira de la broca mediante el segundocilindro, desbloqueándose la pieza a continuación. Representar el ciclo e trabajo mediante:

a. un cuadro de secuencia.b. el diagrama de movimiento espacio-fase.

Resolución.-

Problema 9.- Explicar el funcionamiento de los siguientes circuitos neumáticos:

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a. bCircuito a .- el efector es un cilindro de simple efecto pilotado por una válvula 3/2 de

pilotaje neumático accionada por una válvula 3/2 con retorno y accionamiento mediantepulsador. En la activación de A se activa la válvula neumática y el vástago del cilindro sale.

Circuito b.- Es un cilindro de doble efecto pilotado por una válvula 5/2 de pilotajeneumático. Se activa gracias a dos válvulas 3/2 de accionamiento manual mediante pulsador ycon retroceso.

Problema 10 .- Dado el circuito siguiente, de estampación, representar el diagramadesplazamiento – fase.

El diagrama de representación será :

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10. La anulación de las señales permanentes.

Para que funcione perfectamente un circuito neumático no deben de quedar señalesresiduales, por lo que se utilizarán dispositivos para anular las señales. Esta acción se puederealizar:

a. Anulando sus efectos b. Eliminando la señal.

Para anular los efectos se puede conseguir mediante la aplicación de otra señal dominante, comoson las válvulas diferenciales o empleando un reductor de presión.

Para eliminar la señal se recurre a una solución mecánica empleando una válvula pilotadapor una leva-rodillo de accionamiento unidireccional. Otra forma será mediante el empleo de untemporizador neumático.

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Problema 11.- Describir el funcionamiento del circuito de la figura y determinar elregulador que controla el movimiento de la salida del vástago del cilindro . ¿ Qué sucede alaccionar el regulador 1.01 cerrando por completo el paso del aire?. ¿ Qué sucede si se deja deaccionar el 0.1 cuando el cilindro está realizando el movimiento de salida?.

El circuito de la figura realiza el pilotaje directo de un cilindro de simple efecto por retornomediante muelle con una válvula de 3/2 normalmente cerrada de accionamiento manual mediantepulsador y salida mediante silenciador. Al accionar la válvula 1.1 el vástago de 1.0 sale lentamentey al soltarla, se recupera también lentamente . El regulador 1.02 controla la salida, mientras que el1.01 regula el funcionamiento de entrada . El regulador 0.1 actúa como una llave de paso del aire,la salida es libre; si se presiona en un sentido entra aire al circuito. Si se presiona desde el otro,deja de funcionar el circuito.

Problema 12.- Describir el funcionamiento del circuito de la figura y determinar quésucede si se accionan simultáneamente las válvulas 1.2 y 1.6 ¿ Qué sucede si se sustituye elselector 1.02 por una unión tipo T?

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Respuesta.- El circuito permite el mando directo sobre un cilindro de simple efecto conmuelle de retorno desde tres puntos diferentes por medio de tres válvulas 3/2, actuando sobrefunciones OR . Al accionar cualquier válvula 1.2 , 1.4 o 1.6 el vástago de 1.0 sale y al cerralas,entra . Accionándose simultáneamente la 1.2 y la 1.6 actúa el cilindro de la misma forma queanteriormente 1.0 + . Cuando el selector se sustituye por una T, el aire escapa por la válvula 1.4cuando se activa la 1.2 o sale por la 1.2 , cuando se presiona la 1.4 . Al activar la 1.6 el cilindro seactiva 1.0 +.

Problema 13.- Describir el funcionamiento del circuito de la figura y determinar quésucede si se deja de accionar la válvula 1.2 cuando el vástago del cilindro está efectuando elmovimiento de salida . Representar un circuito en el que mediante un pulsador se provocase lasalida del vástago de un cilindro de doble efecto y mediante otro se activase la entrada.

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Resolución.- Es un circuito de mando directo al cilindro 1.0 mediante una válvula 4/2 monoestablecon accionamiento neumático directo mediante una válvula 3/2 con retorno mediante muelle yaccionamiento manual mediante pulsador. Al accionar la válvula 1.2 el vástago sale 1.0 +; si sedeja de pulsar , el vástago se retrae 1.0 -.

La entrada es regulada por una llave de paso (3/2) de accionamiento doble.Un circuito que permitiese la salida y entrada del vástago de un cilindro de doble efecto

sería el esquema siguiente:

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Problema 14- El circuito de la figura , produce un movimiento de vaivén en el vástago delcilindro de doble efecto cuando la válvula 1.4, accionada por palanca está abierta. Estudiar quesucede cuando la válvula 1.4 retorna a su posición cerrada , ¿ se podría parar el vástago delcilindro en cualquier punto del recorrido?.

Resolución.- Este sistema es utilizado cuando se necesita realizar un paro en cualquiermomento del movimiento del vástago de vaivén sin necesidad de actuar con la válvula de llave 0.1 .La válvula 1.4 da la orden de paro o marcha del ciclo. Si la válvula 1.4 se encuentra cerrada, elcilindro recoge el vástago 1.0 – y pilota la válvula 1.2 y no vuelve a realizar el movimiento desalida

El movimiento del vástago del cilindro no se puede parar en cualquier punto de surecorrido . El cilindro se para con el vástago recogido 1.0-, cuando la válvula 1.4 esta cerrada.Cuando se cierra 0.1 , el cilindro si parará en cualquier posición de su recorrido al no llegar aire apresión

Problema 15.- Diseñar un circuito para hacer funcionar dos cilindros de doble efecto quefuncionasen secuencialmente del modo siguiente : A+B+B-A-. Representar el diagrama espaco-fase y debajo, el diagrama de señal de mando para detectar posibles interferencias de señales enlos pilotajes. Se emplearán distribuidores neuméticos de 4 vías con doble pilotaje y válvulas depulsador o de brazo abatible donde se precisen.

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Resolución.-

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Anexos.- Tabla de fuerzas teóricas para los cilindros de doble efecto:

Cálculo de la sección de las tuberías mediante ábacos

En la figura de la página siguiente nos permite calcular la sección de una determinadatubería. Para ello en la escala A se muestra la longitud estimada de esta en metros (m). En laescala B se establece el valor del caudal de aire que se supone consumido. El eje C es la lineareferencial para las dos combinaciones anteriores.

En la escala D se toman los diámetros interiores de las tuberías , en E las presiones deutilización del aire por los consumidores; en G las caídas de presión o pérdidas de carga en lastuberías y el eje F es la referencia.

Se supone una instalación en la cual se prevé un consumo de aire de 25 m3/min ; la longitudde la red es de 300 m. y se necesitan para la instalación 7 racores acodados, 4 racores en T, 2válvulas de cierre y 5 reductores . Las pérdidas de presión en red admitidas son de 0,2 bar y lapresión de servicio es de 6 bar.

En la escala A se toma el valor de 300 m y se une al valor de caudal 1500 m 3/hora = 25m3/min. De la escala B (trazos discontinuos en la escala). La prolongación dará un punto en larecta de referencia C . La presión de servicio de 6 bar se anota en E y se unirá mediante una rectaa la pérdida de presión (0.2 bar) en G , produciéndose una intersección en F. Uniéndo los puntos

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de C y F obtenemos un punto en D que nos dará un diámetro de tubería de 100 mm.

Este valor orientativo servirá para evaluar la nuevas dimensiones realizando nuevoscálculos considerando la siguiente tabla:

La nueva longitud de la tubería será:

7 racores acodados de 100 mm .................. 7 . 6 = 42 m

4 racores en T de 100 mm........................ 4 . 11 = 44 m.

2 válvulas de cierre de 100 mm .............. 2 . 15 = 30 m.

5 reductores de 100 mm ......................... 5 . 2.5 = 12.5 m.

Longitud inicial ..................................................... 300 m.

Longitud total L = 300 + 12.5 + 30 + 44 + 42 = 428.5 m.

Con estos nuevos cálculos de longitud se vuelve a utilizar el ábaco de idéntica forma y seobtiene un diámetro nominal para la conducción de 110 mm aproximadamente.

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Primer cálculo

Segundo cálculo

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