Tecnología Neumática

LA EDUCACIN TECNOLGICA. APORTES PARA LA CAPACITACIN CONTINUA

Tecnologa Neumtica

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serie/desarrollo de contenidos coleccin/fludica y controladores lgicos programables

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INET / Fludica y Controladores Lgicos Programables

Autoridades

Presidente de la Nacin Eduardo Duhalde Ministra de Educacin, Ciencia y Tecnologa Graciela Giannettasio Director Ejecutivo del Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica Horacio Galli Director Nacional del Centro Nacional de Educacin Tecnolgica Juan Manuel Kirschenbaum

Especialista en contenido: Graciela Pellegrino

Todos los derechos reservados. Ley 11.723 Ministerio de Educacin, Ciencia y Tecnologa Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica Saavedra 789. C1229ACE Ciudad Autnoma de Buenos Aires Repblica Argentina

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serie/desarrollo de contenidos

Colecciones Autotrnica Comunicacin de seales y datos Cultura tecnolgica Diseo grfico industrial Electrnica y sistemas de control Fludica y controladores lgicos programables Gestin de la calidad Empresa simulada Informtica Invernadero computarizado Laboratorio interactivo de idiomas Procesos de produccin integrada. CIM Proyectos tecnolgicos Simulacin por computadora


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ndice

El Centro Nacional de Educacin Tecnolgica La coleccin Fludica y controladores lgicos programables 1. El problema tecnolgico y las primeras decisiones

2. Base terica sobre tcnica neumtica Ficha 1: Introduccin. Ficha 2: Estructura de sistemas neumticos Ficha 3: Fundamentos fsicos del aire Ficha 4: Fuente de energa. Alimentacin Ficha 5: Seleccin del compresor Ficha 6: Acumulador Ficha 7: Secadores de aire Ficha 8: Unidad de mantenimiento Ficha 9: Unidad de mantenimiento. Filtros de aire a presin Ficha 10: Unidad de mantenimiento. Reguladores de presin Ficha 11: Unidad de mantenimiento. Lubricacin del aire a presin Ficha 12: Dispositivos actuadores Ficha 13: Dispositivos actuadores. Movimiento lineal Ficha 14: Dispositivos actuadores. Movimiento giratorio Ficha 15: Dispositivos actuadores. Indicadores Ficha 16: Vlvulas Ficha 17: Vlvulas. Vlvulas de vas o distribuidoras Ficha 18: Vlvulas. Vlvulas de bloqueo Ficha 19: Vlvulas. Vlvulas de caudal Ficha 20: Vlvulas. Vlvulas de presin Ficha 21: Vlvulas. Vlvulas combinadas

3. Anexos 3.1. Diagrama para la determinacin de la capacidad del acumulador 3.2. Caractersticas del punto de roco 3.3. Diagrama de fuerzas desarrolladas 3.4. Diagrama de pandeo 3.5. Diagrama de consumo de aire 3.6. Diagrama para la determinacin del caudal de una vlvula


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El Centro Nacional de Educacin TecnolgicaEl Centro Nacional de Educacin Tecnolgica CeNET es el mbito del Instituto Nacional de Educacin Tecnolgica destinado a la investigacin, la experimentacin y el desarrollo de nuevas propuestas en la enseanza del rea en la escuela. Desde el CeNET venimos trabajando en tres lneas de accin que convergen en el objetivo de reunir a profesores, a especialistas en tecnologa y a representantes de la industria y de la empresa, en acciones compartidas que permitan que la Escuela Tecnolgica se desarrolle de un modo sistemtico, enriquecedor, profundo... autnticamente formativo, tanto para los alumnos como para los docentes que coordinan tareas en el rea. Una de nuestras lneas de accin es la de disear, implementar y difundir trayectos de capacitacin y de actualizacin. En el CeNET contamos con quince laboratorios en los que se desarrollan cursos, talleres, pasantas, encuentros, destinados a cada educador y a cada miembro de la comunidad que lo desee. Autotrnica Centro multimedial de recursos educativos Comunicacin de seales y datos Cultura tecnolgica Diseo grfico industrial Electrnica y sistemas de control Fludica y controladores lgico-programables Gestin de la calidad Gestin de las organizaciones Informtica Invernadero computarizado Laboratorio interactivo de idiomas Procesos de produccin integrada. CIM Proyectos tecnolgicos Simulacin por computadora

La de la conectividad es otra de nuestras lneas de accin; su objetivo es generar y participar en redes que integren al Centro con organismos e instituciones educativos ocupados en la Educacin Tecnolgica, y con organismos, instituciones y empresas dedicados a la tecnologa, en general. Entre estas redes, se encuentra la que conecta al CeNET con los Centros Regionales de Educacin Tecnolgica CeRET y con las Unidades de Cultura Tecnolgica instalados en todo el pas. Tambin nos ocupa la produccin de materiales. Hemos desarrollado dos series de publicaciones: Educacin Tecnolgica, que abarca materiales (uni y multimedia) que intentan posibilitar al destinatario una definicin curricular del rea de la Tecnologa en el mbito escolar y que incluye marcos tericos generales, de referencia, acerca del rea en su conjunto y de sus contenidos, enfoques, procedimientos y estrategias didcticas ms generales; y Desarrollo de contenidos, nuestra segunda serie de publicaciones, que nuclea fascculos de capacitacin que pueden permitir una profundizacin en los campos de problemas y de contenidos de las distintas reas del conocimiento tecnolgico (los quince mbitos que puntualizbamos y otros que se les vayan sumando) y que recopila, tambin, experiencias de capacitacin docente desarrolladas en cada una de estas reas.


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A partir de estas lneas de trabajo, el CeNET intenta constituirse en un espacio en el que las escuelas, los docentes, los representantes del sistema tcnico y cientfico, y las empresas puedan desarrollar proyectos de innovacin que redunden en mejoras para la enseanza y el aprendizaje de la Tecnologa.

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La Coleccin Fludica y Controladores Lgicos Programables

Los grandes avances en la automatizacin en los procesos de produccin exigen una integracin de tecnologas de control y de accionamiento. Hoy en da, se combinan en esos simples procesos industriales, un sinnmero de elementos que conforman el ncleo de accin de manipuladores, controles de acceso, accionamiento de maquinarias y prcticamente todos los conjuntos de automatismos que se encuentran, desde en una fbrica hasta en un edificio inteligente. Un rol muy importante ha adquirido en la actualidad la tcnica de mando; da a da aumentan las exigencias impuestas a la solucin de diferentes problemas o proyectos. Estas demandas involucran entre otras, una mayor fiabilidad, mayor seguridad en el desarrollo de un trabajo, facilidad de instalacin y, en ciertos casos tambin facilidad en el mantenimiento de los diversos equipos y elementos. Adems, los avances tecnolgicos hacen que en el mercado aparezcan constantemente elementos nuevos para diferentes o mltiples aplicaciones; esto, generalmente, no es acompaado por la formacin de aquellos profesionales o aprendices que deban o deseen trabajar con ellos. El presente trabajo es parte de una coleccin que pretende introducirnos en una de las ramas de la tcnica de mando, la del mando neumtico. La intencin es proveer un somero conocimiento sobre aquellos elementos y aparatos ms comunes que intervienen en la aplicacin de los mandos neumticos; en primer lugar en forma independiente, analizando para cada uno sus caractersticas, su comportamiento, etc., para, luego, relacionarlos y comprobar cmo interactan entre s. Tambin se realiza un breve anlisis sobre las caractersticas del tipo de energa utilizada: el aire. Todo esto sobre la base de un eje conductor que es bsqueda de una de las posibles soluciones a un problema planteado en el comienzo. Porque, adems de presentarle contenidos disciplinares especficos de la tecnologa neumtica, nos interesa compartir con usted una metodologa de trabajo. Para encarar este componente metodolgico, nuestro material est organizado en funcin de un circuito didctico que podramos esquematizar de este modo:

Problema especfico del campo de la tecnologa neumticaResolucin desde los conocimientos que los alumnos tienen Nueva resolucin

informadaConflicto congnitivo (la suya, ser la mejor solucin?) Integracin terica a partir de fichas de contenidos de la neumtica Revisin de su solucin inicial, a partir de esta informacin


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La metodologa que estamos proponindole se activa a partir de un problema especfico que podra ser uno que usted mismo planteara a sus alumnos en una clase de Tecnologa Neumtica y que le presentamos en las primeras pginas de nuestro material. Para dar respuesta a ese problema inicial, seguramente va a ser necesario que usted o que sus alumnos cuenten con ms informacin, proporcionada en forma gradual, a medida que los avances en la resolucin vayan requirindola. Iremos encarando esa ampliacin conceptual a travs de Fichas de contenidos de la neumtica. Estas fichas, al mismo tiempo que intentan permitirle una definicin ms precisa de la situacin inicial, propiciarn la revisin de las resoluciones que usted mismo se habr planteado al comienzo de la tarea. El trabajo se completa con distintos momentos de sntesis, que corresponden a vueltas al problema integrando los nuevos conceptos. As, luego del desarrollo de cada ficha, usted encontrar en el texto una vinculacin entre la teora neumtica presentada y el problema concreto, una vuelta a l, que recomienza cada vez que vamos incluyendo ms informacin y que usted encara nuevas revisiones de la cuestin. Este material puede ser de utilidad para aquellos docentes y alumnos del rea de Tecnologa de la Educacin Polimodal y de Escuela Tecnolgica; ya que les permitir, entre otras cosas: determinar la tecnologa ms adecuada para una aplicacin en particular, as como tambin evaluar los pros y contras que conlleva su uso; desarrollar y analizar el funcionamiento de un sistema neumtico como un todo y tambin comprender qu funcin cumple cada uno de los componentes dentro de ese sistema; verificar cmo y con qu elementos se realiza la transmisin o flujo de seales dentro de ese sistema; etc. Tambin puede aplicarse en la formacin para el Trayecto Tcnico Profesional: Equipos e instalaciones electromecnicas. Le agradeceremos el envo de sugerencias y/o proposiciones que tiendan a introducir mejoras a este material, a: [email protected].

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1. EL PROBLEMA TECNOLGICO Y LAS PRIMERAS DECISIONES


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Este problema nos acompaar a lo largo del material:

Nos han pedido realizar el estudio de un dispositivo que realice un estampado o marcado sobre una de las caras de una pieza, cuyas dimensiones son 90 mm x 120 mm x 35 mm. Alguna de las condiciones planteadas es que el ciclo debe ser automtico, de fcil manejo, seguro, confiable, etc.; y, adems, disponemos de los siguientes datos: el material de la pieza es aluminio, la fuerza necesaria para realizar el estampado es de aproximadamente 900 N y se desean producir alrededor de 8000 piezas por da.

Naturalmente, existen diferentes soluciones. La eleccin del sistema adecuado, en la prctica no siempre resulta fcil y bien definido. A esto debera agregrsele que, en funcin de la propia formacin, el electricista propondr una solucin elctrica; el especialista en hidrulica, una solucin hidrulica y el especialista en neumtica pretender una solucin neumtica. La solucin ptima de un problema exige el conocimiento de todas las alternativas que se ofrecen.

Actividad Para esto le proponemos que analice, brevemente, las principales fuentes de energa para los elementos de trabajo y de mando ms usuales, los criterios de seleccin, as como las ventajas y desventajas. La evaluacin correspondiente deber referirse al sistema completo, empezando por las seales de entrada (emisores de seal), pasando por la parte de mando (procesadores) y llegando hasta los rganos de maniobra y actuadores. Adems, deber tomar en cuenta los siguientes factores:

Medios de control preferidos. Equipos ya instalados. Conocimientos tcnicos disponibles. Sistemas ya instalados.

Energas para elementos de trabajo

Neumtica. Hidrulica. Electricidad.Criterios de seleccin: Algunos de ellos pueden ser

Produccin de energa. Fuerza (lineal, rotativa). Movimiento (lineal, rotativo, etc.). Capacidad de regulacin. Acumulacin, transporte. Seguridad. Influencias ambientales. Costo de energa. Facilidad de manejo.


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Energas para elementos de mando

Electricidad. Electrnica. Neumtica a presin normal. Neumtica a baja presin.

stas son slo algunas de las energas posibles; tambin podra analizar cmo se comportan aquellos elementos de mando que utilicen por ejemplo energa mecnica o energa hidrulica. Criterios para la eleccin del sistema:

Fiabilidad de los elementos. Facilidad de conmutacin de los elementos (tiempo de conmutacin). Velocidad de transmisin de la seal. Distancias mximas. Dimensiones necesarias. Tratamiento principal de la seal.

Aqu tambin puede analizar cmo se comporta el sistema frente a las influencias ambientales, qu formacin requiere el personal destinado al servicio y mantenimiento, o bien si ya se dispone de este personal.

Nuestra propuesta es que intente llegar a alguna conclusin usted mismo, ya sea a travs de bsquedas bibliogrficas, o en Internet (si dispone del recurso), de catlogos, del anlisis de dispositivos con los que se encuentra en su vida cotidiana, de la integracin de conocimientos previos, solicitando informacin en empresas o industrias que trabajen con alguna de estas tecnologas, etc. Luego le sugerimos que compare sus respuestas con la informacin que presentamos en los cuadros siguientes.

Energa para los elementos de trabajoCriteriosProduccin de energa

NeumticaPor medio de compresores estacionarios o mviles, accionados con motores elctricos o motores de combustin interna. Sistema de compresores a elegir segn la presin y el caudal necesario. En todas partes existe aire en cantidades ilimitadas, para su compresin.

HidrulicaEn grupos moto-bomba estacionarios o mviles, accionados con motores elctricos, en casos excepcionales con motor de combustin interna. Pequeas instalaciones tambin con accionamiento manual. Las instalaciones mviles son raras. Grupo moto-bomba a eleccin segn caudal y presin necesarios. Grandes fuerzas por la alta presin.

ElectricidadA nivel nacional generalmente, dependiendo de la localizacin. La produccin puede ser: hidrulica, trmica, atmica, etc.

Fuerza lineal

Fuerza limitada por la baja presin y el dimetro de los actuadores, a aprximadamente 35000 N - 40000 N (3500 kg 4000 kg), en fuerzas de retencin (parada) sin consumo de energa.

Mal rendimiento, sin seguridad contra sobrecargas, gran consumo de energa en la marcha en vaco, poca fuerza.

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CriteriosFuerza rotativa

NeumticaPar de giro total; en reposo, sin consumo de energa.

HidrulicaPar de giro total, tambin en reposo, en esto surge, sin embargo, el mayor consumo de energa. Generacin fcil por cilindros, buena regulacin.

ElectricidadPar de giro menor en reposo.

Movimiento lineal

Generacin fcil, alta aceleracin, alta velocidad (aprximadamente 1,5 m/seg).

Complicado y caro, puesto que hace falta una conversin, a travs de la mecnica o en recorridos cortos a travs de electroimanes; y, para fuerzas pequeas, precisa motores lineales. Rendimiento ms favorable tratndose de accionamientos rotatorios, nmero de revoluciones limitado.

Movimiento rotativo u oscilante

Motores neumticos con muy alto nmero de revoluciones (500.000 min -1), elevado costo de explotacin, mal rendimiento, movimiento oscilatorio por conversin mediante cremallera y pin. Fcil regulacin de la fuerza a travs de la presin y de la velocidad a travs del caudal, en el campo de velocidades menores. Posible hasta grandes cantidades sin mayor gasto, transporte fcil en conductos (hasta 1000 m aprximadamente) y en acumuladores de aire comprimido. Aparte de la prdida de carga no existen otros inconvenientes; el aire comprimido una vez utilizado se expulsa a la atmsfera. Insensible a las fluctuaciones de temperatura; ningn peligro de explosin; existe peligro de congelacin con elevada humedad atmosfrica a altas velocidades y bajas temperaturas ambientales. Alto, en comparacin con la electricidad, dependiendo de la instalacin y grado de utilizacin. No hacen falta muchos conocimientos de aplicacin; la realizacin y puesta en marcha de los sistemas de distribucin resulta relativamente sencilla y sin peligro. Los elementos son seguros contra sobrecargas; los ruidos del aire de escape son desagradables, por lo que habra que adicionarles silenciadores.

Motores hidrulicos y cilindros oscilatorios con revoluciones ms bajas que en la neumtica, buen rendimiento.

Capacidad de regulacin

Muy buena regulacin de la fuerza y de la velocidad; tambin en el campo de baja velocidad es regulable con exactitud. Acumulacin posible slo en forma limitada, con el gas como medio auxiliar o mediante acumulador de fuerza por resorte, transporte en conducto hasta 100 m. Prdida de energa y contaminacin ambiental debido al aceite (peligro de accidentes).

Posible slo en forma limitada, siendo el gasto considerable.

Acumulacin de energa, transporte

Acumulacin muy difcil y costosa; por lo general, slo cantidades mnimas (acumulador, batera), fcil transporte por lneas a travs de distancias muy largas. Sin conexin con otras piezas no hay prdida de energa (por ejemplo: peligro de muerte por alta tensin). Insensible frente a fluctuaciones de temperatura; en ambiente con riesgo hacen falta dispositivos protectores contra incendios y explosin.

Seguridad; fugas

Influencias ambientales

Sensible a las fluctuaciones de temperatura; con fugas, existe peligro de incendio.

Costo de energa

Alto, en comparacin con la electricidad.

Costo ms reducido de energa.

Facilidad de manejo

Ms difcil que en la neumtica, puesto que hacen falta altas presiones, conductos de fuga y de retorno.

Slo con conocimientos tcnicos; por conexin errnea, a menudo se produce la destruccin de los aparatos y del mando. Los elementos no son seguros contra sobrecargas y slo con un elevado gasto es posible una seguridad contra sobrecargas; ruidos en la maniobra de los contactores y de los electroimanes.

En general

Con presiones altas, ruido de bombeo; los elementos son seguros contra sobrecargas.


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Energa para los elementos de mandoNeumtica de presin normalInsensible, en gran medida, a las influencias ambientales; con aire limpio est garantizada una larga duracin. > 5 ms 10 - 14 m/s

CriteriosFiabilidad de los elementos

ElectricidadInsensible a las condiciones ambientales.

ElectrnicaMuy sensible a las condiciones ambientales como polvo, humedad, campos perturbadores, golpes y vibraciones. Larga duracin. 10 ms Muy alta, velocidad de la luz.

> 1 ms 100 - 200 m/s

Prcticamente ilimitada. Pequeas.

Prcticamente ilimitada. Muy pequeas.

Limitada por la velocidad de la seal. Pequeas.

Limitada por la velocidad de la seal. Pequeas.

Digital.

Digital analgico.

Digital.

Digital analgico.

Una vez analizados los diferentes criterios de seleccin antes enumerados, decidimos optar por la utilizacin de la neumtica como energa de trabajo y tambin para los elementos de mando; por lo tanto, no nos har falta ningn convertidor, requeriremos slo de una alimentacin de energa hacia la mquina y, adems, obtendremos una alta fiabilidad en el desarrollo, insensibilidad ambiental, etc. Para ocuparnos un poco ms acerca de qu es la neumtica, cules y cmo son los elementos que producen energa neumtica, cules y cmo son los elementos que utilizan la energa neumtica, etc., vamos a desarrollar, a continuacin, una base terica sobre la tecnologa de los elementos neumticos de trabajo y de mando, dedicando un espacio a las caractersticas de la energa utilizada, y a la produccin y preparacin del aire comprimido, que suele ser, frecuentemente, la causa de funcionamiento incorrecto o dificultades en las instalaciones neumticas; adems, debemos tener en cuenta que la utilizacin prctica y correcta de los mandos neumticos presupone el conocimiento de los elementos individuales y su funcionamiento, as como las posibilidades de unin o conexin entre s.

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2. BASE TERICA SOBRE TCNICA NEUMTICA

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Comencemos, pues, por introducirnos en las caractersticas generales de aplicacin y en los conceptos bsicos de la tcnica neumtica, para luego presentar los diferentes elementos componentes de un sistema neumtico. Hemos optado por presentarle la informacin con el formato de fichas temticas, para que usted pueda optar por el orden de las mismas, la necesidad de consultar materiales intermedios o adicionales y la profundidad que considere conveniente para que sus alumnos resuelvan el problema que nos sirve como eje.

Ficha 1 / IntroduccinLa tecnologa de la neumtica juega un papel muy importante en la mecnica desde hace mucho tiempo y es cada vez ms utilizada en el desarrollo de aplicaciones automatizadas. Las aplicaciones de la neumtica figuran en casi todas las ramas de la industria, lo mismo en la industria relojera que en la tcnica de reactores, en la agricultura, en las cerveceras e industrias lcteas, en la tcnica mdica y en la fabricacin de prtesis, en la transformacin de metales, madera y productos plsticos, etc.

Transporte y llenado de botellas de cerveza, utilizando dispositivos neumticos y elctricos.

Almacenado de productos lcteos (quesos), utilizando actuadores neumticos.

La neumtica se emplea para la ejecucin, entre otras, de las siguientes funciones:

Deteccin de estados mediante sensores. Tratamiento de informaciones mediante procesadores. Accionamiento de actuadores mediante elementos de control. Ejecucin de trabajo mediante actuadores.

Para controlar mquinas y equipos suele ser necesario efectuar una concatenacin lgica y compleja de estados y conexiones. Ello se logra mediante la actuacin conjunta de sensores, procesadores, elementos de accionamiento y actuadores incluidos en un sistema neumtico o parcialmente neumtico. El progreso experimentado en relacin con materiales y mtodos de montaje y fabricacin ha tenido, como consecuencia, una mejora de la calidad y diversidad de elementos neumticos, contribuyendo as a una mayor difusin de la neumtica en el sector de la automatizacin. A continuacin se ofrece una lista de algunas de las aplicaciones de la neumtica:


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Aplicaciones generales de la tcnica de manipulacin

Sujecin de piezas Desplazamiento de piezas Posicionamiento de piezas Orientacin de piezas Bifurcacin de flujo de materiales

Posicionamiento de unidades prearmadas, utilizando cilindros y mesas giratorias neumticas.

Traslado y ensamblado de elementos en la industria electrnica, mediante dispositivos neumticos.

Aplicaciones generales en diversas tcnicas especializadas

Embalaje Llenado Dosificacin Accionamiento de ejes Apertura y cierre de puertas Transporte de materiales Giro o rotacin de piezas Separacin de piezas Apilado de piezas Estampado de piezas

Estampado de chapas en la industria automotriz, con actuadores neumticos. Empaquetado de alimentos realizado a travs de cintas transportadoras y dispositivos actuadores neumticos

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La neumtica es empleada en las siguientes tcnicas de fabricacin:

Perforado Torneado Fresado Corte Acabado Deformacin Control

Engrapado de paneles en la construccin de automviles


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Ficha 2 / Estructura de sistemas neumticosEl diseo de un sistema neumtico presupone el conocimiento de la estructura y funcin de los componentes que puedan intervenir en un equipo. Un dispositivo de mando puede aparecer como un bloque cerrado; pero, teniendo en cuenta el sentido de fluencia de la seal, lo podramos descomponer detalladamente mostrando el recorrido de la misma desde su introduccin, pasando por su tratamiento, hasta la salida de la seal:

Ejecucin de la orden

Elemento de accionamiento

Salida de la seal

Elemento de mando

Tratamiento de la seal

Elemento de proceso

Introduccin de la seal

Elemento de seal

En un equipo sencillo puede que no lleguen a distinguirse todos estos estadios y que, por ejemplo, nos encontremos solamente con el elemento introductorio de seales y el elemento actuador. A este caso en particular, generalmente, se lo reconoce como mando directo y, si bien es muy sencillo, no permite hacer variaciones ni tener en consideracin condiciones especiales. Supongamos, para aclarar esto, que al presionar un pulsador debe cerrarse una puerta. Construyendo un dispositivo que realice esta accin a travs de un mando directo, esto ocurrir siempre que se presione el pulsador sin tener en cuenta, por ejemplo, en qu posicin se encontraba la puerta, si no hay obstculos en el recorrido de la misma, etc. (Ms adelante, en la ficha 17 correspondiente a vlvulas distribuidoras, veremos ejemplos constructivos de mandos directos e indirectos). Realicemos una analoga del cuadro anterior con nuestro problema. Podemos pensar, a grandes rasgos, que la produccin de piezas estampadas comienza cuando una persona da la orden mediante el accionamiento del elemento correspondiente y siempre que haya piezas disponibles para ser estampadas (Introduccin de la seal). Luego, una vez que la pieza est en la posicin de mecanizado (tratamiento de la seal), se dar la orden correspondiente (salida de la seal) para que se produzca el estampado y posterior expulsin de la pieza terminada (ejecucin de la orden). De aqu en adelante plantearemos slo una de las posibles soluciones al problema, utilizando elementos de trabajo y de mando puramente neumticos. Veamos cules son las condiciones de trabajo que tendremos en consideracin:

En primer lugar necesitaremos de un lugar donde se almacenen las piezas a sermecanizadas. La alimentacin de las piezas se realizar a travs de un depsito de cada.

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Luego un actuador deber empujar una de estas piezas contra un tope hacia la zona de mecanizado. Esta pieza deber quedar sujetada firmemente. A continuacin, otro actuador tendr que producir el estampado o marca de la pieza. Por ltimo, otro dispositivo se encargar de expulsar la pieza terminada.

As, un sistema de control neumtico est compuesto de los siguientes grupos de elementos, que conforman una va para la transmisin de las seales de mando:

Ejecucin de la orden

Cilindros neumticos Bombas giratorias Indicadores pticos

Salida de la seal

Vlvulas de vas

Tratamiento de la seal

Vlvulas de vas Vlvulas de presin Temporizador Vlvulas lgicas Vlvulas de vas con pulsador Vlvulas de vas con rodillo Detector de proximidad Barreras de aire Compresor Acumulador Regulador de presin Unidad de mantenimiento

Introduccin de la seal

Alimentacin

Para los alumnos Podras identificar qu funcin cumple cada uno de los elementos del circuito neumtico representado en la siguiente figura?.

Si nos orientamos por el esquema del flujo de seales analizado anteriormente, podramos deducir que los elementos representados en el circuito corresponden a las siguientes etapas:


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Ejecucin de la orden (Dispositivo Actuador)

Salida de la seal (Seal de control)

Procesamiento de la seal

Introduccin de las seales

Alimentacin

NOTA: En todo circuito neumtico, los componentes se representan segn su correspondiente simbologa (Normas ISO 1219) y siguiendo el flujo de seales; independientemente de su ubicacin fsica real.

El circuito mostrado puede asociarse, por ejemplo, con el de una guillotina, en la cual es necesario que se accionen dos pulsadores a la vez para su funcionamiento, de modo tal que el operario tenga sus dos manos ocupadas y no se produzcan accidentes. Tendremos, entonces, la alimentacin de aire comprimido (representada en este caso por la fuente de alimentacin compresor- y la unidad de mantenimiento), luego los elementos introductorios de seal (los dos pulsadores), a continuacin el procesamiento de esta seal (una vlvula de simultaneidad o vlvula lgica Y, que dejar pasar aire comprimido hacia su salida slo si existe seal en ambas entradas). Por ltimo, tendremos el elemento de control final (el que controla al dispositivo de accionamiento) y el elemento que ejecuta la orden (actuador neumtico). (Podr tener la descripcin de estos elementos en fichas posteriores) Abajo, se muestra este mismo esquema en diferentes etapas: en el primero de ellos el sistema estara en reposo, indicndose con lnea gruesa los conductos por los cuales circula aire comprimido. Luego, se muestra cmo se comporta el mismo si accionamos slo uno de los pulsadores y, finalmente, accionando los dos pulsadores; el dispositivo actuador -en nuestro ejemplo la guillotina-, avanza produciendo el corte del material.

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Ficha 3 / Fundamentos fsicos del airePara los alumnos Te proponemos buscar informacin sobre las caractersticas del aire y del aire comprimido.

Los sistemas neumticos de mando consumen aire comprimido. El aire es una mezcla de gases que contiene aproximadamente el 78 % en volumen de nitrgeno y el 21% en volumen, aproximadamente, de oxigeno. El aire contiene, adems, huellas de dixido de carbono, argn, hidrgeno, nen, helio, criptn y xenn. Para comprender mejor el comportamiento del aire a presin, debemos considerar las magnitudes fsicas que rigen su comportamiento. Para el estudio de la neumtica son necesarias las siguientes magnitudes fsicas: longitud, masa, tiempo, temperatura, a partir de las cuales se derivan las dems magnitudes fsicas importantes para la neumtica, como son la fuerza, superficie, volumen, caudal, presin y velocidad. Se detalla a continuacin una lista de unidades y magnitudes fsicas fundamentales: Sistemas de unidadesMagnitudLongitud Tiempo Fuerza Masa Temperatura rea Volumen Caudal Presin L t F m T A V Q P

Sistema Tcnicom s kg UTM C m2 m3 m3/s kg/m2

S.I. (SIMELA)m s N kg K m2 m3 m3/s

N/m2 = 1 Pascal 1 bar = 100000 Pa = 100 kPa

Unidades prcticas de presin

1 kg/ cm2 = 1 bar = 1 atm = 760 TORR (mm Hg) = 14.5 psi = 100 kPa Un Pascal corresponde a la presin que ejerce una fuerza perpendicular de 1 N/m2.

La combinacin entre los sistemas internacional (SI) y tcnico de medidas, est constituida por la Ley de Newton:

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FUERZA: F = m x a

Kilopondio o Kilogramo

= 9,81 NEWTON

Tomando a como aceleracin de la gravedad, es decir a = 9,81 m/s2 Por lo tanto: 1 Kilopondio = 1 Kg 10 Newton

La presin imperante en la superficie terrestre es denominada presin atmosfrica (patm). A esta presin tambin se la conoce como presin de referencia. A la presin superior a esta presin de referencia se la llama sobrepresin (+pe), mientras que a la presin inferior a ella se la denomina subpresin (-pe).

kPa (bar) Presin absoluta Pabs Presin Pamb 1 bar Atmosfrica oscilante Subpresin -Pe Sobrepresin +Pe

La presin atmosfrica no es constante. Su valor cambia segn la ubicacin geogrfica y las condiciones meteorolgicas. La presin atmosfrica en condiciones ptimas, es decir a 45 de latitud, a nivel del mar y a 15,6 C es de 760 mm de Hg, o 1 bar. La presin absoluta pabs es el valor relacionado a la presin cero (en vaco); y es la suma de la presin atmosfrica ms la sobrepresin o la subpresin. En la prctica, suelen utilizarse sistemas de medicin de la presin que slo indican el valor de la sobrepresin +pe. El valor de la presin absoluta pabs es aproximadamente 1 bar (100 kPa) ms elevado.


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Para los alumnos Con cul o cules instrumentos podemos medir estas presiones?.

Por lo general, se denomina manmetros a aquellos instrumentos utilizados para medir presiones. Manmetro: del griego mans: poco denso y metrn: medida; es decir aparato con que se mide la tensin de los fluidos. Pero, en la realidad, los manmetros miden la diferencia entre la presin de un fluido y la presin atmosfrica local. Luego, los manmetros indican lo que se denomina presin relativa. sta puede ser positiva o negativa. Por lo tanto, para obtener la presin absoluta habra que sumar a la indicacin del manmetro, el valor de la presin atmosfrica local. Una lectura negativa del manmetro (es decir, un valor de presin por debajo de la presin atmosfrica) corresponde a un vaco parcial. A aquellos instrumentos que slo miden presiones negativas se los reconoce como vacumetros. Por ltimo, cabe mencionar que la presin atmosfrica se mide con un barmetro, (del griego bars: presin y metrn : medida), que es el instrumento que seala la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la atmsfera. Existen tres categoras de medidores de presin. Aquellos en los que la medicin de presin se realiza: 1. Por el equilibrio en una columna de lquido de densidad conocida (por ejemplo: Barmetro mercurio de Torricelli); 2. equilibrando la fuerza producida sobre un rea conocida, con una fuerza mensurable; o bien por comparacin entre el volumen ocupado por una masa de gas cuya presin se desea hallar y el volumen que ocupa esa misma masa gaseosa cuando se lo comprime a una presin determinada, manteniendo la temperatura constante (por ejemplo: Dispositivo de Mc Leod); 3. por el equilibrio de la fuerza producida sobre una superficie conocida con la tensin actuante en un medio elstico (por ejemplo: Manmetro de diafragma aneroide; manmetro de Bourdon). Analicemos a continuacin alguno de ellos para ver cules son sus partes principales y su principio de funcionamiento. El representado en la figura es un manmetro de Bourdn. El tubo de Bourdn es uno de los elementos de sensado que se encuentra en la mayora de los manmetros mecnicos de dial. Fue inventado en 1832 por el ingeniero francs Eugene Bourdon. Consta simplemente de un tubo curvado de seccin elptica, con un extremo sellado, el cual tiende a enderezarse cuando se aplica presin en el extremo abierto. El puntero o indicador gira

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Indicador Tubo de Bourdon Extremo final Brazo de conexin Cuadrante Movimiento Tubo

como resultado del movimiento del pin y cremallera conectado con el extremo final sellado, que se deflecta bajo la accin de la presin. El xito de un manmetro de Bourdn depende de su habilidad para alcanzar un movimiento lineal y repetir esa posicin para un valor especfico de presin, tanto cuando la presin aumenta como cuando disminuye.

Dial

Presin

Seccin transversal A-B

Los tubos de Bourdn pueden ser realizados en formas variadas (forma de C, helicoidal o espiral) y pueden ser construidos en varios metales (cobre, cobre-berilio, acero inoxidable, etc.) y tambin en cuarzo.

La configuracin y eleccin de materiales en conjunto con las tcnicas de fabricacin empleadas son factores determinantes, en cuanto al grado de exactitud que el tubo ser capaz de alcanzar. (Un artculo de cotilln conocido como espantasuegras utiliza el mismo principio que el tubo de Bourdn para su movimiento: cuando uno sopla el espantasuegras tiende a desenrollarse). La siguiente figura muestra un barmetro aneroide, en este caso, consta de una cpsula sellada en la cual se ha efectuado un vaco parcial. La presin del fluido que se desee medir acta ejerciendo una fuerza externa sobre la cpsula. Un aumento o disminucin de la presin har que la misma tienda a contraerse o a extenderse. Estos movimiento se transmiten hacia un indicador, a travs de un mecanismo de resortes y palanca


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Un barmetro de Torricelli se puede construir fcilmente: Si llenamos un tubo de vidrio de algo as como un metro de largo, cerrado por un extremo, con mercurio y lo damos vuelta colocando el extremo abierto en un recipiente con mercurio, veremos que el lquido baja hasta que la diferencia de nivel entre el mercurio del tubo y el del recipiente alcance unos 76 cm. No baja ms porque la presin que ejerce la atmsfera sobre la superficie del mercurio en el recipiente se lo impide. Habremos construido un manmetro de mercurio, que permitir medir la presin atmosfrica como la diferencia de nivel que mencionamos. Estos son instrumentos muy precisos que se pueden comprar...si uno tiene el dinero (y el inters!) suficientes. Tampoco es cuestin de ponerse a manejar mercurio, que es caro y venenoso. Y , si en lugar de mercurio usamos agua? El problema es que el agua es 13,6 veces menos densa que el mercurio y en consecuencia esa diferencia de 76 cm de la que hablamos, se convierte en algo ms de 10 metros!. Realmente un poco incmodo para trabajar. Pero es muy fcil fabricar un manmetro sin pretensiones de precisin llenando una botella (preferentemente de paredes lisas) hasta la mitad con agua e invirtindola, sumergiendo el gollete en un recipiente cualquiera (un vaso, un frasco vaco de mermelada, etc.) tambin con agua. De esa manera, el nivel del lquido variar al modificarse la presin atmosfrica. Conviene pegar una tira de papel a lo largo de la botella para registrar con lpiz las variaciones de nivel. Y, si en casa o en la casa de algn amigo hay un manmetro de esos de pared, podemos calibrar nuestro manmetro hidrulico ponindole nmeros a las marcas. Otra posibilidad para la calibracin es telefonear a algn aerdromo cercano y preguntar cul es la presin atmosfrica en ese momento. Y recuerden que la presin atmosfrica que se considera normal es la equivalente a esos 76 cm de mercurio de los que hablamos, que en unidades modernas es de 1013 milibares (o 1013 hectopascales, segn convencin internacional). (de: Experiencias de fsica http:\\ www.quimica.unlp.edu.ar). O tal vez se animen a realizar un barmetro como el de la foto que se muestra a la derecha

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Propiedades del aire En el aire, la falta de cohesin es caracterstica; es decir, la ausencia de una fuerza entre las molculas. El aire, al igual que todos los gases, no tiene una forma definida. Su forma cambia a la ms mnima fuerza, y, adems, ocupa el volumen mximo disponible. El aire puede ser comprimido. Esta caracterstica es descripta por la ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante los volmenes de una misma masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a que se halla sometida. El producto de presin absoluta y volumen para una determinada masa de gas es constante:

p1 x V1 = p2 x V2 = p3 x V3 = cte.

Ejercicio Un volumen de aire V1 = 1 m3, a presin atmosfrica p1 = 100 kPa = 1 bar se comprime hasta lograr un V2 = 0.05 m3; manteniendo la temperatura constante. Cul es la presin que se alcanza?

Por la ley de Boyle Mariotte, el producto de la presin por el volumen que ocupa una masa gaseosa debe mantenerse constante si no vara la temperatura, por lo tanto: p1 x V1 = p2 x V2 = cte. 100 kPa x 1 m 3 = p2 x 0.05 m3 p2 = 100 kPa x 1 m3 / 0.05 m3 = 2000 kPa = 20 bar

Por otra parte, la Ley de Gay Loussac menciona lo siguiente: A presin constante, los volmenes de una determinada masa gaseosa son directamente proporcionales a las temperaturas a las que se halla sometida:

V1 /T1 = V2 /T2 = V3 /T3 = cte.Ejercicio Un metro cbico (1m3) de aire a una temperatura de 293 K (20C) se calienta hasta 323 K (50C) Cul ser el volumen final?

Si consideramos que la presin se mantiene constante durante el calentamiento, podremos aplicar la ley de Gay Loussac: V1 /T1 = V2 /T2 = V3 /T3 = cte. 1m3 / 293 K = V2 / 323 K V2 = 1 m3 x 323 K / 293 K 1.10 m3 (el aire se ha dilatado)


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Capacidad del aire para absorber agua El aire puede absorber cierta cantidad de agua en forma de vapor. Esta cantidad ser mayor cuanto ms caliente est el aire. Si este aire saturado de vapor de agua es enfriado, el agua se precipita en forma de gotitas y chorrea por las paredes del depsito. La capacidad del aire de absorber agua depende solamente del volumen y de la temperatura del aire, pero no de la presin. Esto significa que, en una instalacin con presin absoluta de 6 bar (600 kPa.), se halla comprimida una cantidad de aire siete veces mayor que en otra del mismo volumen pero a presin atmosfrica; sin embargo, la cantidad de agua en ambas instalaciones es la misma.

Influencia de la velocidad de flujo y de la presin del aire Si hacemos circular aire a travs de un tubo que posee una estrangulacin en forma de embudo y medimos el valor de la presin en diferentes puntos del mismo, observaremos que la menor presin se encuentra en el punto ms estrecho del tubo. Esto podemos explicarlo de la siguiente forma: en cada punto del tubo debe circular el mismo caudal (en dm3 o en litros); es decir, todo el aire que ingresa al tubo debe de salir de l independientemente de la seccin del mismo; por lo tanto, para que esto sea posible, en un estrechamiento el aire debe pasar ms rpido, o sea aumentar su velocidad. Por otra parte, y no teniendo en cuenta las prdidas por rozamiento, el aire debe tener la misma energa al principio que al final del conducto. Esta energa est compuesta de la energa potencial, que depende de la presin y de la energa cintica, que depende de la velocidad. La velocidad del aire, y consecuentemente la energa cintica aumenta en el lugar de estrangulacin; por lo tanto, para mantener la energa total constante debe disminuir la energa potencial, es decir la presin. La presin vuelve a aumentar una vez que el aire ha atravesado la estrangulacin. No obstante, como consecuencia del rozamiento entre las molculas del aire comprimido y del roce con las paredes del conducto, cada vez que el aire pasa por una estrangulacin se produce una prdida irrecuperable de presin. De estos dos ltimos puntos podemos concluir lo siguiente:

En primer lugar, el aire que se utiliza para ser comprimido se toma de la atmsfera y por lo tanto contiene no slo humedad sino tambin partculas de polvo y/o partculas abrasivas. stas deben evitarse con el fin de no daar los componentes neumticos y de evitar la corrosin de los mismos. Parte de esta humedad se condensar dentro de las tuberas de circulacin de aire, lo cual hace necesario introducir recipientes para acumular y evacuar la condensacin producida; el resto deber eliminarse utilizando elementos destinados a tal fin. Adems, y referido al segundo punto, los puntos de estrangulacin en la red de aire comprimido se originan por la inclusin de tubos, codos, accesorios, curvaturas o derivaciones y deben ser cuidadosamente calculados, de modo tal de reducir al mximo las prdidas de presin.

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Ficha 4 / Fuente de energa. Alimentacin

La generacin de aire a presin comienza por la compresin del aire. El aire pasa a travs de una serie de elementos antes de llegar al punto de su consumo.

Para producir aire comprimido se utilizan compresores, que elevan la presin del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde una estacin central que abastece a las instalaciones a travs de tuberas. El grado de pureza del aire aspirado es decisivo para la duracin del compresor; dependiendo de las condiciones climticas imperantes, la aspiracin de aire caliente y hmedo conduce a una mayor produccin de humedad luego de la compresin. El tipo de compresor y su ubicacin en el sistema inciden, en mayor o menor medida, en la cantidad de partculas, aceite y agua incluidos en el sistema neumtico.

Tipos de compresores La eleccin del compresor depende de la presin de trabajo y de la cantidad de aire necesaria. Los compresores son clasificados, segn su tipo constructivo, en:

Tipos constructivos de compresores

Compresor de mbolo alternativo

Compresor de mbolo giratorio

Compresor de flujo

Compresor de pistn

Compresor de membrana

Compresor radial

Compresor axial

Compresor rotativo

Compresor de hlices

Compresor ROOTS


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1. Compresor de mbolo alternativo

Compresor de pistn

Compresor de pistn Comprime el aire que entra, a travs de una vlvula de aspiracin. A continuacin, el aire pasa al sistema a travs de una vlvula de escape. Los compresores de pistn son utilizados con frecuencia porque su gama cubre un amplio margen de presiones. Para generar presiones elevadas se recurre a un sistema escalonado de estos compresores. En ese caso, el aire es enfriado entre cada una de las etapas de compresin.

Compresor de membrana El compresor de membrana tambin pertenece al grupo de compresores de mbolo alternativo. En este caso, la cmara de compresin est separada del mbolo mediante una membrana. Esta solucin ofrece la ventaja de no dejar pasar aceite del compresor al aire. Por esta razn, los compresores de membrana suelen utilizarse en la industria de los alimentos, en la industria farmacutica y qumica.

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2. Compresor de mbolo giratorio

Compresor de hlices o de tornillo

Compresor rotativo multicelular Comprime el aire mediante un mbolo que gira. Durante el proceso de compresin, se reduce continuamente la cmara de compresin.

Compresor de hlices bicelular En este compresor, dos rboles de perfil helicoidal giran en sentido contrario. El perfil de ambos rboles engrana y, as, se transporta y comprime el aire.


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Compresor ROOTS Dos labes que giran en sentido inverso encierran, cada vuelta, un volumen de aire entre la pared y su perfil respectivo. Este volumen de aire es llevado al fin del giro a la presin deseada.

3. Compresor de flujo

Turbocompresores

Turbo compresor radial El aire aspirado axialmente es introducido a una velocidad muy alta. La compresin tiene lugar radialmente. Este tipo de compresor es recomendable cuando se necesitan grandes caudales. Entre las diferentes etapas se prevn las cmaras de enfriamiento.

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Turbo compresor axial Este tipo funciona con el principio del ventilador: el aire es aspirado e impulsado simultneamente. Las presiones son muy bajas pero los caudales pueden ser muy elevados.

NOTA: En todos los casos, el smbolo correspondiente al compresor es el mismo, independientemente de sus caractersticas constructivas, ya que la simbologa identifica slo la funcin del elemento. Respecto del significado del smbolo, podramos aclarar lo siguiente:Tringulo: corresponde al fluido. Si est vaco indica fluido gaseoso, si est lleno indica circulacin de lquido (ejemplo: fluido hidrulico en bombas) Lneas: significan la alimentacin tanto de entrada como de salida Dos lneas paralelas: representa la energa mecnica necesaria para el funcionamiento Crculo: indica movimiento continuo

Para los alumnos Te proponemos identificar a qu tipo constructivo pertenece el compresor de la figura e intentar describir su funcionamiento.

Pertenece al grupo de compresores de mbolo alternativo y, dentro de ste, al de compresores de pistn. En este caso, si bien tiene dos etapas como en el mostrado anteriormente, tambin es de doble accin; es decir, el aire es aspirado comprimido y posteriormente enfriado tanto en la carrera de avance como en la de retroceso del mbolo, obteniendo una compresin y rendimiento superior.


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Ficha 5 / Seleccin del compresorElegir el compresor ms adecuado no es muy sencillo; es necesario tener en cuenta lo siguiente:

El tamao de un equipo de aire comprimido: Est determinado por el consumo de todos los equipos o sistemas neumticos de mando conectados, con una reserva adicional para una futura ampliacin de la instalacin, ms un suplemento del orden del 10 al 30% para las prdidas por fugas. En casos de grandes consumos de aire es conveniente instalar ms de un compresor, de modo tal que si uno de ellos falla no queda toda la instalacin sin la provisin de aire comprimido (teniendo en cuenta que la reserva del acumulador slo sirve para abastecer aire comprimido durante unos pocos minutos de trabajo). La presin final del compresor: No debe ser mucho ms alta que la presin de trabajo para los dispositivos neumticos, ya que una mayor compresin implica un mayor costo y, adems, plantea la posibilidad de mayores prdidas por fugas. Asimismo, es necesario que la presin tenga un valor constante, pues de ello dependen: la velocidad, las fuerzas, y el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo. El accionamiento del compresor: Puede ser realizado a travs de un motor elctrico o de explosin. Este ltimo es ms utilizado como medio de accionamiento de compresores mviles. La regulacin del compresor: Es necesaria para adecuar el caudal suministrado por el compresor al consumo fluctuante de los dispositivos neumticos. Existen diferentes clases de regulaciones: Regulacin de marcha en vaco. (Indicada para compresores de mbolo). Puede realizarse a travs de: - Apertura de la aspiracin - Aislamiento o cierre de la aspiracin - Apertura del escape a la atmsfera Regulacin de carga parcial. (Indicada para compresores rotativos y turbocompresores). Puede efectuarse de las siguientes formas: - Regulacin de la velocidad de rotacin - Regulacin por estrangulacin de la aspiracin Regulacin por intermitencias. (Indicada para compresores de baja potencia). El compresor tiene dos estados de servicio o funciona a plena carga o est desconectado (parada del motor). Por otra parte, es necesario tener en cuenta que si el compresor es fijo, debe situarse en un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo ms fresco, limpio de polvo y seco posible.

El diagrama nos da una aproximacin bastante buena en cuanto a la seleccin del tipo de compresor, adecuado para cada necesidad, teniendo en cuenta solamente, el caudal y la presin de trabajo. Los dos tipos de compresores ms utilizados para aplicaciones en sistemas neumticos son: el de mbolo o pistn y el de tornillo helicoidal o de hlices bicelular. Sin embargo, a la hora de decidir la compra de alguno de ellos siempre es conveniente la consulta con fabricantes o proveedores, ya que los valores dados en el diagrama pueden variar sensiblemente.

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Refiriendo a nuestro problema la informacin del diagrama, advertimos que necesitaremos, en primer lugar, averiguar cul va a ser el consumo del dispositivo que diseemos para estampar la pieza. Adems, debemos tener siempre en cuenta que el consumo de una mquina es la suma de los consumos de todos sus dispositivos actuadores y que el consumo de una instalacin se calcula como la suma del consumo de todas sus mquinas, independientemente de que funcionen o no todas al mismo tiempo.

Para los alumnos Podras obtener datos de diferentes compresores, ya sea consultando a fabricantes o proveedores, en algunos sitios o pginas Web, o bien en shoppings o supermercados, y realizar algn tipo de comparacin entre ellos? Las caractersticas a tener en cuenta podran ser: Tipo de compresor, presin mxima, potencia, consumo, dimensiones, caudal, si tienen acumulador la capacidad de este, precio, etc. Tambin podras averiguar qu tipo de compresores se utilizan, por ejemplo, en gomeras, en los juegos infantiles de los peloteros, en las mangas de las canchas de ftbol, en el consultorio de un odontlogo, etc.Compresor de pistn


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Ficha 6 / Acumulador

El acumulador se encarga de almacenar el aire comprimido proveniente del compresor. Su funcin consiste en estabilizar la alimentacin de aire a presin al sistema y procurar que las oscilaciones de presin se mantengan en los niveles mnimos. La superficie relativamente grande del acumulador provoca un enfriamiento del aire contenido en l. Durante este proceso de enfriamiento, se condensa agua que debe ser evacuada regularmente a travs de un grifo. El tamao del acumulador depende de los siguientes criterios:

Caudal del compresor. Cantidad de aire requerida en el sistema. Red de tuberas (posible necesidad de volumen de aire adicional). Regulacin del compresor. Oscilacin permisible de la presin en el sistema.

Ejercicio Cul debe ser el tamao de un acumulador cuando el compresor funciona intermitentemente? Tengamos en cuenta lo siguiente: Caudal: Q = 20 m3/min Frecuencia de conmutacin/h: z = 20 Diferencia de presin: p = 100 kPa = 1 bar Capacidad del acumulador VB = ?

El tamao del acumulador necesario puede calcularse utilizando el Diagrama para la determinacin de la capacidad del acumulador, del Anexo. Del mismo puede deducirse que el resultado es: VB = 15 m3

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Ficha 7 / Secadores de aireComo hemos mencionado anteriormente, el aire que respiramos est contaminado por el vapor de agua y las partculas suspendidas en el aire. Durante el proceso de compresin, el compresor de aire concentra los contaminantes y, en funcin del diseo y la antigedad del aparato, incluso puede aumentar el grado de contaminacin agregando partculas de aceite. Por regla general, los compresores de aire modernos incorporan posrefrigeradores que reducen la temperatura de descarga del aire comprimido y, con la ayuda de separadores de agua, eliminan la mayor parte de agua lquida. Este proceso es suficiente para algunas aplicaciones; pero, la suciedad y la humedad restantes que permanecen suspendidas en forma de aerosol pueden si no se eliminan daar el sistema de aire comprimido y deteriorar el producto. El resultado, un mayor costo de funcionamiento debido a:

Un aumento del tiempo de parada del sistema por avera. Una reduccin de la eficacia de produccin.Estos problemas pueden evitarse mediante la seleccin y aplicacin correctas de los filtros y secadores de aire comprimido. En la figura se muestra una correcta instalacin de la sala de compresor.

Acumulador

Compresor

Filtro

Secador

Filtro

El agua (humedad) llega al interior de la red con el aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad depende, en primer lugar, de la humedad relativa del aire que, a su vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones climticas. La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire. El grado de saturacin es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como mximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces del 100%, como mximo (temperatura del punto de roco). Humedad absoluta Humedad relativa = Grado de saturacin x 100 %


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Ejercicio Un compresor aspira una cantidad de aire de 400 m3/ h de aire con una humedad relativa del 60%. Luego de la compresin, la presin pe = 8 bar; la temperatura T= 323 K (50C). Qu cantidad de agua se obtiene?

Del diagrama del punto de roco del Anexo se obtiene para una temperatura de 323 K (50 C) un contenido de agua de 80 g/m, para una humedad relativa del 100%. Pero, para una humedad relativa del 60% tendremos: Humedad absoluta = humedad relativa x grado de saturacin / 100% = 60% x 80 g/m/100% Humedad absoluta = 48 g/m Para una cantidad de aire de 400 m/h se obtendra: 400 m/h x 48 g/m = 19200 g/h = 19.2 kg/h

El aire comprimido con un contenido demasiado elevado de humedad reduce la vida til de los sistemas neumticos. En consecuencia, es necesario instalar secadores de aire con el fin de reducir el contenido de humedad del aire hasta alcanzar los niveles deseados. Para secar el aire puede recurrirse a algunos de los siguientes mtodos:

Secado por enfriamiento. Secado por adsorcin. Secado por absorcin.Los costos adicionales ocasionados por la instalacin de un secador de aire son rpidamente amortizados debido a la disminucin de los costos de mantenimiento por tiempo de inactividad menores y por la mayor fiabilidad del sistema.

Secado por enfriamiento El secador usado con ms frecuencia es el secador por enfriamiento. En l, el aire es enfriado hasta temperaturas inferiores al punto de condensacin. La humedad contenida en el aire es segregada y recogida en un recipiente.

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El aire que penetra en el secador por enfriamiento pasa, antes, por un proceso de enfriamiento previo en el que se recurre al aire fro que sale de un intercambiador trmico. A continuacin, el aire es enfriado en el secador hasta alcanzar una temperatura inferior al punto de condensacin.

La temperatura de punto de condensacin es aquella que tiene que alcanzar el aire para que pueda condensar el agua. Cuanto menor sea la temperatura en relacin con el punto de condensacin, tanta ms agua condensar. El secado por enfriamiento permite alcanzar temperaturas entre los 2C y 5C.

Secado por adsorcin

Entendemos por adsorcin, el depsito de materias en las superficies de cuerpos slidos. El agente secador, tambin denominado gel secador, es un granulado compuesto principalmente de xido de silicio. El mtodo de secado por adsorcin permite obtener los puntos de condensacin ms bajos (hasta 90C). Siempre se utilizan dos unidades de adsorcin. Si el gel de la primera unidad de adsorcin est saturado, el equipo conmuta a la segunda unidad. Entretanto, la primera unidad es regenerada mediante un proceso de secado con aire caliente.


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Secado por absorcin

El proceso de secado por absorcin es un mtodo puramente qumico que es utilizado muy pocas veces, a raz de los elevados costos de servicio.

Una materia gasiforme es fijada por una materia slida o lquida. Primero el aire a presin es guiado a travs de un filtro para retirar la mayor cantidad de gotas de agua y de aceite posible. Cuando el aire entra en el secador, es sometido a un movimiento rotativo al atravesar la cmara de secado, la cual contiene una masa de secado. La humedad se une a dicha masa de secado y la disuelve. El lquido obtenido de este modo pasa al depsito inferior. Este depsito tiene que ser vaciado regularmente y, adems, la masa de secado deber sustituirse tambin con regularidad. Este mtodo de secado no es muy utilizado en aplicaciones industriales debido a que el efluente es algo corrosivo y, por lo tanto, deben adoptarse medidas adecuadas para su disposicin, que deberan estar de acuerdo con las normas y reglamentaciones locales vigentes. Caractersticas del mtodo de absorcin: Instalacin sencilla del equipo. Poco desgaste mecnico (por no incluir piezas mviles). No hay necesidad de recurrir a fuentes de energa externas.

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Para los alumnos Te proponemos identificar a qu tipo de secador corresponde el que est esquematizado ms abajo.

SALIDA DE AIRE SECO

ENTRADA DE AIRE HMEDO

Se trata de un secador que funciona segn el principio qumico de absorcin. El aire hmedo ingresa por la parte inferior del secador y se dirige hacia arriba, pasando a travs de una cama de desecante que absorbe la humedad a medida que se disuelve en forma gradual. El lquido, compuesto por el desecante disuelto y la humedad condensada, cae hacia la parte inferior y puede drenarse en forma automtica o manual. El aire seco sale por la parte superior.


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Ficha 8 / Unidad de mantenimiento

La unidad de mantenimiento tiene la funcin de acondicionar el aire a presin. Dicha unidad es antepuesta al mando neumtico. Est formada por tres o cuatro elementos: Filtro de aire. Regulador de presin. Manmetro o indicador de presin. Lubricador.

Simbologa abreviada Unidad de mantenimiento

Simbologa general

El aire comprimido, al circular por las tuberas, arrastra impurezas; algunas pueden provenir del propio compresor (sobre todo si no se han instalado filtros y secadores a la salida de ste) y otras son propias de la red, como por ejemplo: polvo, cascarillas, residuos de xido. Si la red ha sido tendida adecuadamente, una gran parte de estos residuos deberan separarse en los recipientes para la condensacin, pero los ms pequeos son arrastrados por la corriente de aire y de no separarse actuaran como abrasivo en los elementos neumticos. Adems, debe garantizarse un suministro de aire en forma constante a una presin determinada, independientemente de las fluctuaciones u oscilaciones que se produzcan ya sea, en la parte de consumo como en la que proviene del compresor. Tambin debe tenerse en cuenta que algunos elementos neumticos necesitan de una lubricacin adicional para su correcto funcionamiento.

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Ficha 9 / Unidad de mantenimiento. Filtro de aire a presin

El condensado, las impurezas y demasiada cantidad de aceite pueden ser motivo de desgaste de piezas mviles y de juntas de elementos neumticos. Dichas sustancias pueden contaminar el medio ambiente a travs de fugas en el sistema. Si no se utilizan filtros, es posible que los productos que se produzcan en la fbrica queden inutilizados por efecto de la suciedad (por ejemplo, en el caso de alimentos o de productos farmacuticos o qumicos). El abastecimiento de aire a presin de buena calidad en un sistema neumtico depende, en gran medida, del filtro que se elija. El parmetro caracterstico de los filtros es la amplitud de los poros. Dicho parmetro determina el tamao mnimo de las partculas que pueden ser retenidas en el filtro.

Filtro de aire comprimido

Determinados filtros de aire a presin tambin son apropiados para filtrar el condensado. El agua condensada deber ser evacuada antes de que su volumen llegue al nivel mximo ya que, de lo contrario, volvera a mezclarse con el aire. Si el condensado es cuantioso, es recomendable instalar un sistema de evacuacin automtico, en vez de recurrir a un grifo manual. La unidad de evacuacin automtica tiene un flotador que, al llegar a la marca de mximo, acta sobre una palanca que abre una tobera dejando pasar aire a presin. El aire a presin acta sobre una membrana la que, por su parte, abre una salida de evacuacin. Una vez que el flotador llega a un nivel mnimo de condensado en el depsito, cierra la tobera y se interrumpe la operacin de evacuacin. Adems, existe la posibilidad de evacuar el depsito manualmente. Funcionamiento: El aire a presin que entra en el filtro choca con un disco en espiral, por lo que se produce un movimiento rotativo. La fuerza centrfuga tiene como consecuencia la separacin de partculas de agua y de sustancias slidas, que se depositan en la pared interior del filtro, desde donde son evacuadas hacia un depsito. El aire acondicionado de esta manera atraviesa el filtro, en el que son separadas las partculas de suciedad restantes que tienen dimensiones superiores a los tamaos de los poros. Los filtros normales tienen poros con dimensiones que oscilan entre 5 m y 40 m.


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Con el concepto de grado de filtracin de un filtro, se entiende el porcentaje de partculas que son separadas de la corriente de aire. Si los poros son de 5 m, normalmente se obtiene un grado de filtracin del 99,99%. Los filtros tienen que ser sustituidos despus de cierto tiempo, ya que las partculas de suciedad pueden obturarlos. Si bien es cierto que el efecto de filtrado se mantiene incluso si el filtro est sucio, cabe tomar en cuenta que un filtro sucio significa una resistencia mayor al flujo de aire. En consecuencia, se produce una mayor cada de presin en el filtro. Para determinar el momento oportuno de cambiar el filtro, deber efectuarse un control visual o una medicin de la diferencia de presiones. Si dicha diferencia es superior a valores comprendidos entre 0,4 y 0,6 bar, es recomendable proceder al cambio de filtro correspondiente.

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Ficha 10 / Unidad de mantenimiento. Reguladores de presin

El nivel de la presin del aire comprimido generado por el compresor no es constante. Las oscilaciones de presin en las caeras pueden incidir negativamente en las caractersticas de conmutacin de las vlvulas, en la velocidad de los cilindros, y en la regulacin del tiempo de vlvulas de estrangulacin y de retardo. En consecuencia, es importante que la presin del aire sea constante para que el equipo neumtico no ocasione problemas. Para obtener un valor constante de la presin se instalan reguladores en la red de aire con el fin de procurar la uniformidad de la presin en el sistema de alimentacin de aire comprimido (presin secundaria), independientemente de las oscilaciones que surjan en el circuito principal (presin primaria). El reductor o regulador de presin es instalado detrs del filtro de aire, con el fin de mantener un nivel constante de la presin de trabajo. El nivel de la presin siempre deber regirse por las exigencias que plantee la parte correspondiente del sistema. 6 bar en la seccin de operacin, y 4 bar en la seccin de mando. stas son las presiones que, en la prctica, han demostrado ser la mejor solucin para satisfacer los criterios de generacin de aire a presin y los del rendimiento de los sistemas neumticos.

Alimentacin: Regulador de presin con escape


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Funcionamiento: La presin de entrada (presin primaria) tiene que ser siempre mayor que la presin de salida (presin secundaria) en la vlvula reguladora de presin. La presin es regulada mediante una membrana. La presin de salida acta sobre uno de los lados de la membrana, mientras que por el otro lado acta un muelle. La fuerza del muelle puede ser ajustada mediante un tornillo. Si la presin aumenta en el circuito secundario, la membrana es presionada contra el muelle con lo que disminuye o se cierra el dimetro de escape en el asiento de la vlvula. El asiento de la vlvula abre y el aire a presin puede salir a travs de los taladros de evacuacin. Si disminuye la presin en el circuito secundario, el muelle se encarga de abrir la vlvula. En consecuencia, la regulacin de la presin de aire en funcin de una presin de servicio ajustada con antelacin, significa que el asiento de la vlvula abre y cierra constantemente por efecto del volumen de aire que pasa a travs de ella. La presin de trabajo es indicada en un instrumento de medicin.

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Ficha 11 / Unidad de mantenimiento. Lubricacin del aire a presin

En trminos generales, no debera lubricarse el aire a presin. No obstante, si las partes mviles de las vlvulas y cilindros requiriesen de lubricacin, deber enriquecerse el aire a presin constantemente con una cantidad suficiente de aceite. La lubricacin del aire a presin debera siempre limitarse tan slo a los segmentos del sistema que necesiten lubricacin. El aceite que pasa del compresor al aire a presin no es apropiado para la lubricacin de elementos neumticos. Los cilindros provistos de juntas resistentes al calor no deberan recibir aire a presin lubricado, ya que el aceite contenido en el aire podra producir un lavado de la grasa especial que llevan los cilindros. Si se opta por usar aire a presin no lubricado en sistemas que antes s lo usaban, ser necesario renovar la lubricacin original de fbrica de las vlvulas y de los cilindros, ya que es posible que dicha lubricacin original, entretanto, haya desaparecido. El aire a presin debera contener aceite de lubricacin en los siguientes casos: Necesidad de operar con movimientos extremadamente veloces. Uso de cilindros de grandes dimetros (en este caso, es recomendable instalar la unidad de lubricacin inmediatamente antes del cilindro).

Si la lubricacin es demasiado copiosa, pueden surgir los siguientes problemas: Funcionamiento deficiente de los elementos. Mayor contaminacin del medio ambiente. Agarrotamiento de los elementos despus de perodos prolongados sin ser utilizados.

Lubricador de aire

Funcionamiento: El aire a presin pasa a travs de la unidad de lubricacin. Al atravesar una zona de estrangulacin en dicha unidad se produce un vaco. Este vaco provoca la succin del aceite a travs de una tubera conectada a un depsito. El aceite pasa a una cmara de goteo donde es pulverizado y mezclado con el aire.


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Para los alumnos Qu decisiones tomaras con respecto de la unidad de mantenimiento, en nuestro problema del estampado? La seleccin de un tipo determinado de unidad de mantenimiento, tambin conocida como FRL (Filtro, Regulador y Lubricador), depende de los caudales de aire y de la presin de servicio. Estos valores son dados por el fabricante, y deberan ser acordes a las necesidades del sistema. Por otra parte, si la unidad de mantenimiento tiene lubricador, no debera alimentar con aire a un consumidor que se encuentre a una distancia mayor a los 5 metros, ya que a distancias mayores la niebla de aceite precipitara dentro de la tubera. Los materiales que se utilicen en la construccin de los componentes de una FRL dependern, en gran parte, de las presiones de trabajo y temperatura ambiente. En general, para presiones superiores a los 10 bar y temperaturas que excedan los 50C aproximadamente, se optar por carcazas metlicas, en lugar de las de plstico transparente conocidas comnmente.

De lo visto hasta ahora, podramos concluir lo siguiente: Para trabajar con dispositivos neumticos necesitamos disponer de aire comprimido, limpio y seco, de modo tal de no deteriorar los elementos de trabajo. Para comprimir el aire debemos disponer de un compresor, el cual tomar aire de la atmsfera. Dependiendo del tipo de compresor empleado, tendremos que alimentarlo ya sea con energa elctrica o con combustible. A las partculas de agua y de polvo en suspensin que contiene el aire atmosfrico, a veces se le agregan partculas de aceite provenientes de la lubricacin del compresor y partculas propias del desgaste del mismo; adems, el aire se calienta luego del proceso de compresin. Todo esto hace que tengamos que utilizar refrigeradores o secadores y filtros. Por otra parte, y dependiendo del consumo de aire comprimido, podramos llegar a necesitar uno o ms acumuladores para disponer de aire comprimido en todo momento, sin fluctuaciones de presin. Como parte final de este sistema de generacin y alimentacin de aire es recomendable la instalacin de una unidad de mantenimiento, para garantizar la llegada de aire -con la preparacin y la presin adecuadas- a los consumidores. En consecuencia, de lo expresado anteriormente podramos realizar el siguiente esquema:

Aire

Compresor

Refrigerador

Depsito

Secadores

FRI

Consumidores

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Ficha 12 / Dispositivos actuadores

Los actuadores transforman la energa en trabajo. La seal de salida es controlada por el mando y el actuador reacciona a dicha seal por los elementos de maniobra. Otros tipos de emisin de seal son los elementos que indican el estado del sistema de mando o de los actuadores, como pueden ser, por ejemplo, los indicadores pticos de accionamiento neumtico. Los actuadores neumticos pueden clasificarse en dos grupos, segn el movimiento sea lineal o giratorio:

Movimiento rectilneo (lineal) - Cilindros de simple efecto - Cilindros de doble efecto

Movimiento giratorio - Motor neumtico - Actuador giratorio

Los cilindros neumticos son utilizados con frecuencia como elementos de accionamiento lineal, porque, entre otras razones, se trata de unidades de precio relativamente bajo, de fcil instalacin, simples y robustas y, adems, estn disponibles en los tamaos ms diversos.

La figura muestra dos actuadores lineales de doble efecto. Uno de ellos es el que se encarga de posicionar y sujetar la lata mientras que el segundo imprime los controles de elaboracin y fecha de vencimiento


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La lista que se incluye a continuacin ofrece una nocin general sobre los datos caractersticos de los cilindros neumticos: Dimetro Carrera Fuerza Velocidad del mbolo desde 5 hasta 320 mm desde 1 hasta 2000 mm desde 2 hasta 50000 N desde 0,2 hasta 1 m/seg

Los elementos neumticos de accionamiento permiten realizar los siguientes tipos de movimientos: Movimiento lineal Movimiento giratorio Movimiento rotativo

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Ficha 13 / Dispositivos actuadores. Movimiento lineal

Cilindros de simple efecto Los cilindros de simple efecto reciben aire a presin de un solo lado. Slo pueden ejecutar trabajo en un sentido. El retroceso est a cargo de un muelle incluido en el cilindro o se produce por una fuerza externa. La fuerza del muelle hace retroceder el vstago del cilindro a una determinada velocidad pero sin que el cilindro pueda soportar una carga. En los cilindros de simple efecto con muelle de reposicin, la carrera est definida por la longitud del muelle. En consecuencia, este tipo de cilindros tiene una longitud mxima de aproximadamente 80 mm. Los cilindros de simple efecto se utilizan, generalmente, para: Entregar Bifurcar Juntar Accionar Fijar ExpulsarMorza neumtica

Pueden encontrarse cilindros de simple efecto de los siguientes tipos: Cilindros de membrana Cilindros de membrana enrollable. En los cilindros de membrana, una membrana de plstico, de goma o de metal hace las veces de mbolo. El vstago est fijado en el centro de la membrana. Estos cilindros no llevan juntas deslizantes. La nica friccin se produce por la dilatacin del material. Estos cilindros de carrera corta, pueden utilizarse para ejecutar trabajos de fijacin, prensado y elevacin.

Vstago Culata anterior Resorte

Emb

Junta

Culata posterio


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Cilindros de doble efecto Su diseo es similar al de los de simple efecto. No obstante, los cilindros de doble efecto no llevan muelle de reposicin y, adems, las dos conexiones son utilizadas correspondientemente para la alimentacin y la evacuacin del aire a presin. Los cilindros de doble efecto ofrecen la ventaja de poder ejecutar trabajos en ambos sentidos. Se trata, por lo tanto, de cilindros sumamente verstiles. La fuerza ejercida sobre el vstago es algo mayor en el movimiento de avance que en el de retroceso porque la superficie en el lado del mbolo es ms grande que en el lado del vstago.Junta (hermetiza la cmara del cilindro)

Tubo cilindro mbolo Vstago

Tapa o culata anterior Tapa o culata posterior

Cilindros de doble efecto con amortiguacin en posiciones finales Si un cilindro tiene la funcin de mover grandes masas, los amortiguadores de final de carrera se encargan de evitar un golpe seco y, por lo tanto, un dao de los cilindros. Un mbolo amortiguador interrumpe el paso de aire directo hacia fuera, antes de que el cilindro llegue a su posicin de final de carrera. En vez de ello, queda abierta una salida pequea de aire que, por lo general, es regulable. La velocidad del cilindro es reducida en la ltima parte del movimiento de retroceso.

Cilindros T andem Se trata de un conjunto de dos cilindros de doble efecto. Su diseo y aplicacin simultnea de presin en ambos mbolos permite casi duplicar la fuerza del vstago. Este tipo de cilindro es utilizado en todos los casos en que sea necesario disponer de una gran fuerza, sin importar el dimetro del cilindro.

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Cilindros sin vstago Este cilindro neumtico de doble efecto est compuesto de una camisa, un mbolo y un carro exterior montado sobre el cilindro. El mbolo puede moverse libremente dentro del cilindro, en concordancia con las respectivas seales neumticas. El mbolo y el carro exterior estn provistos de imanes permanentes. La transmisin de movimientos desde el mbolo hacia el carro se efecta con la misma fuerza, mediante el acoplamiento magntico. En el momento en que es sometido a presin, el carro se desplaza en forma sincronizada en relacin con el mbolo. Este tipo de cilindro es utilizado, principalmente, para carreras extremadamente largas de hasta 10 m. En la superficie del carro pueden colocarse directamente diversos equipos o montarse cargas. La camisa del cilindro est hermticamente cerrada en relacin con el carro, puesto que entre los dos no existe conexin mecnica alguna. En consecuencia, tampoco es posible que se produzcan fugas.

Abajo se muestran algunos ejemplos de aplicacin de cilindros en diversas mquinas:

Marcadora por impacto

Martillo neumtico

Prensa neumtica


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Los smbolos para actuadores neumticos son:

Cilindro de simple efecto

Cilindro de doble efecto

Cilindro de doble efecto con doble vstago Cilindro de doble efecto con amortiguacin no regulable en un sentido Cilindro de doble efecto con amortiguacin regulable en un sentido Cilindro de doble efecto con amortiguacin regulable en ambos sentidos

Ejercicio Si disponemos de un cilindro con un mbolo de 50 mm, un vstago de 12 mm; la presin de trabajo es de 6 bar (600 kPa) y el cilindro realiza 10 ciclos por minuto. 1. Cul es la fuerza que puede ejercer? 2. Cul es la carrera mxima? 3. Cul es el consumo de aire? 1. La fuerza ejercida por el cilindro depende de la presin del aire, del dimetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza terica del mbolo se calcula : F ter. = A x p; en la prctica es necesario conocer la fuerza real. Para determinarla hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 4 bar a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan entre un 5 y un 20% de la fuerza calculada. Por lo tanto tendremos:Cilindro de simple efecto F real = Fter Froz F resorte Cilindro de doble efecto Fuerza real de empuje en el avance

Si tomramos como un valor medio para F real = Fter Froz las fuerzas resistentes (Froz + F resorte) un Si tomramos tambin en este caso un 15% de la fuerza terica, entonces: valor medio para las fuerzas de rozamienFreal = 0.85 x Fter = 0.85 x p x x D/ 4 to del 15% de la fuerza terica, tendramos: Freal 1000.87 N 100.087 kg Freal = 0.85 x Fter = 0.85 x p x x D/ 4 Freal 1000.87 N 100.087 kg Fuerza real de empuje en el retroceso En este caso, la superficie donde se aplica la presin es menor debido a la presencia del vstago; por lo tanto: F real = 0.85 x Fter = 0.85 x p x x (D - d)/ 4 Freal 943.22 N 94.322 kg

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Podramos haber obtenido valores similares consultando el Diagrama de fuerzas desarrollas del Anexo 2. La longitud de carrera en cilindros neumticos no debera ser superior a los 2000 mm. Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecnico del vstago y de los cojinetes de gua es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse vstagos de dimetro superior a lo normal o vstagos reforzados. Del Diagrama de pandeo del Anexo tenemos que, para una fuerza de aproximadamente 1000 N y disponiendo de un vstago de 12 mm de dimetro; la carrera mxima del cilindro puede llegar a aproximadamente: S max = 330 mm. 3. Para disponer de aire y conocer el gasto de energa, es importante conocer el consumo de la instalacin: Q= SxAxnxR La relacin de compresin R es el cociente entre la presin absoluta inicial (Presin de trabajo + presin atmosfrica) y la presin absoluta final (presin atmosfrica) o sea (tomando como valor aproximado de la presin atmosfrica 1 bar): R = (6 bar + 1 bar) / 1 bar = 7Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto

Q= SxAxnxR El cilindro de doble efecto consume aire Q = 330 mm x[ x (50 mm) /4 ]x 10 tanto en su carrera de avance como en la mov/min x 7 Q = 45333.75 cm/min = 45.3 l/min de retroceso. Q = S x A x n x R + S max x A x n x R Q = 330 mm x 10 mov./min x 7 x x [ 2 x (50 mm) - (12 mm) ] /4 Q = 88056.276 cm/min = 88 l/min

Luego: Con la ayuda del Diagrama de consumo de aire del Anexo, se pueden establecer estos datos de una manera ms sencilla y rpida. Los valores estn expresados en litros por cm de carrera (consumo especfico: q) para los dimetros ms corrientes de cilindros y para las presiones de 2 a 15 bar, entonces:Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto Del grfico y para un dimetro del mbo- Para el cilindro de doble efecto se toma, lo de 50 mm, trabajando a una presin de sin incurrir en mucho error, el doble del trabajo de 6 bar: consumo de un cilindro de simple efecq 0.14 l/cm to con el mismo dimetro:

Q = S x n x q= 33 cm x 10 mov/min x 0.14 Q = 2 x S x n x q l/min Q = 92.4 l/min. Q = 46.2 l/min

En el consumo total de aire de un cilindro figura tambin el llenado con aire comprimido de los llamados espacios muertos (por ej: cmaras secundarias, anterior y posterior, que se rellenan en cada carrera; tuberas de alimentacin de aire comprimido al propio cilindro) ya que estos ltimos pueden alcanzar hasta un 20% del consumo de aire de trabajo propiamente dicho.


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Ejercicio Para el problema que nos planteamos al comienzo, necesitbamos ejercer una fuerza no menor a 900N, y si de los actuadores vistos anteriormente eligiramos uno de accin lineal de simple o de doble efecto Cules deberan ser sus dimensiones si trabajramos con una presin de 6 bar? En el ejercicio anterior 6.1. habamos visto que Freal = 0.85 x Fter (considerando a las fuerzas resistentes como un 15% de la fuerza terica) Freal = 0.85 x p x x D/ 4 Por lo tanto y haciendo un clculo rpido para una fuerza de 900 N: F real x 4 D= 0,85 x 3,14 x p

D = 47.4 cm Valor aproximado al que tambin hubiramos llegado utilizando el Diagrama de fuerzas desarrolladas del Anexo. En la prctica no existe una gama suficientemente amplia de diferentes dimetros ya que por razones tcnicas y econmicas se han estandarizado diferentes dimetros de mbolo. Por lo tanto, de requerir una fuerza determinada la solucin ms viable es la de regular la presin de aire de trabajo. Esto tambin puede aplicarse para aquellos trabajos que exigen fuerzas ajustables lo cual trae aparejada la necesidad de intercalar vlvulas reguladoras de presin o vlvulas reductoras de presin. (*)(*)

En nuestro problema del estampado, seguramente nos convendr utilizar un actuador con las dimensiones del ejercicio anterior se aproxima bastante al resultado obtenido y es la de un cilindro estndar que, si bien nos brinda la posibilidad de ejercer una fuerza algo superior a la que necesitamos, sta, de ser necesario, puede regularse con los elementos ya mencionados.

Por lo visto hasta ahora y retomando nuestro problema del estampado, observamos que todas las operaciones necesarias pueden realizarse con actuadores de movimiento lineal. Necesitaremos, por lo menos tres cilindros neumticos: Un cilindro se encargar de alimentar y sujetar la pieza (Cilindro A) Otro, tendr que realizar la operacin de marcado (Cilindro B) Un tercer actuador deber expulsar la pieza (Cilindro C) Para evitar realizar nuevos clculos de dimensiones, utilizaremos los tres actuadores de doble efecto, iguales al que habamos calculado anteriormente, es decir: EMB= 50 mm; VAS = 12 mm; Q = 9 l/ciclo (si bien los cilindros A y C pueden ser ms pequeos, y de simple efecto); la presin de trabajo p = 6 bar (600 kPa); etc. Adems, si suponemos que la mquina estar trabajando 10 horas por da, en ciclo continuo, por ejemplo, deber tardar no ms de 4,5 seg. por cada pieza.

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Croquis de situacin Partiendo del planteo del problema, es conveniente realizar este tipo de dibujos, aunque sea de manera muy esquemtica. Esto nos ayudar para comprender mejor la accin de los elementos de trabajo y el funcionamiento del mando.


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Ficha 14 / Dispositivos actuadores. Movimiento giratorioActuadores giratorios Se diferencian de los actuadores lineales porque con ellos se obtiene un movimiento de rotacin alternativo. Este giro, generalmente, no sobrepasa los 300; es decir, los actuadores giratorios no llegan a realizar una vuelta completa. Algunos de ellos vienen con topes que permiten limitar el ngulo de giro.

Generalmente se los utiliza para trasladar piezas (por ejemplo desde una cinta transportadora a otra, sin que la pieza tenga contacto con superficie alguna), para voltear piezas (por ejemplo aquellas unidades que deban ser mecanizadas en otra de sus superficies), para doblar tubos, accionar compuertas, etc. Las propiedades de los actuadores giratorios son las siguientes: Pequeos y resistentes De acabado fino y por lo tanto de alto rendimiento Disponibles con sensores sin contacto Angulo de giro ajustable Fabricados en metal ligero De fcil instalacin.

Existen varios tipos de actuadores giratorios, abajo se muestran algunos ejemplos:

Actuadores giratorios de paleta

Actuadores giratorios con pin - cremallera

Motores neumticos Los equipos que transforman energa neumtica en movimientos giratorios mecnicos (que pueden ser continuos), se llaman motores neumticos. El motor sin limitacin de ngulo de giro es uno de los elementos de trabajo ms utilizado en sistemas neumticos.

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Los motores neumticos son clasificados en funcin de su diseo: Motores de mbolos Motores de aletas Motores de engranajes Turbinas

Motores de mbolos El aire a presin origina el movimiento del mbolo que, solidario a una biela, acta a su vez sobre el cigeal. Para que el motor trabaje de modo homogneo es necesario que conste de varios cilindros. La potencia de los motores depende de la presin de entrada, de la cantidad de cilindros, de la superficie de los mbolos y de la velocidad de stos. Este tipo de motores se clasifican en: motores de mbolos radiales motores de mbolos axiales.

Los motores axiales funcionan de modo parecido a los de mbolos radiales. Cinco cilindros en disposicin axial se encargan de transformar la fuerza en un movimiento giratorio a travs de un disco. Dos mbolos reciben, simultneamente, presin con el fin de conseguir un par de giro equilibrado para que el motor trabaje homogneamente. Estos motores neumticos pueden girar en ambos sentidos. El rgimen de revoluciones mximo es de, aproximadamente, 5000 rpm, siendo el campo de potencias de 1,5 a 19 kW (de 2 hasta 25 CV) a presin normal.

Motor de mbolos radiales

Motor de mbolos axiales


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Motores de aletas Este tipo de motores es muy utilizado porque pesan poco y su diseo es sencillo. En una cmara cilndrica se encuentra un rotor excntrico. Dicho rotor est provisto de ranuras. Las aletas son guiadas por las ranuras y presionadas hacia la camisa del cilindro por efecto de la fuerza centrfuga. De este modo, las cmaras quedan separadas hermticamente. El rgimen de revoluciones del rotor oscila entre 3000 y 8500 rpm.. Estos motores tambin pueden ser de giro a derecha o a izquierda, y su potencia es regulable entre 0,1 y 17 kW (0,1 hasta 24 CV).

Motores de engranajes El par de giro de estos motores es el resultado de la presin que ejerce el aire contra los flancos de dos dientes engranados. Una de las ruedas dentadas est fijamente montada en el rbol del motor. Estos motores de engranajes pueden ofrecer importantes cotas de potencia (44kW/60CV). La direccin de giro puede tambin variar en estos motores que son fabricados con engranajes rectos o helicoidales.

Turbinas Slo pueden utilizarse si la potencia requerida es baja. No obstante, el rgimen de revoluciones es muy elevado. (Por ejemplo, una taladradora o torno del dentista puede girar hasta 500.000 rpm.)

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Los smbolos para actuadores de movimiento circular son:

Motor neumtico, rotacin en un sentido, capacidad fija

Motor neumtico, rotacin en un sentido, capacidad variable

Motor neumtico, rotacin en ambos sentidos, capacidad variable

Actuador rotativo de recorrido limitado, giro en ambos sentidos

Para la resolucin de nuest

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