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Unidad 1 Neumtica
1.1 Conceptos bsicos de la neumtica e
hidrulica.
Actividad complementaria 1. Dada las siguientes caractersticas
indica con una L si se trata de un lquido, una S en caso de que sea
un slido o G si es una caracterstica de un gas. 1. Su estructura
molecular es tal que el espacio entre sus
molculas es esencialmente constante. ___________. 2. Mantienen
su forma mientras no se vean afectados por algn tipo
de energa o una fuerza. _____________. 3. Las fuerzas de cohesin
son mayores que las de
repulsin._________ 4. Las fuerzas de cohesin son menores que las
de
repulsin._________ 5. Las fuerzas de cohesin y las de repulsin
son
semejantes.________ 6. Adoptan la forma del recipiente llenando
slo el volumen que
ocupan._________ 7. No son comprensibles._________ 8. Son
comprensibles._________ 9. Se expansionan hasta ocupar el volumen
completo del
recipiente._________ 10. Sus molculas se mueven con facilidad y
son atradas por
fuerzas de cohesin._________ Actividad complementaria 2.
Resuelve de manera correcta los siguientes ejercicios. Propiedades
fsicas de los fluidos
1. En 3 botellas que tienen una capacidad de 1000 cm3
(volumen) se depositan: agua, aceite y alcohol, respectivamente.
Cul pesa ms y cul menos?
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2. En un proceso industrial de electrodeposicin de estao se
produce una capa de 75 millonsimas de centmetro de espesor. Hallar
los metros cuadrados (considerar que sus lados son iguales) que se
pueden cubrir con 1 kg de estao cuya densidad es de 7,3 gr/cm
3.
3. Del libro, Termodinmica, Kenneth Wark. Donald E. Richards, Mc
Graw Hill, resolverlos ejercicios 1.10 y 1.15.
Prensa Hidrulica
4. En un elevador de autos que se usa en un taller de
servicio,
aire comprimido ejerce una fuerza sobre un pequeo mbolo que
tiene una seccin transversal circular y un radio de 5 cm. Esta
presin se trasmite por medio de un lquido a un mbolo que tiene un
radio de 15 cm. Qu fuerza ejerce el aire comprimido para levantar
un auto que pesa 13300 N? Cul es la presin del aire que produce
esta fuerza?
Ley de Continuidad.
5. Sale agua de una manguera contra incendios, de 6.35 cm de
dimetro, a razn de 0.012s
m3 . La manguera termina en
una boquilla de dimetro interior de 2.20 cm. Cul es la rapidez
con la que sale el agua de la boquilla?
Teorema de Bernoulli
6. Tomando en cuenta la figura siguiente, donde el dimetro de la
seccin mayor del tubo es de 2m y fluye agua a una
velocidad de 3s
m . Posteriormente fluye hacia abajo donde
el dimetro del tubo se reduce a 1m y la velocidad aumenta a
10s
m , en esta seccin el tubo esta sobre el suelo.
Suponiendo un flujo sin friccin y la presin es hidrosttica,
determinar la elevacin del tubo en la seccin de dimetro mayor.
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Figura 1.1. Teorema de Bernoulli
Ecuacin de estado de los gases.
7. Una llanta de un automvil se infla con aire originalmente a
10C y presin atomosfrica normal. Durante el proceso el aire se
comprime a 28% de su volumen original y la temperatura se aumenta a
40C.
a) Cul es la presin de la llanta? b) Despus de que el auto corre
a alta velocidad, la temperatura
del aire de la llanta sube a 85C y el volumen de la llanta
aumenta en 2% Cul es la nueva presin de la llanta en Pa?.
8. Del libro Fsica, Raymond A Serway, Ed. Thomsor, Vol. I, Mxico
2005 (Sexta Edicin). Resolver del capitulo 19 el problema 35.
Mediciones de Presin Del libro MCANIA DE FLUIDOS, Frank M.
White, Ed. Mc Graw Hill,Mxico 2005. Resolver del captulo 2 los
problemas 45 y 46.
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1.2 Generacin y preparacin de aire comprimido
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. Entonces
no es necesario calcular ni proyectar la transformacin de la energa
para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la
estacin compresora y llega a las instalaciones a travs de tuberas.
Los compresores mviles se utilizan en el ramo de la construccin o
en mquinas que se desplazan frecuentemente. En el momento de la
planificacin es necesario prever un tamao superior de la red, con
el fin de poder alimentar aparatos neumticos nuevos que se
adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la
instalacin, al objeto de que el compresor no resulte ms tarde
insuficiente, puesto que toda ampliacin 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 tendr una
larga duracin. Tambin debera tenerse en cuenta la aplicacin
correcta de los diversos tipos de compresores. Segn las exigencias
referentes a la presin de trabajo y al caudal de suministro, se
pueden emplear diversos tipos de construccin. Se distinguen dos
tipos bsicos de compresores: El primero trabaja segn el principio
de desplazamiento. La compresin se obtiene por la admisin del aire
en un recinto hermtico, donde se reduce luego el volumen. Se
utiliza en el compresor de mbolo (oscilante o rotativo). El otro
trabaja segn el principio de la dinmica de los fluidos. El aire es
aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la
aceleracin de la masa (turbina).
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Figura 1.2. Tipos de compresores
Compresores de mbolo
Compresores de pistn Este es el tipo de compresor ms difundido
actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta
presin. Su campo de trabajo se extiende desde uno 1 bar a varios
miles de kPa (bar).
Figura 1.3. Compresor de mbolo oscilante.
TIPOS DE COMPRESORES
ALTERNATIVOS ROTATIVOS CENTRIFIGUOS
DE EMBOL
O
DE MEMBRANA
MULTICELULAR ROOTS RADIAL AXIAL
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Este compresor funciona en base a un mecanismo de excntrica que
controla el movimiento alternativo de los pistones en el cilindro.
Cuando el pistn hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de
la cmara por lo que aumenta el volumen de la cmara, por lo que
disminuye la presin interna, esto a su vez provoca la apertura de
la vlvula de admisin permitiendo la entrada de aire al cilindro.
Una vez que el pistn ha llegado al punto muerto inferior inicia su
carrera ascendente, cerrndose la vlvula de aspiracin y disminuyendo
el volumen disponible para el aire, esta situacin origina un
aumento de presin que finalmente abre la vlvula de descarga
permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una segunda
etapa o bien al acumulador. Es el compresor ms difundido a nivel
industrial, dada su capacidad de trabajar en cualquier rango de
presin. Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones de 5
bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para presiones
mayores, 3 o ms etapas. Algunos fabricantes ya estn usando
tecnologa denominada libre de aceite, vale decir, sus compresores
no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles para la
industria qumico farmacutica y hospitales. Para obtener el aire a
presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas
compresoras. El aire aspirado se somete a una compresin previa por
el primer mbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser
comprimido por el siguiente mbolo. El volumen de la segunda cmara
de compresin es, en conformidad con la relacin, ms pequeo. Durante
el trabajo de compresin se forma una cantidad de calor, que tiene
que ser evacuada por el sistema refrigeracin. Los compresores de
mbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y segn las
prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:
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Figura 1.4. Compresor de dos etapas con refrigeracin
intermedia.
Compresor de Diafragma (Membrana)
Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo. Una
membrana separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra
en contacto con las piezas mviles. Por tanto, en todo caso, el aire
comprimido estar exento de aceite.
El movimiento obtenido del motor, acciona una excntrica y por su
intermedio el conjunto biela - pistn. Esta accin somete a la
membrana a un vaivn de desplazamientos cortos e intermitentes que
desarrolla el principio de aspiracin y compresin.
Debido a que el aire no entra en contacto con elementos
lubricados, el aire comprimido resulta de una mayor pureza, por lo
que lo hace especialmente aplicable en industrias alimenticias,
farmacuticas, qumicas y hospitales.
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Figura 1.5. Compresor de membrana.
Compresor de pistn rotativo Compresor de mbolo rotativo Consiste
en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio. El aire es
comprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto
hermtico.
Compresor rotativo multicelular
Un rotor excntrico gira en el interior de un crter cilndrico
provisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas de este
compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento
silencioso y su caudal prcticamente uniforme y sin sacudidas.
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Figura 1.6. Compresor rotativo multicelular.
El rotor est provisto de un cierto nmero de aletas que se
deslizan en el interior de las ranuras y forman las clulas con la
pared del crter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por
la fuerza centrfuga contra la pared del crter, y debido a la
excentricidad el volumen de las clulas vara constantemente.
Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con
vestigios de aceite, por lo que en aquellas empresas en que no es
indispensable la esterilidad presta un gran servicio, al mismo
tiempo el aceite pulverizado en el aire lubrica las vlvulas y
elementos de control y potencia.
Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes
Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cncavo
y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente.
Los tornillos del tipo helicoidal engranan con sus perfiles y de
ese modo se logra reducir el espacio de que dispone el aire. Esta
situacin genera un aumento de la presin interna del aire y adems
por la rotacin y el sentido de las hlices es impulsado hacia el
extremo opuesto.
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Los ciclos se traslapan, con lo cual se logra un flujo continuo.
A fin de evitar el desgaste de los tornillos, estos no se tocan
entre si, ni tampoco con la carcasa, lo cual obliga a utilizar un
mecanismo de transmisin externo que permita sincronizar el
movimiento de ambos elementos.
Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m/h y 25
bar) pero menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente
utilizado en la industria de la madera, por su limpieza y
capacidad.
Figura 1.7. Compresor de tornillo helicoidal
Compresor Roots
En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin
que el volumen sea modificado. En el lado de impulsin, la
estanqueidad se asegura mediante los bordes de los mbolos
rotativos.
Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran
caudal, lo que lo hace especial para empresas que requieren soplar,
mover gran cantidad de aire, su uso es muy limitado.
El accionamiento tambin se asegura exteriormente, ya que por la
forma de los elementos y la accin del roce no es conveniente que
los mbolos entren en contacto.
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Figura 1.8. Compresor Roots
Turbocompresores
Trabajan segn el principio de la dinmica de los fluidos y son
muy convenientes para grandes caudales. Son de tipo axial y radial.
La velocidad de circulacin del aire es acelerada por una o varias
ruedas, que tienen por finalidad transformar la energa cintica en
una energa elstica de compresin. Tipo axial La rotacin de los labes
produce una aceleracin al aire en sentido axial.
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Figura 1.9 Turbocompresor axial.
Tipo radial La aceleracin es progresiva de cmara a cmara en
sentido radial hacia la red. La alimentacin de las cmaras es en
rgimen constante.
Figura 1.10 Turbocompresor radial.
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Actividad Complementaria 3. Realizar un cuadro sinptico de los
tipos de compresores tomando en cuenta las caractersticas y
aplicaciones.
Eleccin del compresor
Caudal Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el
compresor. Existen dos conceptos. 1. El caudal terico 2. El caudal
efectivo o real
Figura 1.11. Diagrama de caudal (Selectora de m
3/h compresor).
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En el compresor de mbolo oscilante, el caudal terico es igual al
producto de cilindrada x velocidad de rotacin. El caudal efectivo
depende de la construccin del compresor y de la presin. En este
caso, el rendimiento volumtrico es muy importante. Presin Tambin se
distinguen dos conceptos: 1. La presin de servicio es la
suministrada por el compresor o
acumulador y existe en las tuberas que alimentan a los
consumidores.
2. La presin de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo
considerado.
En la mayora de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los
datos de servicio de los elementos se refieren a esta presin.
Importante: Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es
necesario que la presin tenga un valor constante. De sta
dependen:
La velocidad
Las fuerzas
El desarrollo secuencial de las fases de los elementos de
trabajo.
Figura 1.12. Tipos de Compresores
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Potencia para Compresores de Aire.
Los Compresores de aire tienen una capacidad que se mide en
unidades de energa llamados caballos de fuerza, o HP. Estos equipos
compresores de aire tienen motores que estn en el 1,5 a 6,5 HP
serie. Mientras ms industriales son los compresores de aire tiene
mucho ms potencia. Esta potencia es suministrada de varias formas,
hay compresores de aire que son elctrico, estos se pueden conectar
a una toma de corriente o ser accionado por bateras, segn tamao del
compresor.
Otra forma en que se alimentan los compresores es por medio a la
gasolina. Esto solo pasa en zonas donde es muy difcil encontrar
energa elctrica. Tienen que ser utilizados en lugares donde halla
abundante ventilacin y casi siempre son utilizados por industrias.
Hay que tomar en cuentas algunas cosas para decidirse a comprar un
compresor, pensando en cual ser ms fcil acceso. Casi siempre se
elige el de energa elctrica porque el de gas, hay que tener acceso
constante a la gasolina.
Los compresores alternativos de aire, son los que toman aire
para agrandar la presin porque se reduce el volumen de aire. Ellos
contiene gran cantidad de aire y bsicamente colocarla hacia abajo
en un pequeo espacio usando un vaco creado por pistones y vlvulas.
Creando un alto grado de presin en el aire, sin tener que
refrigerar el aire. De vez en cuando son llamados compresores de
pistn y cilindro.
Los compresores alternativos pueden encontrase de dos tipos en
el mercado los de una sola etapa y los de dos etapas. Su diferencia
entre los dos es la cantidad de presin que crean, esta se mide en
PSI, o libras x pulgada cuadrada. En una sola etapa de compresin,
el rango es de 70 a 100. Compresores de dos etapas es de 100 a 250
PSI gama. Estos tipos de compresores mantienen el en el interior
del cilindro a partir de un cierto ISP calificacin, poseen motores
que se enciende automticamente si el ISP empieza a caer dentro del
cilindro.
La frmula para calcular la potencia de un compresor es la
siguiente:
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75
vAPN
N Potencia del compresor CV P Presin de trabajo Pa A rea del
mbolo m
2
v velocidad de carrera s
m
Accionamiento Los compresores se accionan, segn las exigencias,
por medio de un motor elctrico o de explosin interna. En la
industria, en la mayora de los casos los compresores se arrastran
por medio de un motor elctrico. Generalmente el motor gira un nmero
de rpm fijo por lo cual se hace necesario regular el movimiento a
travs de un sistema de transmisin compuesto en la mayora de los
casos por un sistema de poleas y correas. Aunque la aplicacin
anterior es la ms difundida y utilizada industrialmente, el
elemento de accionamiento tambin puede ser un motor de combustin
interna. Este tipo de energa es especialmente til para trabajos en
terreno en que no se cuenta con electricidad. Si se trata de un
compresor mvil, ste en la mayora de los casos se acciona por medio
de un motor de combustin (gasolina, Diesel).
Figura 1.13. Motor elctrico y motor de combustin interna,
accionadores de compresores
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Regulacin Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el
compresor al consumo que flucta, se debe proceder a ciertas
regulaciones del compresor. Existen diferentes clases de
regulaciones. El caudal vara dentro dos valores lmites ajustados
(presiones mximas y mnimas).
Regulacin de marcha en vaco
Regulacin de carga parcial
Regulacin por intermitencias
a) Regulacin por escape a la atmsfera
a) Regulacin de velocidad de rotacin
b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin
b) Regulacin por estrangulacin de la aspiracin
c) Regulacin por apertura de la aspiracin
Actividad Extraclase 1. Investigar los 3 tipos de regulacin.
La siguiente tabla muestra los smbolos utilizados para
compresores y motores.
Tabla 1.1. Smbolo de motores y Compresores.
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Lugar de emplazamiento Ubicacin de la estacin compresora: Esta
debe ubicarse en un lugar cerrado e insonorizado, a fin de
minimizar el factor ruido. El recinto adems debe contar con
ventilacin adecuada y el aire aspirado debe ser lo ms fresco,
limpio y seco posible. Acumulador de aire comprimido El acumulador
o depsito sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido.
Compensa las oscilaciones de presin en la red de tuberas a medida
que se consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del
acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo,
en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad
del aire en forma de agua. El tamao de un acumulador de aire
comprimido depende:
Del caudal de suministro del compresor
Del consumo de aire
De la red de tuberas (volumen suplementario)
Del tipo de regulacin
De la diferencia de presin admisible en el interior de la
red.
Figura 1.14. Acumulador del aire comprimido.
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Figura 1.15. Acumulador del aire comprimido.
Determinacin del acumulador cuando el compresor funciona
Intermitentemente. El tamao de un acumulador puede determinarse
segn el diagrama de la figura 1 del anexo1.
Actividad Complementaria 4. Determinar la capacidad para el
acumulador del ejemplo anterior si se cambian los datos en el
inciso correspondiente:
a) El caudal es de min
103m
b) kPaAP 10
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Actividad Complementaria 5. Relaciona de manera correcta las
siguientes columnas.
123) La cantidad de aire que suministra el compresor
Accionadores de un compresor
456) Esta debe ubicarse en un lugar cerrado e insonorizado, a
fin de minimizar el factor ruido. El recinto adems debe contar con
ventilacin adecuada y el aire aspirado debe ser lo ms fresco,
limpio y seco posible.
La velocidad, las fuerzas, el desarrollo secuencial de las fases
de los elementos de trabajo
789) sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido
Regulacin
987) El caudal terico y El caudal efectivo o real
La presin de servicio
654) es la suministrada por el compresor o acumulador y existe
en las tuberas que alimentan a los consumidores.
La presin de trabajo
321 es la necesaria en el puesto de trabajo considerado
Caudal
159) Presin normal de trabajo Tipos de caudal 753) Aspectos para
los cuales la presin sea constante.
600 kPa
654) motor elctrico o de explosin interna
Condiciones del rea donde va a estar el compresor.
963) Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el
compresor al consumo que flucta se le llama
Acumulador
Preparacin del aire comprimido Impurezas En la prctica se
presentan muy a menudo los casos en que la calidad del aire
comprimido desempea un papel primordial.
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Las impurezas en forma de partculas de suciedad u xido, residuos
de aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averas en
las instalaciones neumticas y a la destruccin de los elementos
neumticos. Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya se
antes de su introduccin en la red distribuidora o antes de su
utilizacin. Las impurezas que contiene el aire pueden ser:
Slidas. Polvo atmosfrico y partculas del interior de las
instalaciones
Lquidas. Agua y niebla de aceite
Gaseosas. Vapor de agua y aceite
Los inconvenientes que estas partculas pueden generar son:
Slidas. Desgaste y abrasiones, obstrucciones en los conductos
pequeos.
Lquidas y gaseosas. El aceite que proviene de la lubricacin de
los compresores provoca: formacin de partculas carbonases y
depsitos gomosos por oxidacin y contaminacin del ambiente al
descargar las vlvulas. Por otro lado el agua en forma de vapor
provoca: oxidacin de tuberas y elementos, disminucin de los pasos
efectivos de las tuberas y elementos al acumularse las
condensaciones, mal acabado en operaciones de pintura.
En la actualidad se ha desarrollado y se est difundiendo cada
vez con mayor velocidad los compresores libre de aceite,
especialmente desarrollado para la industria alimenticia y
farmacutica, estos pueden ser del tipo pistn o tornillo, la gran
ventaja de estos equipos es la entrega de un aire limpio, de alta
pureza, pero siempre necesita un sistema de filtracin posterior.
Mientras que la mayor separacin del agua de condensacin tiene lugar
en el separador, despus de la refrigeracin, la separacin fina, el
filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se efectan en el
puesto de aplicacin. Hay que dedicar especial atencin a la humedad
que contiene el aire comprimido.
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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 climatolgicas. La humedad
absoluta es la cantidad de agua contenida en 1 m
3 de
aire. El grado de saturacin es la cantidad de agua que 1 m
3 de aire puede
absorber, como mximo, a la temperatura considerada. La humedad
es entonces del 100%, como mximo (temperatura del punto de roco).
El diagrama de la figura 2 del anexo 1 muestra la saturacin del
aire en funcin de la temperatura.
Ejemplo: Para un punto de roco de 293 K (20C), la humedad
contenida en 1 m
3 de aire es de 17,3 g.
Actividad Complementaria 6. Determinar la humedad contenida en 1
m
3 para un punto de roco de 45 C.
Para poder eliminar la humedad se puede realizar lo siguiente:
Filtrado correcto del aire aspirado por el compresor, utilizacin de
compresores exentos de aceite. Si el aire comprimido contiene
humedad, habr de someterse a un secado.
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Existen varios procedimientos:
Secado por absorcin
Secado por adsorcin
Secado por enfriamiento
Secado por absorcin El secado por absorcin es un procedimiento
puramente qumico. El aire comprimido pasa a travs de un lecho de
sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en
contacto con dicha sustancia, se combina qumicamente con sta y se
desprende como mezcla de agua y sustancia secante. Esta mezcla
tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede
realizar manual o automticamente. Con el tiempo se consume la
sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4
veces al ao). Al mismo tiempo, en el secador por absorcin se
separan vapores y partculas de aceite. No obstante, las cantidades
de aceite, si son grandes, influyen en el funcionamiento del
secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de
ste.
Figura 1.16. Secado por absorcin
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El procedimiento de absorcin se distingue:
Instalacin simple
Reducido desgaste mecnico, porque el secador no tiene piezas
mviles
No necesita aportacin de energa exterior
Secado por adsorcin Este principio se basa en un proceso fsico.
(Adsorber: Deposito de sustancias sobre la superficie de cuerpos
slidos.) El material de secado es granuloso con cantos vivos o en
forma de perlas. Se compone de casi un 100% de dixido de silicio.
En general se le da el nombre de Gel. La misin del gel consiste en
adsorber el agua y el vapor de agua. El aire comprimido hmedo se
hace pasar a travs del lecho de gel, que fija la humedad. La
capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada.
Si est saturado, se regenera de forma simple. A travs del secador
se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de
secado. El calor necesario para la regeneracin puede aplicarse por
medio de corriente elctrica o tambin con aire comprimido caliente.
Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el
secado del aire, mientras el otro es regenera (soplndolo con aire
caliente).
Figura .17. Secado por adsorcin
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Secado por enfriamiento Los secadores de aire comprimido por
enfriamiento se basan en el principio de una reduccin de la
temperatura del punto de roco. Se entiende por temperatura del
punto de roco aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de
que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a
secar entra en el secador pasando primero por el llamado
intercambiador de calor de aire-aire. El aire caliente que entra en
el secador se enfra mediante aire seco y fro proveniente del
intercambiador de calor (vaporizador). El condensado de aceite y
agua se evacua del intercambiador de calor, a travs del separador.
Este aire pre-enfriado pasa por el grupo frigorfico (vaporizador) y
se enfra ms hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 C) En este
proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados.
Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro
fino, al objeto de eliminar nuevamente partculas de suciedad.
Figura 1.18. Secado por enfriamiento
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Actividad Complementaria 7. Determinar la cantidad de
humedad
relativa de 3400m a una presin de 800KPa y a 323K, sabiendo
que el aire absorbe el 60% de agua. R. 53.33 Kg .
Filtro de aire comprimido con regulador de presin
Figura 1.19. Filtro de aire comprimido con regulador de
presin.
El filtro tiene la misin de extraer del aire comprimido
circulante todas las impurezas y el agua condensada. En los
procesos de automatizacin neumtica se tiende cada vez a
miniaturizar los elementos (problemas de espacio), fabricarlos con
materiales y procedimientos con los que se pretende el empleo cada
vez menor de los lubricadores. Consecuencia de esto es que cada vez
tenga ms importancia el conseguir un mayor grado de pureza en el
aire
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comprimido, para lo cual se crea la necesidad de realizar un
filtraje que garantice su utilizacin. El filtro tiene por
misin:
Detener las partculas slidas
Eliminar el agua condensada en el aire
Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que
atravesar la chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices.
Como consecuencia se somete a un movimiento de rotacin. Los
componentes lquidos y las partculas grandes de suciedad se
desprenden por el efecto de la fuerza centrfuga y se acumulan en la
parte inferior del recipiente. En el filtro sintetizado (4) [ancho
medio de poros, 40 mm] sigue la depuracin del aire comprimido.
Dicho filtro (4) separa otras partculas de suciedad. Debe ser
sustituido o limpiado de vez en cuando, segn el grado de
ensuciamiento del aire comprimido. El aire comprimido limpio pasa
entonces por el regulador de presin y llega a la unidad de
lubricacin y de aqu a los consumidores. Los filtros se fabrican en
diferentes modelos y deben tener drenajes accionados manualmente,
semiautomtica o automticamente. Los depsitos deben construirse de
material irrompible y transparente. Generalmente pueden limpiarse
con cualquier detergente. Generalmente trabajan siguiendo el
siguiente proceso: El aire entra en el depsito a travs de un
deflector direccional, que le obliga a fluir en forma de remolino.
Consecuentemente, la fuerza centrfuga creada arroja las partculas
lquidas contra la pared del vaso y stas se deslizan hacia la parte
inferior del mismo, depositndose en la zona de calma. La pantalla
separadora evita que con las turbulencias del aire retornen las
condensaciones. El aire contina su trayecto hacia la lnea pasando a
travs del elemento filtrante que retiene las
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 28
impurezas slidas. Al abrir el grifo son expulsadas al exterior
las partculas lquidas y slidas en suspensin. El agua no debe pasar
del nivel marcado que normalmente traen los elementos, puesto que
en la zona turbulenta el agua sera de nuevo arrastrada por el aire.
La condensacin acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se
deber vaciar antes de que alcance la altura mxima admisible, a
travs del tornillo de purga (3). Si la cantidad que se condensa es
grande, conviene montar una purga automtica de agua. Reguladores de
presin Los reguladores de presin son aparatos de gran importancia
en aplicaciones neumticas. Normalmente son llamados mano
reductores, que son en realidad reguladores de presin. Para su
aplicacin en neumtica debemos entender su funcionamiento y
comportamiento ante las variaciones bruscas de presin de salida o
frente a demandas altas de caudal. Al ingresar el aire a la vlvula,
su paso es restringido por el disco en la parte superior. La
estrangulacin se regula por accin del resorte inferior. El pasaje
de aire reducido determina que la presin en la salida o secundario
tenga un valor inferior. La presin secundaria a su vez acta sobre
la membrana de manera tal que cuando excede la presin del resorte
se flecta y el disco superior baja hasta cerrar totalmente el paso
de aire desde el primario. Si el aumento de presin es
suficientemente alto, la flexin de la membrana permitir destapar la
perforacin central con lo cual el aire tendr la posibilidad de
escapar a la atmsfera aliviando la presin secundaria. Cuando la
presin vuelve a su nivel normal la accin del resorte nuevamente
abre la vlvula y la deja en posicin normal.
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 29
Funcionamiento de la purga automtica de agua.
Figura 1.20. Purga automtica de agua.
El agua condensada es separada por el filtro. De vez en cuando
hay que vaciar la purga, porque de lo contrario el agua ser
arrastrada por el aire comprimido hasta los elementos de mando. En
la purga de agua mostrada abajo, el vaciado tiene lugar de forma
automtica. El condensado del filtro llega, a travs del tubo de unin
(1), a la cmara del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del
condensado, el flotador (2) sube y a una altura determinada abre,
por medio de una palanca, una tobera (10). Por el taladro (9) pasa
aire comprimido a la otra cmara y empuja la membrana (6) contra la
vlvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir
por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10)
a medida que disminuye el nivel de condensado. El aire restante
escapa a la atmsfera por la tobera (5). La purga puede realizarse
tambin de forma manual con el perno (8).
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 30
Filtro finsimo de aire comprimido Este filtro se emplea en
aquellos ramos en que se necesita aire filtrado finsimamente (p.
ej., en las industrias alimenticias, qumicas y farmacuticas, en la
tcnica de procedimientos y en sistemas que trabajan con mdulos de
baja presin). Elimina del aire comprimido, casi sin restos, las
partculas de agua y aceite. El aire comprimido se filtra hasta un
99,999% (referido a 0,01 micrn). Funcionamiento Este filtro se
diferencia del filtro normal en el hecho de que el aire comprimido
atraviesa el cartucho filtrante de adentro hacia afuera. El aire
comprimido entra en el filtro por (1), y atraviesa el elemento
filtrante (2) (fibras de vidrio boro silicato de adentro hacia
afuera. El aire comprimido limpio pasa por la salida (5) a los
consumidores.
Figura 1.21. Filtro finsimo de aire comprimido
La separacin de partculas finsimas hasta 0,01 micrn es posible
debido a la finura extraordinaria del tejido filtrante. Las
partculas
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 31
separadas se eliminan del recipiente del filtro, por el tornillo
de purga (4). Para que las partculas de agua y aceite no puedan ser
arrastradas por el aire que circula, deben observarse los valores
de flujo. Al montarlo hay que tener presente lo siguiente: El
prefiltrado aumenta la duracin del cartucho filtrante; el filtro ha
de montarse en posicin vertical, prestando atencin al sentido de
flujo (flecha). Lubricador de aire comprimido El lubricador tiene
la misin de lubricar los elementos neumticos en medida suficiente.
El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas mviles,
reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosin.
Son aparatos que regulan y controlan la mezcla de aire-aceite. Los
aceites que se emplean deben:
Muy fluidos
Contener aditivos antioxidantes
Contener aditivos antiespumantes
No perjudicar los materiales de las juntas
Tener una viscosidad poco variable trabajando entre 20 y 50C
No pueden emplearse aceites vegetales ( Forman espuma)
Los lubricadores trabajan generalmente segn el principio
"Venturi". La diferencia de presin Ap (cada de presin) entre la
presin reinante antes de la tobera y la presin en el lugar ms
estrecho de sta se emplea para aspirar lquido (aceite) de un
depsito y mezclarlo con el aire. El lubricador no trabaja hasta que
la velocidad del flujo es suficientemente grande. Si se consume
poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza para
producir una depresin suficiente y aspirar el aceite del depsito.
Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el
fabricante. Funcionamiento de un lubricador
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 32
El lubricador mostrado en este lugar trabaja segn el principio
Venturi.
Figura 1.22. Principio de Venturi
Figura 1.23. Lubricador de aire comprimido
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
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El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1)
hasta la salida (2). Por el estrechamiento de seccin en la vlvula
(5), se produce una cada de presin. En el canal (8) y en la cmara
de goteo (7) se produce una depresin (efecto de succin). A travs
del canal (6) y del tubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite.
Estas llegan, a travs de la cmara de goteo (7) y del canal (8)
hasta el aire comprimido, que fluye hacia la salida (2). Las gotas
de aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este
estado hasta el consumidor. La seccin de flujo vara segn la
cantidad de aire que pasa y vara la cada de presin, o sea, vara la
cantidad de aceite. En la parte superior del tubo elevador (4) se
puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de
un tornillo. Una determinada cantidad de aceite ejerce presin sobre
el aceite que le encuentra en el depsito, a travs de la vlvula de
retencin (3). Unidad de mantenimiento La unidad de mantenimiento
representa una combinacin de los siguientes elementos:
Filtro de aire comprimido
Regulador de presin
Lubricador de aire comprimido
Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: 1. El caudal
total de aire en m
3/h es decisivo para la eleccin del
tamao de unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en
las unidades una cada de presin demasiado grande. Por eso, es
imprescindible respetar los valores indicados por el fabricante. 2.
La presin de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la
unidad , y la temperatura no deber ser tampoco superior a 50 C
(valores mximos para recipiente de plstico).
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 34
Figura 1.24. Unidad de mantenimiento
Conservacin de las unidades de mantenimiento Es necesario
efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de
conservacin a) Filtro de aire comprimido: Debe examinarse
peridicamente el nivel de agua condensada, porque no debe
sobrepasar la altura indicada en la mirilla de control. De lo
contrario, el agua podra ser arrastrada hasta la tubera por el aire
comprimido. Para purgar el agua condensada hay que abrir el
tornillo existente en la mirilla. Asimismo debe limpiarse el
cartucho filtrante. b) Lubricador de aire comprimido: Verificar el
nivel de aceite en la mirilla y, si es necesario, suplirlo hasta el
nivel permitido. Los filtros de plstico y los recipientes de los
lubricadores no deben limpiarse con tricloroetileno . Para los
lubricadores, utilizar nicamente aceites minerales. Caudal en las
unidades de mantenimiento Todos los aparatos poseen una resistencia
interior, por lo que se produce una cada de presin -hasta que el
aire llega a la salida. Esta
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M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 35
cada de presin depende M caudal de paso y de la presin de
alimentacin correspondiente. En el diagrama estn representadas
varias curvas, por ejemplo, para
En la abscisa est indicada la prdida de presin A p. Esta es la
diferencia entre la presin reinante en el regulador de presin (p,)
y la presin a la salida de la unidad (p2). La prdida mxima de
presin A p puede corresponder por tanto a la presin P2. En este
caso, la resistencia despus de la unidad ha disminuido hasta el
valor cero y, por tanto, se dispone del caudal mximo de flujo.
Actividad Complementaria 8.Si BarP 61 y kPap 50
determinar a cuanto desciende el volumen. R. 1.8 h
m3
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M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 36
Actividad Complementaria 9. Relaciona de manera correcta las
siguientes columnas.
123) Es un procedimiento puramente qumico. El aire comprimido
pasa a travs de un lecho de sustancias secantes.
Filtro finsimo de aire comprimido
456) El aire comprimido se filtra hasta un 99,999%
El secado por absorcin
987) Se basan en el principio de una reduccin de la temperatura
del punto de roco.
Filtro
654) Tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante
todas las impurezas y el agua condensada
Los secadores de aire comprimido por enfriamiento
321)Son llamados mano reductores Reguladores de presin
159) Filtro de aire comprimido, Regulador de presin, Lubricador
de aire comprimido
Limpiarse el cartucho filtrante y Verificar el nivel de aceite
en la mirilla
753) Conservacin de las unidades de mantenimiento
Lubricador de aire comprimido
654) Su funcionamiento se basa en el tubo ventura
Partes de la unidad de mantenimiento
Actividad Extraclase 2. Investigar cmo le afecta a los cilindros
neumticos la condensacin de agua del aire comprimido.
1.3 Elementos de trabajo neumticos Los cilindros neumticos
producen un trabajo: transforman la energa neumtica en trabajo
mecnico de movimiento rectilneo, que consta de carrera de avance y
carrera de retroceso.
Existen diferentes tipos de cilindros neumticos. Segn el modo en
que se realiza el retroceso del vstago, los cilindros se dividen en
tres grupos:
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Cilindros de simple efecto
Cilindros de doble efecto
Cilindro de rotacin
Cilindros de simple efecto Estos cilindros tienen una sola
conexin de aire comprimido. No pueden realizar trabajos ms que en
un sentido. Se necesita aire slo para un movimiento de traslacin.
El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una
fuerza externa. El resorte incorporado se calcula de modo que haga
regresar el mbolo a su posicin inicial a una velocidad
suficientemente grande. En los cilindros de simple efecto con
muelle incorporado, la longitud de ste limita la carrera. Por eso,
estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm. Se
utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar,
alimentar, etc.
Figura 1.25. Cilindro de simple efecto
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Figura 1.26. Minicilindros de simple efecto.
TIPOS DE CILINDROS DE SIMPLE EFECTO.
Cilindro de mbolo La estanqueidad se logra con un material
flexible, que recubre el pistn metlico o de material plstico.
Durante el movimiento del mbolo, los labios de junta se deslizan
sobre la pared interna del cilindro. En la segunda ejecucin aqu
mostrada, el muelle realiza la carrera de trabajo; el aire
comprimido hace retornar el vstago a su posicin inicial.
-
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Aplicacin: frenos de camiones y trenes.
Ventaja: frenado instantneo en cuanto falla la energa. Cilindros
de membrana Una membrana de goma, plstico o metal reemplaza aqu al
mbolo. El vstago est fijado en el centro de la membrana. No hay
piezas estanqueizantes que se deslicen, se produce un rozamiento
nicamente por la dilatacin del material. Aplicacin: Se emplean en
la construccin de dispositivos y herramientas, as como para
estampar, remachar y fijar en prensas.
Figura 1.27. Cilindro de membrana.
Cilindros de membrana arrollable La construccin de estos
cilindros es similar a la de los anteriores. Tambin se emplea una
membrana que, cuando est sometida a la presin del aire, se
desarrolla a lo largo de la pared interior del cilindro y hace
salir el vstago. Las carreras son mucho ms importantes que en los
cilindros de membrana dilatable (aprox. 50-80 mm). El rozamiento es
mucho menor.
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Figura 1.28. Cilindro de membrana arrollable
Cilindros de doble efecto La fuerza ejercida por el aire
comprimido anima al mbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar
un movimiento de traslacin en los dos sentidos. Se dispone de una
fuerza til tanto en la ida como en el retorno. Los cilindros de
doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el mbolo
tiene que realizar una misin tambin al retornar a su posicin
inicial. En principio, la carrera de los cilindros no est limitada,
pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir
el vstago salido. Tambin en este caso, sirven de empaquetadura los
labios y mbolos de las membranas.
Figura 1.29. Cilindro de doble efecto.
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TIPOS DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO. Cilindros con amortiguacin
Interna Cuando las masas que traslada un cilindro son grandes, al
objeto de evitar un choque brusco y daos es utiliza un sistema de
amortiguacin que entra en accin momentos antes de alcanzar el final
de la carrera. Antes de alcanzar la posicin final, un mbolo
amortiguador corta la salida directa del aire al exterior .En
cambio, es dispone de una seccin de escape muy pequea, a menudo
ajustable. El aire comprimido se comprime ms en la ltima parte de
la cmara del cilindro. La sobrepresin producida disminuye con el
escape de aire a travs de las vlvulas antirretorno de estrangulacin
montadas (seccin de escapo pequea). El mbolo se desliza lentamente
hasta su posicin final. En el cambio de direccin del mbolo, el aire
entra sin obstculos en la cmara del cilindro por la vlvula
antirretorno.
Figura 1.28. Cilindro con amortiguacin interna.
Figura 1.30. Otros tipos de amortiguacin.
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Cilindros de doble vstago Este tipo de cilindros tiene un vstago
corrido hacia ambos lados. La gua del vstago es mejor, porque
dispone de dos cojinetes y la distancia entre stos permanece
constante. Por eso, este cilindro puede absorber tambin cargas
pequeas laterales. Los elementos sealizadores pueden disponerse en
el lado libre M vstago. La fuerza es igual en los dos sentidos (los
superficies del mbolo son iguales).
Figura 1.31. Cilindro de doble vstago
Cilindro tndem Est constituido por dos cilindros de doble efecto
que forman una unidad. Gracias a esta disposicin, al aplicar
simultneamente presin sobre los dos mbolos se obtiene en el vstago
una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal M mismo
dimetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se
dispone de un espacio determinado, no siendo posible utilizar
cilindros de un dimetro mayor.
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Figura 1.32. Cilindro tndem
Cilindro sin vstago El pistn transmite el movimiento a la carga
a travs de un carro acoplado mecnicamente al pistn mediante un
exclusivo sistema patentado. Un sistema de cintas garantiza un
doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior del
cilindro. Variantes constructivas de ste incluyen guas externas de
diversos tipos.
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Figura 1.33. Cilindro sin vstago
Cilindro de rotacin
Estos cilindros por mtodo de la presin introducida podemos
obtener un movimiento rotativo
En las mquinas de produccin en ocasiones es necesario rotar o
girar la herramienta o inclusive la misma pieza, llevarlo a cabo a
travs de la composicin de mltiples movimientos lineales es
imprctico y costoso. Se han desarrollado elementos que permiten
tener desplazamientos angulares con alta potencia y precisin, los
cuales reciben el nombre de actuadores giratorios. Estos actuadores
angulares o giratorios difieren de los actuadores lineales desde su
principio constructivo y funcional, los cuales pueden ser: sistema
de aleta giratoria y sistema de pin - cremallera. Los actuadores
con aleta giratoria se distinguen por su forma compacta de
construccin y su alta velocidad de movimiento. Mientras que los
actuadores con pin y cremallera son especialmente slidos, y capaces
de absorber una gran fuerza de impacto al alcanzar sus posiciones
finales de carrera.
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TIPOS DE CINDROS ROTATIVOS
Actuador de pin - cremallera
En esta ejecucin de cilindro de doble efecto, el vstago es una
cremallera que acciona un pin y transforma el movimiento lineal en
un movimiento giratorio, podemos regular si queremos el movimiento
en sentido de las agujas del reloj o al revs.
Los ngulos tpicos de giro son de 45, 90, 180, 290 hasta 720.
El giro est en funcin de: la presin y la superficie del
mbolo.
A continuacin mostramos dos secuencias claves de este cilindro
rotativo tan simple:
Figura 1.34 Cilindro rotativo de pin y cremallera.
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Figura 1.35 Cilindro rotativo de pin y cremallera comercial.
Actuador de Paleta El actuador de giro de tipo paleta quiz sea
el ms representativo dentro del grupo que forman los actuadores de
giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que
rara vez supera los 270, incorporando unos topes mecnicos que
permiten la regulacin de este giro.
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Estn compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra
una paleta que delimita las dos cmaras. 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 cmaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y
cuando exista diferencia de presin con respecto a la cmara
contraria (generalmente comunicada con la atmsfera). Si la posicin
es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido
contrario.
Figura 1.36 Actuador de Paleta.
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Figura 1.37 Movimiento del Cilindro rotativo.
Los cilindros de cable:
Funcionamiento:
Este es un cilindro de doble efecto. Por medio de poleas en los
extremos de un cable (las poleas estn fijadas en ambos lados del
mbolo).
Figura 1.38 Cilindro de cable.
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Cuando entra presin por un lado: el embolo se mueve hacia el
otro. De esta forma el cable se mueve tambin, provocando un
movimiento rotativo.
Aplicacin:
Esos cilindros son muy tiles para:
Abrir y cerrar puertas.
Mover cargas no muy pesadas.(tanto horizontal como vertical)
Obtener carreras largas (en el caso que las dimensiones sean
pequeas)
MOTORES
Estos elementos transforman la energa neumtica en un movimiento
de giro mecnico. Funcionan igual que los cilindros de giro pero el
ngulo de giro no est limitado. Por eso es de los cilindros
neumticos ms usados.
Estos cilindros por mtodo de la presin introducida podemos
obtener un movimiento rotativo
De este tipo de actuador podemos encontrar de 2 tipos:
Motor de paletas
Motor de pistones
Ventajas:
Construccin sencilla ( peso ligero )
Arranque y paro muy rpido
Insensibilidad al polvo, agua, calor y fro
La velocidad vara entre 3.000 y 8.500 rpm .
Alta aceleracin y baja inercia.
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Motor de paletas:
Este motor por medio de paletas transforma la energa neumtica en
energa rotativa (tambin podra por medio de piones)
Este es el motor neumtico usado ms frecuentemente.
Figura 1.39. Motor de Paletas
Funcionamiento:
Estos motores se constituyen en el principio de la inversin del
compresor rotativo.
Un rotor dotado de ranuras gira en una cmara cilndrica. En las
ranuras se deslizan aletas, que son empujadas contra la pared
interior del cilindro por el efecto de la fuerza centrfuga.
Normalmente estos motores tienen de 3 a 10 aletas, estas forman
cmaras en el interior del motor. El aire entra en la cmara ms
pequea y se dilata a medida que el volumen de la cmara aumenta.
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Figura 1.40. Motor de Paletas
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Ventajas:
Son ms ligeros y baratos que los motores de pistones
La velocidad se controla fcilmente y oscila entre 3000 y 25000
r.p.m.
La relacin peso/potencia es muy alta
Motor de pistones:
Funcionamiento:
La presin que se provoca en cada pistn hace desarrollar una
potencia se desarrolla bajo la influencia. El nmero de cilindros
puede ser 4 o 6.
Segn sea la disposicin de los pistones pueden ser de tipo radial
o axial. Su comportamiento es similar, caracterizndose los de pistn
axial por un par rpido y elevado en el arranque.
Esquema de un motor de pistones con 4 cilindros en dos momentos
distintos:
Figura 1.41 Motores de pistones
Ventajas:
Trabajan a bajas velocidades (inferiores a las de los motores de
aletas)
Si la velocidad es muy baja entonces se obtiene el par
mximo.
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
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El par de arranque es muy efectivo (ms que el de los motores de
aletas)
Aplicaciones:
Se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas,
por ejemplo: estos motores, generalmente, estn diseados para ser
usados en mquinas de perforacin.
Actividad Complementaria 10. Realizar un tabla indicando los
siguientes conceptos de los cilindros Neumticos:
Tipo
Caractersticas
Aplicaciones
CLCULOS DE CILINDROS
Normalizacin ISO
La ISO (International Standard Organization) ha establecido un
serie de normas de carcter internacional que regulan el aspecto
dimensional de los cilindros neumticos. En ella bsicamente se
establecen las dimensiones tendientes a garantizar al usuario
la
intercambiabilidad de cilindros de diversas procedencias. Segn
esta
entidad quedan fijados los dimetros constructivos de los
cilindros, los extremos de vstagos, roscas de conexin, materiales a
emplear, sus
tolerancias y los diferentes accesorios de montaje.
Para los dimetros establece la siguiente serie:
8- 10- 12- 16- 20- 25- 32- 40- 50- 63- 80- 100- 125- 160- 200-
250-
320 mm - etc. Las primeras seis dimensiones (8 a 25 mm)
corresponden a los comercialmente denominados microcilindros, que
responden a un tipo particular de construccin (sin tensores y en
general no
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 54
desarmables), en tanto las restantes (a partir de 32 mm) son los
genricamente conocidos como cilindros.
Velocidad mxima y mnima de cilindros neumticos
Los cilindros neumticos pueden alcanzar una velocidad mxima
comprendida entre 0,6 y 2,6 m/s segn el dimetro.
Dimetro Velocidad (mm) mx. (m/s)
10 - 12 - 16 2,6
20 - 25 - 32 2,6 40 2,5
50 2 63 1,5
80 1,1
100 0,9 125 0,7 160 0,6
Estos valores mximos a su vez se ven afectados por la carga
desplazada, tamao de la vlvula y conducciones, condiciones de
descarga (libre, regulada o con escape rpido), carrera del
cilindro, etc. En realidad se prefiere hablar de velocidades medias
alcanzables, ya que el cilindro desarrolla su carrera en un tiempo
en el cual se produce una aceleracin inicial y una desaceleracin
final de modo que su velocidad no es constante a lo largo del
recorrido. Como velocidades medias puede considerarse un 70 % del
valor indicado en la tabla anterior. Fuerza del mbolo La fuerza
ejercida por un elemento de trabajo depende de la presin del aire,
del dimetro del cilindro del rozamiento de las juntas. La fuerza
terica del mbolo se calcula con la siguiente frmula:
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 55
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 400 a 800 kPa/4 a 8
bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de
un 3 a un 20% de la fuerza calculada.
Cilindro de simple efecto.
4
4
2
2
DA
FFpDF FR
Fuerza de retorno del muelle (FF) Otro de los componentes
fundamentales es la fuerza de retorno del muelle que est definida
por la ley de Hooke
FF = K L Dnde: FF es la fuerza del retorno del muelle (N) K es
la constante de Hooke para el resorte L es el desplazamiento del
resorte de su estado de reposo
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Si barp 6
-
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Actividad Complementaria 11. Resolver de manera correcta los
siguientes ejercicios. 1. Un cilindro neumtico debe levantar una
carga de 60 kg en forma
vertical cul ser la fuerza necesaria para levantar la carga; a
una presin de 5 bar cul deber ser el dimetro del embolo del
cilindro? Si tiene una frecuencia de 10 ciclos por segundo y una
carrera de 600mm. R. 588.6N, 38 mm
2. De acuerdo al diagrama de la figura 3 del anexo 1, determinar
la
teorF para el ejemplo anterior y determinar la Fuerza real
de
traccin para el mbolo (avance y retorno).
3. Considere un cilindro de dimetro de 80 mm, un vstago de
dimetro de 25 mm y una lnea de aire con una presin de trabajo de 6
Kp/cm
2. Calcule las fuerzas que se generan en el cilindro a
partir de la presin de trabajo. R. 3015.6N, 2700N 4. Para la
sujecin de piezas en un tornillo de banco se utiliza un
cilindro de mbolo de simple efecto, accionado por medio de un
interruptor de pedal. El cilindro tiene un dimetro interior de D =
100mm. El dimetro del vstago d = 20mm. La fuerza del rozamiento del
mbolo sobre la pared del cilindro es el 10% de la fuerza calculada.
La presin de trabajo es de 6.10
5 N/m
2. La
constante del muelle K= 30N/cm, y el desplazamiento del mbolo es
de 10 cm. Calcular la fuerza real del cilindro. R. 4758N, 3983N
5. Si la presin es de 2
400cm
N y se tiene una fuerza de 5000N y
se desprecia la fuerza de rozamiento, determinar el dimetro del
mbolo. R. 39.8 mm.
Longitud de carrera La longitud de carrera en cilindros
neumticos no debe exceder de 2000 mm. Con mbolos de gran tamao y
carrera larga, el sistema neumtico no resulta econmico por el
elevado consumo de aire.
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 59
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. Adems, al prolongar la carrera la
distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora la gua del
vstago. Consumo de aire Para disponer de aire y conocer el gasto de
energa, es importante conocer el consumo de la instalacin. Para una
presin de trabajo, un dimetro y una carrera de mbolo determinados,
el consumo de aire se calcula como sigue:
Frmulas para calcular el consumo de aire Cilindro de simple
efecto
compresin deRelacin
4
2^
dnsV
Cilindro de doble efecto
compresin deRelacin
44
222^
n
dDs
DsV
^V = Cantidad de aire
minl
s = Longitud de carrera cm
n = Ciclos por minuto min
1
La frmula anterior la podemos reducir a:
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 60
compresin deRelacin nAAsQV A la cantidad de aire tambin es
conocida como caudal volumtrico. Ejemplo: Calcular el consumo de
aire de un cilindro de doble efecto de 50 mm de dimetro (dimetro
del vstago: 12 mm) y 100 mm de longitud de carrera. El cilindro
trabaja con 10 ciclos por minuto. La presin de trabajo es de 600
KPa (6 bar).
min10
600
10100
2.112
550
ciclosn
kPaP
cmmms
cmmmd
cmmmD
Relacin de compresin
9.63.101
3.701
3.101
6003.101
3.101
Trabajo dePresin 3.101
kPa
kPa
kPa
kPakPa
kPa
kPa
Consumo de aire
compresin deRelacin
44
222^
n
dDs
DsV
6.9
min110
4
44.12510
4
2510
222^
cmcm
cmcmV
min
3.266.9min
11094.18425.196 33^
lcmcmV
Con ayuda de la tabla de la figura 2.40, se pueden establecer
los datos del consumo de aire de una manera ms sencilla y rpida.
Los valores estn expresados por cm de carrera para los dimetros ms
corrientes de cilindros y para presiones de 200 a 1500 kPa (2-15
bar).
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 61
El consumo se expresa en los clculos en litros (aire aspirado)
por minuto. La frmula para calcular el consumo de aire conforme al
diagrama de la figura 4 del anexo 1 es la siguiente. Cilindro de
simple efecto
Cilindro de doble efecto
En caso de emplear el diagrama de consumo de aire de la figura 4
del anexo 1, para nuestro ejemplo se obtiene la frmula
siguiente
En los clculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el
llenado de las cmaras secundarias, que se rellenan en cada carrera.
Los valores al respecto estn reunidos para cilindro Festo en la
tabla de la figura 2.41.
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 62
Figura 2.41. Tabla (cmara muerta)
Volumen de aire El volumen manejado por el cilindro se puede
calcular:
4000000
22 mmsmmDV
V = Volumen de aire necesario para mover el vstago del
cilindro
3mm D = Dimetro del mbolo 2mm s = Longitud de carrera mm
Velocidad del cilindro La velocidad del mbolo en cilindros
neumticos depende de la fuerza de la presin del aire, de la
longitud de la tubera, de la seccin entre los elementos de mando y
trabajo y del caudal que circula por el elemento demando. Adems,
influye en la velocidad la amortiguacin final de carrera.
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 63
Cuando el mbolo abandona la zona de amortiguacin, el aire entra
por una vlvula antirretorno y de estrangulacin y produce una
reduccin de la velocidad. La velocidad media del mbolo, en
cilindros estndar, est comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. Con
cilindros especiales (cilindros de impacto) se alcanzan velocidades
de hasta 10 m/s. La velocidad del mbolo puede regularse con vlvulas
especiales. Las vlvulas de estrangulacin, antirretorno y de
estrangulacin, y las de escape rpido proporcionan velocidades
mayores o menores. Por la ley de continuidad sabemos que:
A
QvAvQ
mbolo del
mbolo del
reaA
velocidadv
caudalQ
Unidades
sm
La velocidad tambin se puede determinar con la siguiente
frmula.
t
sv
tiempot
velocidadv
longituds
Unidades
sm
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
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Criterios de seleccin de los actuadores de giro neumtico En los
dispositivos giratorios, normalmente se tiende a confundir los
conceptos de Torque (par de giro), energa de rotacin y momento de
inercia. En el presente mostrar algunos puntos aclaratorios, que
ayuden al diseador. Par de giro (Torque) O tambin conocido como par
de giro, es el producto de la fuerza y la distancia vertical de su
lnea de accin desde el centro de giro.
Figura 1.42. Par de giro
En la figura 1.42, se mueve una masa desde la posicin horizontal
en una trayectoria circular hacia arriba. El par de giro eficaz en
el eje inducido se calcula en base a la fuerza producida por la
masa multiplicada por la longitud del brazo de palanca.
T F L dnde: T = Par de giro (Torque) F = Fuerza l = Longitud del
brazo de palanca
T
m
l
F
-
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Figura 1.43. Par de giro
En la figura 1.43 se muestra la masa a girar en un ngulo de 45,
la fuerza que se transmite a travs del brazo de palanca es una
componente de la masa total, por lo que el par de giro sobre el
pivote se ve reducido.
F F 1 sen dnde: F = Fuerza total, componente de la masa total F1
= Masa total
sen = Seno del ngulo con respecto Energa de rotacin El par de
giro que se produce al mover una masa, no es la nica magnitud
decisiva para determinar el actuador giratorio, tambin es
importante considerar la energa de rotacin, ya que esta ser
absorbida en los finales de carrera. La energa de rotacin es anloga
a la energa cintica en movimientos lineales. Y depende del momento
de inercia de la masa movida y de la velocidad angular con la que
gira.
T
F
l
-
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EJ
2
2
dnde: E = energa de rotacin J = momento de inercia de la
masa
= velocidad angular
Momento de inercia La inercia de una masa es siempre contraria a
la accin de la fuerza. Por ejemplo: en automvil al acelerar, la
masa se opone al movimiento; de la misma manera al desacelerar, la
masa va contraria a la desaceleracin.
Figura 1.44. Momento de inercia
Esta fuerza contraria a la fuerza que cambia la velocidad de un
cuerpo, es a lo que se le conoce como inercia. En el caso de los
movimientos giratorios, cuando se alcanza el final de carrera, el
momento de inercia es el factor decisivo para la seleccin de los
actuadores giratorios. Debido a que normalmente no es posible
reducir la velocidad angular, por condiciones implcitas del
proceso, la energa de rotacin suele ser demasiado elevada para los
topes mecnicos de final de carrera, por lo que los sobrecarga y
finalmente los deteriora.
FESTO
inercia aceleracindesaceleracin
masa
-
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M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 67
Fig.1.45 La energa de rotacin final es muy grande en el final de
carrera de un
actuador giratorio, por lo que debe considerarse ste valor para
una correcta seleccin del actuador giratorio.
Actividad Complementaria 12. Resolver de manera correcta los
siguientes ejercicios. 1. Se quiere disear un cilindro de simple
efecto que utilice en su
funcionamiento un volumen de aire de 650 cm3, cuya presin de
trabajo sea de 11 N/cm2 y su longitud sea de 25 cm. Se pide:
a) Dimetro del cilindro. R. 57.53
3mm
b) Fuerza del cilindro. R. 2.859 N
2. Un cilindro de doble efecto se mueve con aire comprimido,
el
dimetro del mbolo es de 63 mm, el dimetro del vstago mide 20 mm,
la presin de trabajo es de 6 bar, la carrera de 500 mm. Si realiza
un proceso de 10 ciclos/minuto, calcular el caudal y la velocidad
del cilindro potencia del compresor necesario, as
como la potencia del compresor. R. 210 minl , 6.543 min
cm,
20.26 kW
3. Calcular el consumo de un cilindro de doble efecto de 50 mm
de dimetro (dimetro del vstago: 12 (mm) y 100 mm de longitud de
carrera. El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presin
de
trabajo es de 600 KPa (6 bar). R. 28 minl
Efinal
-
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4. Queremos disear un cilindro de simple efecto que utilice en
su
funcionamiento un volumen de aire de 800 cm3, cuya presin de
trabajo sea de 12.3 Kg/cm2 y su longitud es de 29 cm. Hallar
el
dimetro de este cilindro. Calcular las fuerzas del cilindro. R.
3.3
9N
5. Tenemos el mismo cilindro del ejercicio anterior.
Supongamos
ahora que el cilindro tiene una carrera de 700 mm y efecta 5
ciclos por minuto. Cul es el consumo de aire de dicho
cilindro?.
R. 124.436
min
6. Determinar la fuerza y torque necesarios para mover una
pieza
cuyo peso es de 10Kg y el brazo que mueve a la pieza mide 30 cm,
el ngulo entre el brazo y la pieza es de 45.
-
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1.4 Elementos de control neumticos Los mandos neumticos estn
constituidos por los elementos de informacin, rganos de mando y los
elementos de trabajo. Los dos primeros modulan las fases de trabajo
de la mquina o dispositivo y se designan, en neumtica, bajo la
denominacin de vlvulas. Las vlvulas mandan o regulan la puesta en
marcha, el paso, el sentido, la presin y el caudal del fluido
transportado por la bomba o almacenado en un recipiente. El
lenguaje internacional el trmino distribuidor denomina a los tipos
de vlvulas (de corredera, de bola, de asiento, etc). Segn la norma
DIN 24300, las vlvulas se subdividen en cinco grupos: 1. Vlvulas de
vas distribuidoras. 2. Vlvulas de bloqueo. 3. Vlvulas de presin. 4.
Vlvulas de caudal. 5. Vlvulas de cierre. Segn el tiempo de
accionamiento se distinguen: 1. Accionamiento permanente, seal
continua La vlvula es accionada manualmente o por medios mecnicos,
neumticos o elctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar
el reposicionamiento. Este es manual o mecnico por medio de un
muelle. 2. Accionamiento momentneo, impulso La vlvula es invertida
por una seal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa
posicin, hasta que otra seal la coloca en su posicin anterior.
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Figura 1.46. Tipos de accionamientos.
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Vlvulas de vas
Para representar las vlvulas distribuidoras en los esquemas de
circuito se utilizan smbolos; stos no dan ninguna orientacin sobre
el mtodo constructivo de la vlvula; solamente indican su funcin.
Hay que distinguir, principalmente:
1. Las vas, nmero de orificios correspondientes a la parte de
trabajo.
2. Las posiciones, las que puede adoptar el distribuidor para
dirigir el flujo por una u otra va, segn necesidades de
trabajo.
Las posiciones de las vlvulas distribuidoras se representan por
medio de cuadrados.
La cantidad de cuadrados indica la cantidad de posiciones de la
vlvula distribuidora.
El funcionamiento se representa esquemticamente en el interior
de las casillas (cuadros).
Las lneas representan tuberas o conductos. Las flechas, el
sentido de circulacin del fluido.
Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan
mediante lneas transversales.
La unin de conductos o tuberas se representa mediante un
punto.
-
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Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de
trazos unidos a la casilla que esquematiza la posicin de reposo o
inicial.
La otra posicin se obtiene desplazando lateralmente los
cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.
Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minsculas
a, b, c ... y 0.
Vlvula de 3 posiciones. Posicin intermedia = Posicin de
reposo.
Por posicin de reposo se entiende, en el caso de vlvulas con
dispositivo de reposicin, p. ej., un muelle, aquella posicin que
las piezas mviles ocupan cuando la vlvula no est conectada. La
posicin inicial es la que tienen las piezas mviles de la vlvula
despus del montaje de sta, establecimiento de la presin y, en caso
dado conexin de la tensin elctrica. Es la posicin por medio de la
cual comienza el programa preestablecido. Conductos de escape sin
empalme de tubo (aire evacuado a la atmsfera). Tringulo
directamente junto al smbolo.
-
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Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a un
punto de reunin). Tringulo ligeramente separado del smbolo.
Para evitar errores durante el montaje, los empalmes se
identifican por medio de letras maysculas: Rige lo siguiente:
Tuberas o conductos de trabajo A, B, C
Empalme de energa P
Salida de escape R, S, T
Tuberas o conductos de pilotaje Z, Y, X
Conexin de aire a presin 1 Escape de aire 3,5 Salidas 2,4
Conexiones mando:
o Conexin de aire a presin de 1 hacia 2 12 o Conexin de aire a
presin de 1 hacia 2 14
Cancela salida de seal 10 Aire auxiliar del mando 81,91
-
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Figura 1.47. Vlvulas de vas
-
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Vlvulas de vas con accionamientos
Figura 1.48. Vlvulas de vas con accionamientos.
1.4.1 Funcionamiento
Caractersticas de construccin de vlvulas distribuidoras
Las caractersticas de construccin de las vlvulas determinan su
duracin, fuerza de accionamiento, racordaje y tamao.
Segn la construccin, se distinguen los tipos siguientes:
-
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Vlvulas de asiento o Esfrico o Disco plano
Vlvulas de corredera o mbolo o mbolo y cursor o Disco
giratorio
Vlvulas de asiento
En estas vlvulas, los empalmes se abren y cierran por medio de
bolas, discos, placas o conos. La estanqueidad se asegura de una
manera muy simple, generalmente por juntas elsticas. Los elementos
de desgaste son muy pocos y, por tanto, estas vlvulas tienen gran
duracin. Son insensibles a la suciedad y muy robustas.
Las vlvulas de asiento presentan el problema de que el
accionamiento en una de las posiciones de la vlvula debe vencer la
fuerza ejercida por el resorte y aquella producto de la presin.
Esto hace necesario una fuerza de accionamiento relativamente
alta.
En general presentan un tipo de respuesta pequea, ya que un
corto desplazamiento determina que pase un gran caudal.
La fuerza de accionamiento es relativamente elevada, puesto que
es necesario vencer la resistencia del muelle incorporado de
reposicionamiento y la presin del aire.
Vlvulas de asiento esfrico
Ests vlvulas son de concepcin muy simple y, por tanto, muy
econmicas. Se distinguen por sus dimensiones muy pequeas.
Un muelle mantiene apretada la bola contra el asiento; el aire
comprimido no puede fluir del empalme P hacia la tubera de trabajo
A. Al accionar el taqu, la bola se separa del asiento. Es necesario
vencer al efecto la resistencia M muelle de reposicionamiento y la
fuerza del aire comprimido. Estas vlvulas son distribuidoras 2/2,
porque tienen dos posiciones (abierta y cerrada) y dos orificios
activos (P y A).
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
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Con escape a travs del taqu de accionamiento, se utilizan tambin
como vlvulas distribuidoras 3/2. El accionamiento puede ser manual
o mecnico.
Figura 1.49. Vlvula distribuidora 2/2
Figura 1.50. Vlvula distribuidora 3/2
Vlvulas de asiento plano
Las vlvulas representadas en la figura 1.51 tienen una junta
simple que asegura la estanqueidad necesaria. El tiempo de
respuesta es muy pequeo, puesto que un desplazamiento corto
determina un gran caudal de paso, Tambin estas vlvulas son
insensibles a la suciedad y tienen, por eso, una duracin muy
larga.
Al accionar el taqu, en un margen breve se unen los tres
empalmes P, A y R. Como consecuencia, en movimientos lentos una
cantidad grande de aire comprimido escapa de P hacia R, a la
atmsfera, sin haber rendido antes trabajo. Estas son vlvulas que no
tienen escape exento de solapo.
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 78
Figura 1.51. Vlvula distribuidora abierta 3/2
Figura 1.52. Vlvula distribuidora cerrada 3/2
Las vlvulas construidas segn el principio de disco individual
tienen un escape sin solapo. No se pierde aire cuando la conmutacin
tiene lugar de forma lenta (figura 1.53).
Al accionar el taqu se cierra primeramente el conducto de escape
de A hacia R, porque el taqu asienta sobre el disco. Al seguir
apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular
de P hacia A. El reposicionamiento se realiza mediante un
muelle.
Las vlvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con
cilindros de simple efecto o para el pilotaje de
servoelementos.
En el caso de una vlvula abierta en reposo (abierta de P hacia
A), al accionar se cierra con un disco el paso de P hacia A. Al
seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento y abre el
paso de A hacia R. El aire puede escapar entonces por R. Al soltar
el taqu, los muelles reposicionan el mbolo con los discos
estanqueizantes hasta su posicin inicial.
Las vlvulas pueden accionarse manualmente o por medio de
elementos mecnicos, elctricos o neumticos.
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 79
Figura 1.53. Vlvula distribuidora 3/2 (cerrada en posicin de
reposo)
Figura 1.54. Vlvula distribuidora 3/2 (abierta en posicin de
reposo)
Una vlvula 4/2 que trabaja segn este principio es una combinacin
de dos vlvulas 3/2, una de ellas cerrada en posicin de reposo y la
otra, abierta en posicin de reposo.
En la figura 1.52, los conductos de P hacia B y de A hacia R
estn abiertos. Al accionar simultneamente los dos taqus se cierra
el paso de P hacia B y de A hacia R. Al seguir apretando los taqus
contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de
reposicionamiento se abre el paso de P hacia A y de B hacia R.
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 80
Esta vlvula tiene un escape sin solapo y regresa a su posicin
inicial por la fuerza de los muelles. Se emplea para mandos de
cilindros de doble efecto.
Figura 1.55. Vlvula distribuidores 4/2
Figura 1.56. Mando de un cilindro de doble efecto con una vlvula
distribuidora 4/2 .
Vlvula distribuidora 3/2, de accionamiento neumtico (junta plana
de disco). Al aplicar aire comprimido al mbolo de mando a graves de
empalme Z se desplaza el taqu de vlvula venciendo la fuerza de
muelle de reposicionamiento. Se unen los conductos P y A. Cuando se
pone a escape el conducto de mando Z. el embolo de mando regresa a
su
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 81
posicin inicial por el efecto del muelle montado. El disco
cierra el paso de P hacia A, El aire de salida del conducto de
trabajo A puede escapar por R.
Figura 1.51. Vlvula distribuidora 3/2 (de accionamiento
neumtico)
La figura 1.58 muestra otra vlvula 3/2 que trabaja segn el
principio de asiento plano. El aire comprimido, proveniente del
empalme de mando Z. acta sobre una membrana. El mbolo de mando
unido a esta cierra el paso con sus juntas y abre sucesivamente los
diversos empalmes. Permutando los empalmes P y R se puede disponer
esta vlvula cerrada o abierta en posicin inicial. La presin de
accionamiento es de unos 600 kPa (6 bar), la presin de trabajo, de
120 kPa (1,2 bar). El margen de la presin de trabajo se encuentra
entre 120 y 800 kPa (1.2 8 bar), El caudal nominal /N es de 100
l/min.
Figura 1.58. Vlvula distribuidora 3/2 segn el principio de junta
plana de disco
La figura 1.59 muestra una vlvula distribuidora 5/2 que trabaja
segn el principio de las vlvulas de disco flotante. Se invierte
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 82
alternativamente por aire comprimido y permanece en la posicin
correspondiente hasta que recibe un impulso inverso.
Al recibir presin, el mbolo de mando - como en una corredera
longitudinal - se desplaza. En el centro de dicho mbolo se
encuentra un disco con una junta anular, que une los conductos de
trabajo A o B con empalme de presin P o los separa de este. El
escape se realiza a travs de R S.
Una placa de montaje universal, sobre la cual se fijan las
vlvulas, garantiza una intercambiabilidad rpida de las diversas
vlvulas.
Figura 1.59. Vlvula distribuidora 5/2 (principio de disco
flotante)
Vlvula distribuidora 3/2 (abierta en posicin de reposo)
Funcionamiento: La vlvula de servopilotaje est unida al empalme de
presin (P) por medio de un taladro pequeo, Cuando se acciona el
rodillo, se abre la vlvula de servopilotaje. El aire comprimido
circula hacia la membrana y hace descender el platillo de vlvula.
La inversin se realiza en dos fases:
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 83
En primer lugar se cierra el conducto de A hacia R, y luego se
abre el P hacia A. La vlvula se reposiciona al soltar el rodillo.
Se cierra el paso de la tubera de presin hacia la membrana y se
purga de aire. El muelle hace regresar el mbolo de mando de la
vlvula principal a su posicin inicial. Este tipo de vlvula puede
emplearse opcionalmente como vlvula normalmente abierta o
normalmente cerrada. Para ello slo hay que permutar los empalmes P
y R e invertir el cabezal de accionamiento 180.
Figura 1.60 Vlvula distribuidora 3/2 (abierta en posicin de
reposo)
En la vlvula distribuidora 4/2 servopilotada, a travs de la
vlvula de servopilotaje reciben aire comprimido dos membranas, y
dos mbolos de mando unen los diversos empalmes. La fuerza de
accionamiento no vara; es tambin de 1,8 N (180 p).
Figura 1.61 Vlvula distribuidora 4/2 (servopilotada)
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Sistemas Neumticos e Hidrulicos Unidad 1. Neumtica
M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 84
Clculos para la eleccin de una vlvula de vas
Un vez selecciona la vlvula distribuidora es necesario calcular
su tamao para que pueda accionar el cilindro en el tiempo adecuado
tanto en un sentido de la carrera como en el contrario. El factor
ms
importante es la capacidad de caudal ( VV KC o ) que indica el
grado
de resistencia que la vlvula presenta al flujo de aire en el
circuito neumtico. En instalaciones crticas debe prestarse especial
atencin a la resistencia de conectores y a los tubos que unen la
vlvula al resto de la instalacin. Unos pocos cm adicionales de
tubera o un conector incorrecto puede ser la diferencia entre que
el circuito trabaje correctamente o no lo haga.
La prctica utilizada en el paso de seleccionar la vlvula
distribuidora del mismo tamao que los orificios del cilindro es
errnea, que las vlvulas distribuidoras poseen actualmente una gran
capacidad de caudal comparada con los modelos que se fabricaban
hace aos. Adems son ms rpidas de accionamiento, consumen menos
potencia al utilizar bobinas solenoide de menor tamao y son ms
baratas.
El factor CV se define como:
Caudal de agua en galones USA por minuto a la temperatura de
60F(15.5C)que pasa a travs de la vlvula en posicin completamente
abierta y con una prdida de carga de una libra por pulgada cuadrada
(psi).
El factor KV (norma C-534-1987) se define del siguiente
modo:
Caudal de agua a 20C enh
m3 que pasa a travs de la vlvula a
una apertura dada y con una prdida de carga de 1 bar.
La equivalencia entre los coeficientes VV CK y es:
h
mKV3
VC 853.0
-
Sistemas Neumticos e Hidrulicos U