Circuitos Hidraulicos y Neumaticos

1.1 Conceptos básicos de la neumáticaLa neumática es el conjunto de las aplicaciones técnicas (transmisión y transformación de fuerzas y movimiento) que utilizan la energía acumulada en el aire comprimido.

Desde hace mucho tiempo se ha utilizado consciente o inconscientemente en distintas aplicaciones. El griego Ktesibios fue el primero que se sepa con seguridad utilizó aire comprimido como elemento de trabajo. Hace más de 2000 años construyó una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros libros que trató el empleo de aire comprimido como energía data del siglo I, describiendo mecanismos accionados por aire comprimido.

La propia palabra procede de la expresión griega “pneuma”, que se refiere a la respiración, el viento y, en filosofía, al alma.

Hasta finales del siglo pasado no se comenzó a estudiar sistemáticamente su comportamiento y reglas, cuando el estudio de los gases es objeto de científicos como Torricelli, Pascal, Mariotte, Boyle, Gay Lussac, etc.

La verdadera irrupción de la neumática en la industria se dio a partir de 1950 con la introducción de la automatización en los procesos de trabajo, aunque al comienzo fue rechazada por su desconocimiento. Hoy en día no se concibe una explotación industrial sin aire comprimido. La automatización permite la eliminación total o parcial de la intervención humana. Asume pues algunas funciones intelectuales más o menos complejas de cálculo y de decisión.

La “neumática convencional” es la tecnología que emplea elementos neumáticos con partes mecánicas en movimiento. La energía estática contenida en un fluido bajo presión de 3 a 10 Kg/cm2 es transformada en energía mecánica mediante los actuadores (cilindros o motores).

 

1.1.1    1.1.1 Fundamentos físicos.

El aire es una mezcla de gases cuya composición volumétrica es aproximadamente la siguiente:

78% Nitrógeno20% Oxígeno1% Hidrógeno1% Una mezcla de Dióxido de carbono (CO2), gases nobles (Helio, Neón, Argón), polvo atmosférico y vapor de agua.

Su peso específico es de 1,293 Kg/m3 a 0ºC y una atmósfera (1,013 bar) de presión.

Es muy compresible, sensible a las variaciones de temperatura y se adapta perfectamente a la forma del recipiente que lo contiene. Es incoloro en masas normales y de color azulado en grandes volúmenes.

1.1.2 Propiedades del aire.

•Elasticidad.- La presión ejercida en un gas se transmite con igual intensidad en todas             las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.•Compresibilidad.- Un gas se puede comprimir en un recipiente cerrado aumentando la presión.•Incoloro.- Sin color.•Fluidez.- No ofrecen ningún tipo de resistencia al desplazamiento.•Generación del aire comprimido sin limitaciones ya que la materia prima es sin costo.•Fácil distribución, no precisa recuperación.•Fácil de acumular en tanques o depósitos.•Puede ser utilizado en ambientes explosivos o inflamables.•No interfiere con el medio ambiente.

1.1.1      1.1.3Tipos de mando.

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.

Símbolos de diferentes mandos empleados en los circuitos neumáticosLas válvulas pueden ser accionadas de forma manual o utilizando medios eléctricos. En la figura se exponen los símbolos de los diferentes tipos de mandos.

Mandos manuales: el pulsador y el pedal se utilizan como un medio para cambiar la posición de forma manual, construyéndose en forma de seta. Finales de carrera: este tipo de mandos tiene un accionamiento (palanca, leva o rodillo, resorte) que es accionado por un objeto cuando entra en contacto con él, de forma que se mantiene en dicha posición inestable mientras se produzca el contacto. Accionamientos secundarios: en estos casos, las válvulas se equipan con medios de cambio de posición provenientes de una señal eléctrica que excita un relé o mediante la inyección de una salida de aire a presión (mando neumático).

1.2  Conceptos básicos de la hidráulica.

Un sistema hidráulico contiene y confina un líquido de manera que la misma usa las leyes que gobiernan los líquidos para transmitir potencia y desarrollar trabajo. Vemos aquí algunos sistemas básicos y tratamos componentes de un sistema hidráulico que almacenan y acondicionan el fluido. El reservorio de aceite (sumidero y tanque) usualmente sirve para depósito y acondicionador del fluido. Los filtros, reguladores y conexiones magnéticas acondicionan el fluido al quitar impurezas extrañas que podrían obstruir los pasajes y dañar las partes. Los intercambiadores de calor o enfriadores son usados para mantener la temperatura del aceite dentro de los límites aceptables de seguridad y evitar el deterioro del aceite. Los acumuladores, a pesar de ser técnicamente fuentes de energía almacenada, actúan como almacenes de fluido.

1.2.1 Fundamentos físicos de la hidráulica.

Característica peculiar de un fluido es que no tienen forma propia, adquiriendo la del recipiente que lo contiene.

Liquido:-toma la forma del recipiente-ocupa el máximo volumen permitido-incompresible

Gases:-se expanden hasta ocupar el volumen máximo- adoptan la forma del recipiente cerrado-compresible

Fluido:-sustancias que adoptan la forma del recipiente que los contiene

-no resisten esfuerzos tangentes

Las propiedades físicas de los fluidos, que permiten describir los aspectos más importantes de la hidráulica son:Peso específico es, el peso por unidad de volumen de una sustancia, también se le conoce como peso volumétrico.

1.2.2 Características físicas y químicas de los aceites hidráulicos.

Las características físicas de un aceite hidráulico son:

•Color o fluerescencia.•Densidad.•Viscosidad.•Viscosidad dinámica.•Viscosidad cinemática.•Viscosidad aparente.

Las características químicas de un aceite hidráulico son:

• Acidez.• Basicidad.• El número de neutralización.• Residuo carbonoso.• Oxidación.

1.2.3 Representación de sistemas de mando.

1.3. Símbolos y normas de la neumática y la hidráulica.

http://1.bp.blogspot.com/-78bYjp2UCpg/T8_aeSvHAzI/AAAAAAAAAZ4/BSs23YmrhH8/s1600/15.png

http://3.bp.blogspot.com/-DjLEuGJjAS4/T8_anR9g8AI/AAAAAAAAAaA/XcCohC26lFY/s1600/16.png

http://3.bp.blogspot.com/-Mj0f1qgx8Jk/T8_auQNnPEI/AAAAAAAAAaI/8J_BUMkEDZ8/s1600/17.png

1.- Norma UNE-101 149 86 (ISO1219 1 y ISO 1219 2).A nivel internacional la norma ISO 1219 1 y ISO 1219 2, que se ha adoptado en España como la norma UNE-101 149 86, se encarga de representar los símbolos que se deben utilizar en los esquemas neumáticos e hidráulicos.En esta unidad solamente nos ceñiremos a la citada norma, aunque existen otras normas que complementan a la anterior y que también deberían conocerse. 

1.4. Ventajas y desventajas de los sistemas.

Neumática

Ventajas:- Cambios instantáneos de sentido- Es muy económico (Gratis)- Es abundante e ilimitado- Se comprime fácilmente- No hace falta circuito de retorno- Puede ser almacenado y transportado en depósitos- No existen riesgos de explosión ni incendios

Desventajas:- Produce ruido cuando se vierte al exterior, en algún caso puede resultar molesto.- El aire comprimido debe ser tratado antes de su utilización eliminando impurezas y humedad.- En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables.- Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.

Hidráulica

Ventajas:- Alto rendimiento en la transmisión (hasta un 90%).- Se puede regular de forma precisa la fuerza y velocidad ejercida.- Control a distancia de los elementos de mando.- Larga duración de los elementos hidráulicos debido a la auto lubricación.- Se pueden transmitir grandes fuerzas utilizando pequeños elementos.

Desventajas: -Necesidad de circuito de retorno.- Velocidad: se obtienen velocidades bajas en los actuadores.- Golpe de ariete.- Coste: las bombas, motores, válvulas proporcionales y servo válvulas son caras.- Se puede producir una fuga de líquido a alta presión.

Una de las aportaciones a la automatización de los procesos industriales más recientes ha venido de la mano de la neumática y la hidráulica. Pero ¿Qué es la Neumática?.      

   La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Los procesos consisten en incrementar la presión de aire y a través de la energía acumulada sobre los elementos del circuito neumático (por ejemplo las cilindros)  y efectuar un trabajo útil.   Los circuitos neumáticos básicos están formados por una serie de elementos que tienen la función de la creación de aire comprimido, su distribucíón y control para efectuar un trabajo útil por medio de unos actuadores llamados cilindros.

  Claro está que la neumática como tal tiene sus ventajas pero también tiene sus desventajas.

   Ventajas de la Neumatica:

   - El aire se puede obtener facilmente y es abundante en la tierra.   - No es explosivo, por lo tanto no hay riesgo de chispas.   - Los elementos del circuito neumatico pueden trabajar a velocidades bastante altas y sep ueden regular bastante       facilmente.   - El trabajo con aire no daña los componentes del  circuito por ejemplo por golpe de ariete.   - Los cambios de temperaturas no afectan de forma significativa en el trabajo.   - Energía limpia.   - Se pueden hacer cambios de sentido de forma instantanea.

   Desventajas de la Neumatica:

   - Si el circuito es muy largo se producen pérdidas de carga considerables.   - Para poder recuperar el aire previamente utilizado se necesitan instalaciones especiales.   - Las presiones a las que se trabaja habitualmente no permiten obtener grandes fuerzas y cargas.   - Bastante ruido al descargar el aire utilizado a la atmósfera

   Por último aqui te dejamos los componentes de un circuito neumático. si quieres aprender neumática te recomendamos ir a Neumatica e Hidraulica y ver su curso gratis y facil.

La industria ha aportado innovaciones para mejorar sus procesos. Una de las grandes mejoras fue la aplicación de la Hidráulica y la Neumatica. En el enlace anterior puedes ver la definición de neumática, pero en este caso nos basaremos en la hidráulica para defininarle. La pregunta es ¿Qué es la hidráulica?

   La Hidraulica es la tecnología que emplea un líquido, bien agua o aceite (normalmente aceites especiales), como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Básicamente consiste en hacer aumentar la presíon de este fluido (el aceite) por medio de elementos del circuito hidraulico (compresor) para utilizarla como un trabajo útil, normalmente en un elemento de salida llamado cilindro.  El aumento de esta presión se puede ver y estudiar mediante el principio de Pascal.      Los cilindros solo tienen recorrido de avance y retroceso en movimiento rectilíneo, es por eso que si queremos otro movimiento deberemos acoplar al cilindro un mecanismo que haga el cambio de movimiento.

   En un sistema hidráulico el aceite sustituye al aire comprimido que se usa en neumática. Muchas excavadoras, el camión de la basura, los coches, etc utilizan sistemas hidraúlicos para mover mecanismos que están unidos a un cilindro hidraulico movido por aceite.

  Al llamarse hidraúlica puede pensarse que solo usa agua, cosa que no es así, es más casi nunca se usa agua solo se usa aceite. En la teoría si

se usa aceite debería llamarse Oleohidraúlica, pero no es así. En la práctica cuando hablamos de sistemas por aceite, agua o cualquier fluido líquido usamos la palabra hidraúlica.

Cilindro Hidraúlico

   Si comparamos un sistema neumático con uno hidráulico podemos apreciar lo siguiente:

  - Al funcionar con aceite, admite mucha más presión, con lo que también se puede efectuar más fuerza. Por la tanto cuando necesitemos un sistema con mucha fuerza usaremos el sistema hidraúlico y no el neumático.

  - Es más facil regular la velocidad de avance o retroceso de los cilindros, incluso se puede llegar a detener el cilindro hidraúlico.

  - En los sistemas hidraúlicos el aceite es en circuito cerrado.

  - Una de las cosas más importantes de la Hidraulica es autolubricante. Por supuesto el aceite que usa ya lubrica el mismo los elementos del circuito.

  - Para acabar diremos que estos sistemas tienen las desventajas de que son más sucios que los neumáticos, el aceite es infamable y explosivo, que  los elementos de los circuitos son más costosos que los neumaticos, el aceite es más sensible a los cambios de la temperatura que el aire, y que hay que cambiar el aceite cada cierto tiempo con el consiguiente gasto añadido.

   Aqui podemos ver las partes básicas de un circuito hidráulico, aunque si quieres saber más te recomendamos que aprendas en Neumática (pincha en el enlace subrayado) y aprenderás neumática fácilmente, pero la hidráulica es exactamente igual, solo cambia el fluido que va por dentro de los elementos.

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

   Mediante un fluido, ya sea aire (neumática), aceite o agua (hidráulica) se puede conseguir mover un motor en movimiento giratorio o accionar un cilindro para que tenga un movimiento de salida o retroceso de un vástago (barra).

   Esto hoy en día tiene infinidad de aplicaciones como pueden ser la apertura o cierre de puertas en trenes o autobuses, levantamiento de grandes pesos, accionamientos para mover determinados elementos, etc.   El control del motor o del cilindro para que realice lo que nosotros queremos se hace mediante válvulas que hacen las veces de interruptores, pulsadores, conmutadores, etc si lo comparamos con la electricidad y mediante tubos conductores (equivalente a los conductores eléctricos) por los que circula el fluido. En esta unidad vamos a estudiar como se realizan los montajes de los circuitos neumáticos o hidráulicos.

   Todo lo que vamos a estudiar en este curso de neumatica hace referencia a circuitos neumáticos, pero cambiando aire por agua o aceite valdría igualmente para los hidráulicos.

   Neumatica e hidraúlica prácticamente solo se diferencia en el fluido, en uno es aire y en el otro agua. Antes de empezar puedes ver aqui todos los símbolos de Neumática o ir aprendiendolos según avances.

  

 Componentes de un Circuito Neumatico

   Pues bien nada mejor que una imagen para ver los componentes generales de un circuito neumático. Luego explicaremos uno a uno.

  Compresores Neumaticos (Generadores)

   Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que recorren el circuito. El compresor normalmente lleva el aire a un depósito para después coger el aire para el circuito del depósito. Este depósito tiene un manómetro para regular la presión del aire y un termómetro para controlar la temperatura del mismo. El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua (humedad) que tiene el aire que se puede condensar. Todos estos componentes se llaman circuito de control.

   Este sería el inicio de la instalación. Nosotros los ejercicios que hagamos supondremos que llevan todo esto aunque no lo representaremos por facilidad a la hora de realizar los circuitos.

   Cilindros Neumaticos

    Al llegar la presión del aire a ellos hace que se mueva un vástago

(barra), la cual acciona algún elemento. Hay de varios tipos:

   De simple efecto: Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa. Ejemplo de Aplicación: frenos de camiones y trenes. Ventaja: frenado instantáneo en cuanto falla la energía. Apertura de una puerta mientras le llaga el aire, cuando deja de llegar la puerta se cierra por la acción del retorno del cilindro gracias al muelle. 

   Cilindros de doble efecto: la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno.

   Elementos Neumáticos con Movimiento Giratorio

   Estos elementos transforman la energía neumática en un movimiento de giro mecánico. Son motores de aire comprimido.

   Válvulas Neumaticas

   Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido

enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito.

   Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora.

   El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros).Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido (figura 1). Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales (figura 2). La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto (figura 2). Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo o inicial (figura 3).

   La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan. Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c ... y 0. Las salidas (al exterior) y entradas de aire se representan mediante un triangulo. 

   Para activar la válvula (que cambie de posición se puede hacer manualmente (como un pulsador) o de otras formas (eléctricamente, neumáticamente (una flecha) ,etc).

   La válvula selectora  cuando el aire entra por X sale por A pero no puede salir por Y. Si entra por Y sale por A pero no puede salir por X.

   Veamos un ejemplo de funcionamiento de una válvula 3/2

   Un regulador de flujo: es un elemento que permite controlar el paso del aire en un sentido, mientras que en el otro sentido circula libremente.

   Las válvulas estranguladoras con retención, conocidas como válvulas reguladoras de velocidad, son híbridas. Desde el punto de vista de la estrangulación son válvulas de flujo y como tales se las emplea en neumática. La función de retención les hace ser al mismo tiempo una válvula de bloqueo.

   El regulador de flujo se alimenta con aire del suministro. Dicho regulador emite un flujo de aire controlado en una conexión en T. Una tubería de esta conexión se conecta a la válvula accionada por diafragma y la otra se deja abierta para que salga aire a la atmósfera. 

   Cuando la tubería de toma de aire es bloqueada por la rueda de un vehículo, la presión aumenta en la tubería y la válvula accionada por diafragma se activa, y el aire comprimido entra en el pistón. 

PARTE 1 NEUMATICA

2.1 Produccion y Distribucion del aire comprimido

2.1  Producción del aire comprimido

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías en máquinas que se desplazan frecuentemente.

En el momento de la planificación es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte más tarde insuficiente, puesto que toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.

Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendrá una larga duración. También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.

Tipos de compresores

Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos tipos básicos de compresores:

El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o rotativo).

El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).

Compresores de émbolo

Compresor de émbolo. Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (bar).

Compresor de membrana

Este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo. Una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará exento de aceite. Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias alimenticias farmacéuticas y químicas.

Turbocompresores

Trabajan según el principio de la dinámica de los fluidos, y son muy apropiados para grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energía cinética se convierte en una energía elástica de compresión. La rotación de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo. Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia afuera; el aire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a acelerar hacia afuera.

Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes:

Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cóncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes de los émbolos rotativos.

Compresor de émbolo rotativo

Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continua reducción del volumen en un recinto hermético.

Compresor rotativo multicelular

Un rotor excéntrico gira en el interior de un cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prácticamente uniforme y sin sacudidas. El rotor está provisto de un cierto número de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las células con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter, y debido a la excentricidad el volumen de las células varía constantemente.

Elección del compresor Caudal

Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos.El caudal teórico y El caudal efectivo o real

En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teórico es igual al producto de cilindrada * velocidad de rotación. El caudal efectivo depende de la construcción del compresor y de la presión. En este caso, el rendimiento volumétrico es muy importante.

Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Sólo éste es el que acciona y regula los equipos neumáticos. Los valores indicados según las normas representan valores efectivos (p. ej.: DIN 1945).El caudal se expresa en m3/min ó m3/h. No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el caudal teórico

Presión

También se distinguen dos conceptos:

La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. La presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presión. Importante: Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presión tenga un calor constante.

Accionamiento

Los compresores se accionan, según las exigencias, por medio de un motor eléctrico o de explosión interna. En laindustria, en la mayoría de los casos los compresores se arrastran por medio de un motor eléctrico.

Si se trata de un compresor móvil, éste en la mayoría de los casos se acciona por medio de un motor de combustión(gasolina, Diesel).

Distribución de aire comprimidoComo resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de fabricación, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada maquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abastecido por un compresor, a través de una red de tuberías.El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la perdida de presión entre el depósito y el consumidor no sobre pase 10 kpa (0,1 bar). Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerable mente. En la planificación de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo deberán dimensionarse generosamente las tuberías. El montaje posterior de una red más importante supone costos dignos de mención.

2.1.2 Dimensionamiento de los conductos

El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, si no en conformidad con:

-el caudal-la longitud de las tuberías-la perdida de presión-(Admisible) la presión de servicio-La cantidad de estrangulamientos en la red

En la práctica se utilizan los valores reunidos con la experiencia. Un nomograma ayuda a encontrar el diámetro de la tubería de una forma rápida y sencilla.

Calculo de una tubería;El consumo global asciende a 16 m3/min (960 m3/h) la red tiene una longitud de 280 m; comprende 6 piezas en T, 5 codos normales, 1 válvula de cierre. La pérdida admisible de presión es de Ap=10kpa (0,1 bar). La presión de servicio es de 800 kpa (s bar).

Se busca: el diámetro de la tuberíaEl nomograma que se muestra a continuación, con los datos dados permite determinar el diámetro provisional de las tuberías.

Solución:En el nomograma, unir la línea A (longitud m tubo) con la B (cantidad de aire aspirado) y prolongar el trazo hasta c (eje 1). Unir la línea E, (presión). En la línea F (eje 2) se obtiene una intersección. Unir los puntos de intersección de los ejes 1 y 2. Esta línea corta la D (diámetro nominal de la tubería) en un punto que proporciona el diámetro deseado.En este caso se obtiene para el diámetro un valor de 90 mm.

Tomado del manual de neumática FMA pokorny, francfort

Las resistencias de los elementos estranguladores (válvula de cierre, válvula esquinera, pieza en T, compuerta, codo normal) se indican en longitudes supletorias. .se entiende por longitud supletoria la longitud de una tubería recta que ofrece la misma resistencia al flujo que el elemento estrangulador o el punto de

estrangulación. La sección de paso de la tubería de longitud supletoria es la misma que la tubería.

Un segundo nomograma permite averiguar rápidamente las longitudes supletorias.

Con esta longitud total de tubería de 380m, el consumo de aire, la perdida de presión y la presión de servicio se puede determinar, como en el problema anterior, con ayuda del nomograma el diámetro definitivo de las tuberías en este caso el diámetro es de 95 mm.

2.3Actuadores neumáticosA los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

2.3.1Clasificación de los actuadores neumáticos:Aunque en esencia los actuadores neumáticos e hidráulicos son idénticos, los neumáticos tienen un mayor rango de compresión y además existen diferencias en cuanto al uso y estructura.Se clasifican en actuadores lineales y giratorios.

Actuadores neumáticos linealesEl cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago. Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de la suciedad.Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores más comunes que se utilizan en los circuitos neumáticos. Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales.

- Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido.

-Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.

Cilindros de simple efectoUn cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de tipo “normalmente dentro” o “normalmente fuera”.Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc. Tienen un consumo de aire algo más bajo que un cilindro de doble efecto de igual tamaño. Sin embargo, hay una reducción de impulso debida a la fuerza contraria del resorte, así que puede ser necesario un diámetro interno algo más grande para conseguir una misma fuerza. También la adecuación del resorte tiene como consecuencia una longitud global más larga y una longitud de carrera limitada, debido a un espacio muerto.

 

Cilindros de doble efectoLos cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí pueden realizar trabajo en ambos sentidos. Sus componentes internos son prácticamente iguales a los de simple efecto, con pequeñas variaciones en su construcción. Algunas de las más notables las encontramos en la culata anterior, que ahora ha de tener un orificio roscado para poder realizar la inyección de aire comprimido (en la disposición de simple efecto este orificio no suele prestarse a ser conexionado, siendo su función la comunicación con la atmósfera con el fin de que no se produzcan contrapresiones en el interior de la cámara).

El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los de simple, incluso cuando no es necesaria la realización de esfuerzo en ambos sentidos. Esto es debido a que, por norma general (en función del tipo de válvula empleada para el control), los cilindros de doble efecto siempre contienen aire en una de sus dos cámaras, por lo que se asegura el posicionamiento.Para poder realizar un determinado movimiento (avance o retroceso) en un actuador de doble efecto, es preciso que entre las cámaras exista una diferencia de presión. Por norma general, cuando una de las cámaras recibe aire a presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y viceversa. Este proceso de conmutación de aire entre cámaras nos ha de preocupar poco, puesto que es realizado automáticamente por la válvula de control asociada.En definitiva, podemos afirmar que los actuadores lineales de doble efecto son los componentes más habituales en el control neumático. Esto es debido a que:- Se tiene la posibilidad de realizar trabajo en ambos sentidos (carreras de avance y retroceso).- No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de muelle en oposición.- Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es mayor que en disposición de simple, al no existir volumen de alojamiento.

Cilindro neumático guiadoUno de los problemas que presentan los cilindros convencionales es el movimiento de giro que puede sufrir el vástago, ya que el pistón, el vástago y la camisa del cilindro son de sección circular, por lo que ninguno de ellos evita la rotación. En algunas aplicaciones la rotación libre no es tolerable por lo que es necesario algún sistema anti giro.Uno de los sistemas que aparte de la función anti giro tiene otras ventajas es el cilindro neumático guiado que contiene dos o más pistones con sus vástagos, lo que da lugar a una fuerza doble de la de los cilindros convencionales.

Cilindros de doble efecto multiposición.Consisten en dos o más cilindros de doble efecto acoplados en serie. Dos cilindros con carreras diferentes permiten obtener cuatro posiciones diferentes del vástago.

Cilindros tándemEstá constituido por dos cilindros de doble efecto que forman una unidad. Gracias a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene en el vástago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal para el mismo diámetro.

ACTUADORES NEUMÁTICOS GIRATORIOS.Los actuadores rotativos o giratorios son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:

Actuadores de giro limitadoSon aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón – cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).

Motores neumáticosProporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.Actuadores de giro limitadoActuador de paleta:El actuador de giro de tipo paleta quizá sea el más representativo dentro del grupo que forman los actuadores de giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que rara vez supera los 270º, incorporando unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro. Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cámaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de Movimiento angular limitado. Tal y como podemos apreciar en la figura, el funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire comprimido a una de sus cámaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y cuando exista diferencia de presión con respecto a la cámara contraria (generalmente comunicada con la atmósfera). Si la posición es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido contrario.Estos componentes presentan ventajas propias de los componentes de última generación, tal y como amortiguación en final de recorrido, posibilidad de detección magnética de la posición (mecánica o magnética), etc. La detección mecánica se ejecuta mediante elementos móviles exteriores ajustables en grado mediante nonio graduado.

Los cilindros que funcionan como actuadores giratorios, de giro limitado, son el cilindro giratorio de pistón-cremallera-piñón en el que el movimiento lineal des pistón es transformado en un movimiento giratorio mediante un conjunto de piñón y cremallera y el Cilindro de aletas giratorias de doble efecto para ángulos entre 0° y 270°. En la siguiente figura el cilindro pistón-cremallera-piñón:

Motores de aire comprimidoSu ángulo de giro no está limitado, hoy es uno de los elementos de trabajo más empleados que trabajan con aire comprimido.Tipos de motores-embolo-aletas-engranajesMotores de émboloSu accionamiento se realiza por medio de cilindros de movimiento alternativo, el aire comprimido acciona a través de una biela el cigüeñal del motor.La potencia de estos motores depende:a.- de la presión de entrada

b.- del número de émbolosc.- de la superficie y velocidad de los émbolos.Existen dos tipos de motores de émbolosa.- Motor de émbolo axialb.- Motor de émbolo radialEl funcionamiento de ambos es idéntico.Constan de cinco cilindros dispuestos axialmente, la fuerza se transforma por medio de un plato oscilante en un movimiento rotativo. El aire lo reciben dos cilindros simultáneamente al objeto de equilibrar el par y obtener un funcionamiento normal. Estos motores se ofrecen para giro a derechas y a izquierdas.

Motores de aletasSon de construcción sencilla y por tanto de reducido peso, constan de un rotor excéntrico dotado de ranuras, el cual gira en una cámara cilíndrica.En las ranuras se deslizan unas aletas, que son empujadas contra la pared interior del cilindro por el efecto de la fuerza centrífuga, y en otros casos por medio de resortes o muelles, garantizándose así la estanqueidad de las diversas cámaras.Es suficiente una pequeña cantidad de aire para empujar las aletas, y se va dilatando a medida que el volumen de la cámara aumenta.

Motor de engranajesEn estos motores, el par de rotación es generado por la presión que ejerce el aire sobre los flancos de los dientes de los piñones engranados, uno de los piñones es solidario con el eje del motor.Estos motores se utilizan generalmente en máquinas propulsores de gran potencia, su sentido de rotación es reversible.

2.4 Valvula de vias neumaticas

Válvulas GeneralidadesLos circuitos neumáticos están constituidos por los actuadores que efectúan el trabajo yPor aquellos elementos de señalización y de mando que gobiernan el paso del aire comprimido, y Por lo tanto la maniobra de aquellos, denominándose de una manera genérica válvulas.

Estos elementos tienen como finalidad mandar o regular la puesta en marcha o el paro delSistema, el sentido del flujo, así como la presión o el caudal del fluido procedente del depósito Regulador.

Según su función las válvulas se subdividen en los grupos siguientes:1. Válvulas de vías o distribuidoras2. Válvulas de bloqueo3. Válvulas de presión4. Válvulas de caudal y de cierre

Válvulas distribuidorasEstas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de seguir el aire enCada momento, gobernando a la postre el sentido de desplazamiento de los actuadores. Trabajan En dos o más posiciones fijas determinadas. En principio, no pueden trabajar en posiciones Intermedias.

Representación esquemática de las válvulasAnálogamente que en los actuadores es preciso utilizar una representación simbólica paraExpresar gráficamente las válvulas, como en aquel caso se utilizan anagramas que representan Exclusivamente su función de una manera tremendamente significativa. No indican detalles Constructivos, representándose de idéntica manera válvulas diferentes constructivamente hablando pero que cumplen la misma función. La representación que se utiliza corresponde a la norma ISO 1219, que es idéntica a la norma de la Comisión Europea de la Transmisiones Neumáticas y Oleo hidráulicas (CETOP). Se trata de una representación que refleja la función y el funcionamiento de las válvulas de una Manera tremendamente significativa. A continuación se relacionan las cuestiones más importantes.

-Cada posición que puede adoptar una válvula distribuidora seRepresenta por medio de un cuadrado.

-El número de cuadrados yuxtapuestos indica el número de posiblesPosiciones de la válvula distribuidora.

-El funcionamiento de cada posición se representa esquemáticamente en el interior de cada Casilla.-Las líneas representan los conductos internos de la válvula. Las Flechas, el sentido exclusivo o prioritario de circulación del fluido.

-Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan Mediante líneas transversales.

-La unión de conductos internos se representa mediante un punto

-Las conexiones externas (entradas y salidas) se representan por Medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo Inicial. Las uniones con los actuadores figuran en la parte superior y la Alimentación de aire comprimido y el escape en la inferior.

-La otra posición u otras posiciones se obtienen desplazando Lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.

-Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculasA, b, c, d.

-Si la válvula es de tres posiciones, la intermedia es, en principio, laDe reposo.

-Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con dispositivo de reposiciónAutomática, aquella posición que ocupa cuando sobre la válvula no se ejerce ninguna acción. Se denomina igualmente posición estable y la válvula se dice que es monoestable.

-Los conductos de escape a través de un conducto se representan con un triángulo ligeramente separado del símbolo de la válvula.

-Los conductos de escape sin empalme de tubo, es decir cuando el aire se evacua directamente a la atmósfera se representan mediante un Triángulo unido al símbolo de la válvula.   

-Si el fluido que circula es aire comprimido, es decir en neumática, el triángulo tendrá aristas negras y fondo blanco. Si se trata de aceite, o sea en óleo hidráulica, el triángulo será negro en su totalidad.

-Las conexiones externas se identifican por medio de letras mayúsculas o números:• Tuberías o conductos de trabajo, es decir las uniones con los actuadores: A, B, … oBien 2, 4,6• Conexión con la alimentación del aire comprimido: P ó 1• Salida de escape R, S, T ó 3, 5,7

2.4.1 Caracteristicas de las valvulas por su construccion 

Las características constructivas de las válvulas determinan su forma de trabajar, la fuerzaDe accionamiento requerida, el desplazamiento del obturador, su grado de estanquidad, suRacordaje o conexiones externas, su tamaño, su robustez y posible duración y otras características. Según su construcción, se distinguen los tipos siguientes:• Válvulas de asiento• Válvulas de corredera

Válvulas de asientoEn estas válvulas el obturador está formado por bolas, semiesferas, discos, placas o conosQue apoyan sobre un asiento, obteniendo una perfecta estanquidad de una manera muy simple. Los elementos de desgaste son muy pocos y, por tanto, estas válvulas tienen gran duración. Son insensibles a la suciedad y muy robustas.

Normalmente cuentan con un muelle incorporado para el reposicionamiento y se requiereUna fuerza de accionamiento relativamente elevada para vencer la resistencia de éste y de laPresión del aire. Sin embargo, el desplazamiento necesario del obturador para pasar de posición abierta a cerrada es muy reducido.

Algunas de las soluciones constructivas existentes no son capaces de evitar que seEscape aire a la atmósfera cuando la conmutación se produce de forma lenta. Este fenómenoIndeseable se conoce como solape.

Válvulas de asiento esféricoEstas válvulas son de concepción muy simple y, por tanto, muy económicas. Se distinguenPor sus dimensiones muy pequeñas. Un muelle mantiene apretada la bola contra el asiento; el aire comprimido no puede fluir del empalme 1 (P) hacia la tubería de trabajo 2 (A). Al accionar el taqué, la bola se separa del asiento. Es necesario vencer al efecto la resistencia del muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido. Estas válvulas distribuidoras pueden ser 2/2 (Figura 4-1) o bien 3/2 (Figura 4-2) con escape a través del taqué de accionamiento. ElAccionamiento puede ser manual o mecánico.

VÁLVULAS DE ASIENTO PLANODisponen de una junta simple que asegura la estanquidad necesaria. El tiempo deRepuesta es muy pequeño puesto que con un desplazamiento corto se consigue un gran caudal de paso. También estas válvulas son insensibles a la suciedad y tienen, por eso, una duración muy larga.

Por el contrario las válvulas construidas según el principio de disco individual tienen unEscape sin solape. No se pierde aire cuando la conmutación tiene lugar de forma lenta. En estas válvulas al accionar el taqué se cierra primeramente el conducto de escape de A(2) hacia R(3),

porque el taqué asienta sobre el disco, antes de abrir el conducto de P(1). Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P (1) hacia A(2). Se dice que la válvula carece de solape. En la Figura 4-3 se representa una válvula normalmente cerrada de este tipo.

Algunas válvulas al ser accionadas, en primer término se unen simultáneamente las tresVías P, A y R. Como consecuencia, en movimientos lentos, una cierta cantidad de aire comprimido escapa de P directamente a la atmósfera R, sin haber realizado antes trabajo. Se dice que estas válvulas tienen solape (figura 4.5).Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto oPara el pilotaje de servo elementos.

En el caso de una válvula normalmente abierta o abierta en reposo (abierta de P (1) haciaA (2)), al accionar el taqué se cierra con un disco el paso de P (1) hacia A (2). Al seguir apretando, Otro disco se levanta de su asiento y abre el paso de A (2) hacia R (3). El aire puede escapar Entonces por R (3). Al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los discos Estanquizantes hasta su posición inicial (Figura 4-4).

Las válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecánicos,Eléctricos o neumáticos. El caso de una válvula 3/2 accionada neumáticamente puede verse en la Figura 4-5. Al aplicar aire comprimido al émbolo de mando a través del empalme Z (12) Desplaza el émbolo de la válvula venciendo la fuerza del muelle de reposicionamiento. Se unen los conductos P (1) y A (2). Cuando se pone a escape el conducto de mando Z, el émbolo de mando regresa a su posición inicial por el efecto del muelle montado. El disco cierra el paso de P (1) hacia A (2). El aire de salida del conducto de trabajo A (2) puede escapar por R (3). Se trata de una válvula con solape, pues en el primer momento en que desciende el émbolo se ponen en contacto 1, 2 y 3 simultáneamente.

Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación de dos válvulas 3/2,Una de ellas normalmente cerrada y las otras normalmente abiertas alojadas dentro de la misma Carcasa.Los conductos de P (1) hacia A (2) y de B (4) hacia R (3) están abiertos. Al accionarSimultáneamente los dos taqués, se cierra el paso de P (1) hacia A (2) y de B (4) hacia R (3). AlSeguir apretando los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles deReposicionamiento, se abren los pasos de P (1) hacia B (4) y de A (2) hacia R (3) (figura 4.6).

Esta válvula tiene un escape sin solape y regresa a su posición inicial por la fuerza de losmuelles. Se emplea para mandos de cilindros de doble efecto.

En la Figura 4-7 se observa una válvula distribuidora 5/2 denominada de disco flotante. Seinvierte alternativamente por pilotaje mediante aire comprimido y permanece en la posicióncorrespondiente hasta que recibe un impulso inverso. Se dice que es una válvula biestable. Alrecibir presión, el émbolo de mando se desplaza. En el centro de dicho émbolo se encuentra un disco con una junta anular, que une los conductos de trabajo A (2) ó B (4) con empalme de presión P (1) o los separa de éste. El escape se realiza a través de R (3) ó S (5).

Aunque en un principio pudiera parecer que se trata de una válvula de corredera (4.2.5) setrata de una válvula de asiento, pues aunque dispone de una corredera la estanquidad se consigue mediante asiento.

VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, SERVOPILOTADACuando la válvula tiene un diámetro medio o grande se requiere un esfuerzo deaccionamiento superior al que en determinados casos es factible. Para obviar esta dificultad seutiliza el denominado servopilotaje que consiste en actuar sobre una pequeña válvula auxiliar, que abierta deja paso al aire para que actúe sobre la válvula principal. Es decir el servopilotaje es simplemente un multiplicador de esfuerzos.

Funcionamiento:La válvula con servopilotaje (Figura 4-8) posee en su interior un pequeño conducto con unaválvula auxiliar que conecta presión (1) con la cámara del émbolo que acciona la válvula. Cuando se acciona el rodillo, se abre la válvula auxiliar de servopilotaje, el aire comprimido circula hacia la cámara superior del émbolo que al desplazarlo modifica la posición de la válvula principal 3/2.

La inversión se realiza en dos fases para evitar el solape (Figura 4-9). En primer lugar secierra el conducto de A(2) hacia R(3), y luego se abre el P(1) hacia A(2). La válvula se reposiciona por muelle al soltar el rodillo. Se cierra el paso de la tubería de presión hacia la cámara del émbolo y se purga de aire. El muelle hace regresar el émbolo de mando de la válvula principal a su posición inicial.

Válvulas de correderaEn estas válvulas, las conexiones externas se relacionan unas con otras o se cierran porMedio de una corredera longitudinal o giratoria, que se desplaza o gira dentro de un cuerpo de Válvula (figura 4-10).

VÁLVULA DE CORREDERA LONGITUDINALEl elemento de mando de esta válvula es un émbolo que realiza un desplazamientoLongitudinal, uniendo o separando al mismo tiempo los correspondientes conductos (Figura 4-10). La corredera está formada por cilindros y discos coaxiales de diferente diámetro dispuestos Consecutivamente. La fuerza de accionamiento requerida es reducida, porque no hay que vencer una resistencia de presión de aire o de muelle, como en el caso de las válvulas de asiento. Las válvulas de corredera longitudinal pueden accionarse manualmente o mediante medios mecánicos, eléctricos o neumáticos. Estos tipos de accionamiento también pueden emplearse para reposicionar la válvula a su posición inicial. La carrera es mayor que en las válvulas de asiento.

En este tipo de válvulas la estanquidad es más imperfecta que en las válvulas de asiento.La solución del problema mediante un ajuste mecánico entre corredera y el cuerpo de la válvula redundaría en grandes costos, casi prohibitivos, ya que para reducir las fugas al mínimo, en neumática, el juego entre la corredera y el cilindro no debe sobrepasar de 2 a 4 µm. Para que los costos de fabricación no sean excesivos, se utilizan juntas teóricas en el cuerpo o en la corredera. Al objeto de evitar que los elementos estanquizantes se dañen, los orificios de empalme pueden repartirse en la superficie del cilindro.

VÁLVULA DE 5/3 VÍASEsta válvula tiene cinco conexiones: presión, dos con trabajo y dos con la atmósfera, yPuede adoptar tres posiciones. Las conexiones 14 ó 12 accionan la válvula mediante aireComprimido. En la parte superior de la Figura 4-11 se muestra en su posición estable intermedia. La válvula se centra por efecto de los muelles, cuando no se produce ninguno de los pilotajes. En este caso las 5 vías se encuentran cerradas. Seguidamente se muestra la válvula de 5/3 vías después de haber aplicado una señal de pilotaje en 14. El aire fluye de 1 a 4. La conexión 2 se descarga por la 3, mientras que la 5 queda libre. En último lugar aparece la misma válvula después de haber aplicado la señal de pilotaje en 12, 1 se une con 2, 4 con 5 y 3 queda libre.

2.4.2 Accionamiento de las valvulasLas válvulas pueden ser accionadas de diferentes maneras, incluso pueden accionarse deManera distinta en un sentido u otro. El accionamiento puede ser manual, mecánico, neumático o eléctrico. El primero se hace mediante pulsador, palanca o pedal. El mecánico se efectúa por medio de una leva, muelle o rodillo; éste puede ser normal o escamoteable, es decir si sólo actúa cuando se desplaza el rodillo en un sentido mientras que en el otro se retrae.

En el accionamiento neumático se utiliza aire comprimido del mismo circuito o de otroAuxiliar para maniobrar la posición de la válvula. Generalmente se necesita una presión mínima del aire (presión mínima de pilotaje o de mando) para poder accionar la válvula. Dicha presión se especifica en los catálogos en función de la presión de trabajo del circuito.

El accionamiento eléctrico se efectúa con la fuerza que se provoca al hacer pasar unaCorriente eléctrica alrededor de una bobina con un núcleo de hierro desplazable en su interior. Tiene muchas ventajas frente al resto de accionamientos y da lugar a una tecnología conocida como Electro neumática que se estudia en el capítulo 6.

Los accionamientos se representan en las líneas laterales de los cuadrados extremos queSimbolizan las válvulas, mediante un pequeño símbolo. En la tabla 4-1 se representan los másSignificativos.

2.5 Valvula de bloqueoSon válvulas destinadas a impedir, condicionar o dificultar el paso del flujo en uno u otroSentido.

Válvula anti retornoLas válvulas anti retorno impiden el paso absolutamente en un sentido, mientras que en elSentido contrario el aire circula con una perdida de presión mínima. La obturación en un sentido puede obtenerse mediante un cono, una bola, un disco o una membrana que apoya sobre un asiento.

Válvulas de presiónEstas válvulas influyen principalmente sobre la presión, o están condicionadas por el valorQue tome aquélla. Entre ellas destacan las siguientes:• Válvulas reguladoras de presión• Válvulas limitadoras de presión• Válvulas de secuencia.

Válvulas de regulación de presiónTiene la misión de mantener constante la presión en su salida independientemente de laPresión que exista a la entrada. Tienen como finalidad fundamental obtener una presión invariable en los elementos de trabajo independientemente de las fluctuaciones de la presión que normalmente se producen en la red de distribución. La presión de entrada mínima debe ser siempre, obviamente, superior a la exigida a la salida.

Existen dos tipos, una con orificio de escape a la atmósfera y otra sin él, con las Características que a continuación se explican.

Regulador de presión con orificio de escapeEsta válvula consta de una membrana con un orificio en su parte central presionada por unMuelle cuya fuerza puede graduarse desde el exterior; además dispone de un estrechamiento en su parte superior que se modifica al ser desplazado un vástago por la membrana, siendo a su vez retenido por un muelle (Figura 4-20).La regulación de la presión se consigue de la manera siguiente. Si la presión de salida esSuperior a la definida actúa sobre la membrana oprimiendo el muelle y dejando paso el aire hacia el exterior a través del orificio de escape. Cuando se alcanza la presión de consigna la membrana regresa a su posición normal cerrando el escape. El estrechamiento de la parte superior tiene como finalidad producir la pérdida de carga necesaria entre la entrada y la salida. El muelle que dispone esta válvula auxiliar tiene por objeto atenuar las oscilaciones excesivas.Regulador de presión sin orificio de escapeLa válvula sin orificio de escape es esencialmente igual a la anterior con la diferencia deQue al no disponer de orificio de escape a la atmósfera cuando se produce una sobrepresión es Necesario que se consuma el aire para reducir la presión al valor de consigna. (Figura 4-21)

Válvula limitadora de presiónEstas válvulas se abren y dejan pasar el aire en el momento en que se alcanza unaPresión de consigna. Se disponen en paralelo y se utilizan, sobre todo, como válvulas deSeguridad, no admiten que la presión en el sistema sobrepase un valor máximo admisible. AlAlcanzar en la entrada de la válvula el aire una determinada presión, se abre la salida y el aire salea la atmósfera. La válvula permanece abierta hasta que el muelle, una vez alcanzada la presión ajustada, cierra de nuevo el paso. Algunas válvulas disponen de un enclavamiento que requiere una actuación exterior para proceder de nuevo a su cierre.

Válvula de secuenciaSu funcionamiento es muy similar al de la válvula limitadora de presión, la diferenciaEstriba que en vez de salir el aire a la atmósfera al alcanzarse la presión de consigna, deja pasar el aire para realizar un determinado cometido.El aire no circula de P (1) hacia la salida A (2), mientras que en el conducto de mando Z noSe alcanza una presión de consigna. Un émbolo de mando abre el paso de P hacia A (Figura 4-22). Estas válvulas se montan en mandos neumáticos que actúan cuando se precisa unaPresión fija para un fenómeno de conmutación.

Válvula reguladora de caudalSe trata de un bloque que contiene una válvula de estrangulación en paralelo con unaVálvula anti retorno. La estrangulación, normalmente regulable desde el exterior, sirve para variar el caudal que lo atraviesa y , por lo tanto, para regular la velocidad de desplazamiento del vástago de un cilindro. También se conoce por el nombre de regulador de velocidad o regulador unidireccional.

La válvula anti retorno cierra el paso del aire en un sentido y el aire ha de circularForzosamente por la sección estrangulada. En el sentido contrario, el aire circula libremente a Través de la válvula anti retorno abierta (figura 4-25). Las válvulas anti retorno y de estrangulación Deben montarse lo más cerca posible de los cilindros.

2.6 Sensores mecánicosEstos sensores en neumática son utilizados para marcar el fin de carrera del pistón para así poder modificar el estado de un circuito.

Descripción

Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.Funcionamiento

Estos sensores tienen dos tipos de funcionamiento: modo positivo y modo negativo. En el modo positivo el sensor se activa cuando el elemento a controlar tiene una tara que hace que el eje se eleve y conecte el contacto móvil con el contacto NC. Cuando el muelle (resorte de presión) se rompe el sensor se queda desconectado. El modo negativo es la inversa del modo anterior, cuando el objeto controlado tiene un saliente que empuje el eje hacia abajo, forzando el resorte de copa y haciendo que se cierre el circuito. En este modo cuando el muelle falla y se rompe permanece activado.

Ventajas e Inconvenientes

Entre las ventajas encontramos la facilidad en la instalación, la robustez del sistema, es insensible a estados transitorios, trabaja a tensiones altas, debido a la inexistencia de imanes es inmune a la electricidad estática. Los inconvenientes de este dispositivo son la velocidad de detección y la posibilidad de rebotes en el contacto, además depende de la fuerza de actuación.

PARTE 2 HIDRUALICA

2.2 Produccion y distribucion de potencia hidraulica

 FILTROS

Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico.

Los filtros pueden ser ubicados en las líneas de retorno, en la línea de presión, o en cualquier otra ubicación en el sistema donde el usuario del mismo decida que sea necesario para salvaguardar el sistema contra impurezas.

El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de válvulas y servovalvulas.

Los filtros son clasificados como de flujo pleno o total y flujo proporcional o parcial. En el tipo de filtro de flujo pleno o total, todo el fluido que ingresa a la unidad pasa a través del elemento filtrante, mientras que en el tipo de filtro de flujo proporcional, sólo una porción del fluido pasa a través del elemento.

Filtro de flujo pleno

El filtro de flujo pleno proporciona una acción positiva de filtrado; sin embargo, el mismo ofrece resistencia al filtrado, particularmente, cuando el elemento de ensucia. El fluido hidráulico entra al filtro a través del puerto de entrada en el cuerpo y fluye alrededor del elemento de filtro dentro del vaso de filtro. El filtrado tiene lugar a medida que el fluido pasa a través del elemento de filtrado y hacia dentro del núcleo hueco, dejando la suciedad y las impurezas en la parte exterior del elemento de filtro. 

El fluido filtrado luego circula desde el núcleo hueco a través del puerto de salida y hacia el interior del sistema. 

 

FIGURA 1: Flitro hidraulico de flujo pleno 

 

FIGURA 2: Descripcion de un filtro 

DEPOSITOS O TANQUES  

La función natural de un tanque hidráulico o tanque de reserva es contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico. Un tanque de hidráulico almacena un líquido que no está siendo usado en un sistema hidráulico. El mismo además permite la extracción de los gases y materiales extraños del líquido.

Además de funcionar como un contenedor de fluido, un tanque también sirve para enfriar el fluido, permitir asentarse a los contaminantes y el escape del aire retenido.

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque.

La figura siguiente muestra algunas de las características de diseño de un tanque de reserva. El mismo debería ser alto y angosto en lugar de profundo y ancho. El nivel de aceite deberá estar tan alto como sea posible sobre la apertura de la línea de succión de la bomba. Esto evita que el vacío en la apertura de la línea cause efectos de remolino o vórtices, lo que significaría que el sistema está probablemente tomando aire. El aceite aireado no transmitirá potencia correctamente debido a que el aire es compresible. Al aceite aireado tiene una tendencia a deteriorarse y perder su habilidad de lubricación.

FIGURA 3: Descripcion de un tanque hidraulico 

FIGURA 4: Tanque hidraulico 

ACUMULADORES

Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa.

El fluido hidráulico bajo presión entra a las cámaras del acumulador y hace una de estas tres funciones: comprime un resorte, comprime un gas o levanta un peso, y posteriormente cualquier caída de presión en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez.

Funciones:

Complementa el flujo de la bomba

Elimina fluctuaciones de presiones

Mantiene la eficiencia del sistema

Suministra potencia en emergencia

Compensa pérdidas

Absorbe choques hidráulicos

Los acumuladores, en los cilindros hidráulicos se pueden aplicar como:

Acumulador de energía Antigolpe de ariete Antipulsaciones Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencias Amortiguador de vibraciones

Transmisor de energía de un fluido a otro

Acumuladores de contrapeso 

El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el líquido almacenado, por medio de grandes pesos que actúan sobre el pistón o émbolo. Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado, como hierro, concreto e incluso agua. Es el único tipo de acumulador en que la presión se mantiene constante, hasta que la cámara del acumulador quede prácticamente vacía.                                                                                                                      .

Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamaño; en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidráulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fábricas y sistemas hidráulicos centrales.

 FIGURA 5: Acumuladores de contrapeso 

Acumuladores de resorte

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al líquido almacenado por medio de un pistón sobre el cual actúa un resorte. Suelen ser más pequeños que los cargados por peso y su capacidad es de sólo algunos litros. Usualmente dan servicio a sistemas hidráulicos individuales y operan a baja presión en la mayoría de los casos.

Mientras el líquido se bombea al interior del acumulador, la presión del fluido almacenado se determina por la compresión del resorte. Si el pistón se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presión almacenada sería mayor que en el caso de un resorte comprimido tan sólo cuatro pulgadas.

 FIGURA 6: Acumuladores de resorte

Acumulador de pistón

Un acumulador de tipo pistón consiste en un cuerpo cilíndrico y un pistón móvil con sellos elásticos. El gas ocupa el volumen por encima del pistón y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilíndrico. Al salir el fluido del acumulador la presión del gas desciende. Una vez que todo el líquido ha sido descargado, el pistón alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador.

Aplicaciones hidráulicas en que es necesaria una gran cantidad de fluido para efectuar el trabajo pero este se realiza solo intermitentemente en el ciclo de la maquina.

 FIGURA 7: Acumulador de piston 

Acumulador de Diafragma

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metálicos atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se halla separado por un diafragma de hule sintético, el gas ocupa el hemisferio superior. Cuando el fluido entra en el espacio inferior, el gas se comprime. Al descargar todo el líquido, el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del acumulador.

Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeños y presiones medias.

 

 FIGURA 8: Acumulador de diafragma

Acumulador de vejiga

El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo interior se encuentra una vejiga de hule sintético que contiene al gas. Cuando el fluido entra al interior del casco, el gas en la vejiga se comprime.

La presión disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el líquido ha sido descargado, la presión del gas intenta empujar la vejiga a través de la salida del acumulador. Sin embargo, una válvula colocada encima del puerto de salida, interrumpe automáticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapón de la misma.

 FIGURA 9: Acumulador de vejiga 

Mangueras hidráulicas

Recomendaciones de instalación:

a.- Recuerde que los flexibles sometidos a trabajo sufren una elongación o estiramiento entre un 2% a 4% de su longitud inicial, por lo que se recomienda dejarlos de un largo apropiado.

b.- Siempre se debe mantener un radio de curvatura lo más amplio posible, con el fin de evitar el colapso o  restricción del fluido.

c.- Evite al instalar un flexible que este quede con alguna torcedura, por lo cual tome algún punto como referencia .

d.- Evite el contacto o el roce entre flexibles para que no produzcan desgastes de las superficies, para lo cual se recomienda el uso de adaptadores, codo o curvas apropiados.

e.- Procure evitar el contacto con pieza móviles o fuentes de calor, por ejemplo el tubo de escape, cardan.

f.- Los flexibles deben tener la longitud apropiada para que cumplan con su función de “flexible”.

FIGURA 10: Mangueras

Selección del diámetro interior de la manguera (caudal y velocidad)

FIGURA 11:

Esta grafica se utiliza para determinar el diámetro interno de la manguera que se necesita para cumplir con el caudal y requerimientos de velocidad. 

2.3 ACTUADORES HIDRAULICOS 

Los actuadores son alimentados con fluido a presión y se obtiene un movimiento con una determinada velocidad, fuerza a partir de la perdida de de presión de u determinado caudal del fluido.

POTENCIA DE ENTRADA = PRESION X CAUDAL

POTENCIA ENTREGADA EN EL ACTUADOR = VARIACION DE PRESION X CAUDAL

Los actuadores hidráulicos se clasifican en lineales y rotativos.

Actuadores lineales

 FIGURA 12: Estructura de un cilindro de doble efecto 

FIGURA 13: Cilindro de doble efecto

Al alimentar con un fluido hidráulico por la boca posterior avanza. La velocidad de avance es proporcional a caudal e inversamente proporcional al área posterior del pistón. Para que el pistón salga el fluido presente en  la cámara  anterior salga por la boca correspondiente. Si se desea que el pistón entre por la boca anterior y sacar el fluido por la cámara posterior.

Actuadores rotativos o motores hidráulicos 

Los actuadores rotativos también denominados motores hidráulicos generan un movimiento rotacional, reciben caudal y su velocidad depende del caudal que reciben. Se utilizan en la transmisión de tornos y grúas.

Clasificación de los motores hidráulicos.

 De engranaje 

De paletas 

De pistones 

De engranajes

Son de tamaño reducido y pueden girar en los dos sentidos, son ruidosos y su desplazamiento es igual a la cantidad de aceite que cabe entre dos diente de un engrane multiplicado por el número de dientes de los dos engranes.

FIGURA 14: De engranajes 

De paletas 

El desplazamiento es el volumen que hay entre dos paletas multiplicado por el número de paletas. El movimiento radial de las paletas debe de ser forzado.

FIGURA 15: DE PALETAS

De pistones

Son los más empleados que los anteriores ya que se consiguen las mayores potencias de trabajo a altas presiones. Su desplazamiento es igual al área de cada pistón multiplicado por el número de pistones y por el recorrido que hacen dentro de su camisa.  Se clasifican en axiales y radiales.

 

FIGURA 16:  De pistones 

2.4 VALVULAS DE VIAS NEUMATICA E HIDRAULICAS

Válvulas distribuidoras de presión

Son las que se encargan de dirigir el flujo donde nos convenga. Pueden influir en arranques de receptores, como pueden ser cilindros. Se clasifican según el número de vías y posiciones.

 Válvula de 2 vías, 2 posiciones pueden ajustarse según su cuerpo de válvula y tipos de accionamiento. Distribuyen el paso de fluido abriendo o cortando. Se emplean para abrir y cerrar circuitos. 

Válvula de 3 vías, 2 posiciones.

Cada posición se indica con un cuadrado en el que se dibujan con flechas las conexiones que la válvula realiza en dicha posición.

Las líneas representan conductos y las flechas el sentido de paso de fluido.

Las líneas transversales presentan dentro de las casillas representan las   posiciones de bloqueo.

P = presión o alimentación  (entrada)

T= escape del fluido (directamente al tanque)

A = salidas de trabajo (pueden accionar un cilindro de simple efecto)

FIGURA 17: Descripcion de valvula de 3 vias 2 posiciones.

Válvula de 4 vías, 2 posiciones. Son utilizadas sirven para distribuir  el paso de la corriente de fluido permitiendo la circulación en ambas direcciones.

Válvula de 5 vías, 2 posiciones 

FIGURA 18: Diferentes tipos de valvulas 

Accionamientos de las válvulas distribuidoras

Muscular

Pulsador   

Palanca 

Pedal 

Mecanico 

Leva

Rodillo

Hidráulico

Electrohidraulico 

FIGURA 19: Diferentes tipos de valvulas con accionamiento

Válvulas de bloqueo

Las válvulas de bloqueo o antirretorno impiden el paso de fluido a presión en un sentido y le dejan pasar en el otro. Se emplea para evitar el retorno del líquido del sistema hidráulico (o del aire en un sistema neumático) a la bomba hidráulica (o al depósito de aire comprimido).

Estas válvulas están intercaladas en el circuito y constan de un muelle que está tarado a una cierta tensión que empuja a una bola o un disco contra un asiento cónico. Cuando la presión del fluido supera la fuerza del muelle, la bola se separa del asiento cónico y el fluido circula.

Una variante de la válvula antirretorno es la válvula selectora de circuito también llamada válvula “O” que tienen 2 conductos de entrada y uno de salida. Se representan por:

 Válvula de estrangulación con retención que sirven para regular la velocidad del cilindro. Disponen de un tornillo de regulación. Sólo regulan la velocidad en un sentido, en el otro la circulación es libre.

 FIGURA 20: Valvula de estrangulacion con retencion 

Válvula “Y” o válvula de doble paso que tiene dos entradas y una sola salida. Esta válvula se comporta como una AND que debe de tener dos entradas del fluido para que pueda tener una salida.

Válvula de purga, o también, válvula de escape rápido, que se utiliza cuando queremos aumentar la velocidad de retroceso de los cilindros. Dispone de una bola que tapona el conducto de escape (R) cuando hay presión en P. Cuando desaparece la presión en P, el obturador cierra esta vía y abre el paso del fluido desde A hasta R permitiendo un escape rápido del mismo.

 FIGURA 21: Valvula de purga

Válvulas de presión

 Estas válvulas limitan la presión máxima de un circuito. Su funcionamiento se basa en el equilibrio entre la presión y la fuerza de un muelle. Se utilizan en todos los circuitos hidráulicos y neumáticos como sistema de seguridad; se taran a un valor predeterminado y desvían el caudal hacia retorno cuando se alcanza el valor de presión estipulado.

 

 FIGURA 22: Valvula de presion 

Válvulas de caudal

 Este tipo de válvula se utiliza como reguladoras de caudal. La aplicación más común es para regular la velocidad de salida del vástago de un cilindro.

Una variante sería la válvula de caudal regulable y antirretorno utilizada para conseguir regular la salida del émbolo y dejar libre el retorno.

 FIGURA 23: Valvulas de caudal

Válvulas de flujo

Regula y controla la velocidad de un actuador. Los actuadores hidráulicos dependen exclusivamente de la cantidad de fluido, así que utilizando una válvula de flujo podemos manipular el tiempo de llenado o vaciado del actuador.

FIGURA 24: Valvula de flujo