1

INDICE

El aire 3 Funcionamiento de las válvulas de obturador 3/2 NC

69

La presión atmosférica 5 Funcionamiento de las válvulas de obturador 71Presión absoluta y presión relativa 8 Dispositivo de mando manual de las válvulas

del obturador72

El funcionamiento de un manómetro 11 Dispositivos de mando mecánico de las válvulas de obturador

74

Presión y caudal - 1a parte 11 Miniválvulas de obturador 76Presión y caudal – 2da parte 13 Válvula de distribución de corredera 3/2 79Principio de Venturi 16 Válvula de distribución de corredera 5/2 80Los compresores 18 Dispositivos de mando manual y mecánico -

Mecánica de las válvulas de corredera82

Del compresor al depósito de acumulación de aire

22 Dispositivos de mando neumático de las válvulas de corredera

84

Del depósito a la utilización 25 Válvula de elaboración de señales – 1ª parte 86Calculo de las tuberías 27 Válvulas de elaboración de señales – 2da

parte87

Tratamiento del aire comprimido - el filtro 29 Caudal nominal de una válvula de distribución 89Tratamiento del aire comprimido el regulador de presión

31 Dimensionamiento de las válvulas de distribución

91

Tratamiento del aire comprimido para usos el lubricador

33 Válvulas de interceptación 94

Dimensionamiento de un grupo FRL 35 Válvulas reguladoras de flujo - 1a parte 96Principio de funcionamiento 37 Válvulas reguladoras de flujo - 2ª parte 98Componentes y términos de utilidad 39 Simbología neumática - 1 a parte 101Evolución de la Presión en las Dos Cámaras de un Cilindro de Doble Efecto

41 Simbología neumática – 2a parte 103

Fuerzas desarrolladas 43 Normas para la realización de un esquema – 1a parte

105

Características de construcción 45 Normas para la realización de un esquema – 2a parte

106

Dimensionamiento del cilindro en función de la carga aplicada

47 Los círculos elementales - mando directo - 1a parte

108

Fase de frenado del movimiento de un cilindro D.E.

51 Los circuitos elementales - mando directo – 2a parte

110

Fase de arranque de un cilindro de D.E. 52 Los círculos elementales - mando indirecto 111Fijación del CilindroAcoplamiento del vástago

5456

Los circuitos elementales - ciclo individual o semiautomático

114

Esfuerzos del vástago por la carga de punta

58 Los circuitos elementales - ciclo individual o semiautomático

115

Consumo de aire libre de un cilindro 61 Representación literal y grafica del movimiento de varios cilindros – 1a parte

117

Válvulas neumáticas 64 Representación literal y grafica del movimiento de varios cilindros – 2a parte

119

Clasificación de las válvulas de distribución

65

Válvulas de distribución de obturador 67

2

EL AIRE

El aire es un cuerpo gaseoso y al igual que los cuerpos sólidos y líquidos está constituido por partículas muy menudas que reciben el nombre de moléculas. En los sólidos, las moléculas están estrechamente unidas entre sí; como consecuencia de ello, los sólidos y los líquidos tienen forma y volumen propios. En los líquidos dicha característica es menos sensible; en efecto, los líquidos tienen volumen propio aunque asumen la forma del recipiente que los contiene (el volumen de 1 dm3 de agua no se altera aunque se vierta en una botella o en cualquier otro recipiente). En los gases, y por lo tanto en el aire, las moléculas pueden moverse con libertad hasta tal punto que sus distancias varían continuamente así como la posición de cada una respecto a las demás; por lo tanto, los gases no tienen ni forma ni volumen propio. Es por dichas cualidades por lo que el aire puede ser fácilmente aspirado comprimido. Una bomba de bicicleta nos servirá como ejemplo: Fig. 1. Si levantamos el pistón de una bomba el aire exterior penetra en el cilindro o cámara por el orificio del extremo de la bomba; en este caso, el aire ha sido aspirado y su volumen y su forma serán iguales a los de la cámara que los contiene. Fig. 2. Cerremos ahora el orificio de la bomba y ejerzamos una presión sobre el pistón; el aire, al no poder salir por el orificio, estará obligado a ocupar un espacio más pequeño, es decir, reducir su volumen; en este caso el aire ha sido comprimido. Fig. 3. Está claro que el número de las moléculas contenidos en el aire aspirado quedará invariada también en lo fase de compresión; estos, sin embargo, están más cerco los unos de los otros y mientras se desplace el pistón estarán obligadas o permanecer en espacios más reducidos. Realicemos ahora un simple cálculo. Antes es necesario hacer una precisión; al ser el volumen de las moléculas contenidos en un cm3 de aire del orden de millones de millones de millones (aproximadamente 5 seguido de 19 ceros), para uno mayor comodidad de cálculo supondremos que el total de moléculas de aire aspirado son solamente 900.

Ahora bien, si la cámara de nuestra bomba tiene un volumen de 150 cm3, las moléculas presentes en cada cm3al final de lo aspiración será de 900/150=6 por cada cm3 (fig. 1). Dicho número de moléculas aumentará durante la fase de

3

compresión; en efecto, si el volumen o disposición de los moléculas se reduce primero a 90 cm3 y después a 60 cm3, el número de moléculas por cm3 aumentará respectivamente a 900/90= 10 Y a 900/60= 15 (fig. 2 y 3). En los figuras de la siguiente página, el volumen de 1 cm3 está representado por el círculo pequeño colocado en el centro de lo cámara, obviamente aumentado.

CONSIDERACIONESDurante la fase de compresión se verifican dos fenómenos sobre los que consideramos oportuno llamar su atención dando al mismo tiempo, una explicación: a) - el número de las moléculas presentes en 1 cm3 ha ido aumentando (antes 6,

después 10 y finalmente 15) bajo la progresiva disminución del volumen disponible en la cámara de la bomba).

- el fenómeno va conectado al hecho de que las moléculas de los gases no están prácticamente unidas entre sí y por lo tanto, entre ellas existen «espacios» más o menos amplios.

- como consecuencia de esto, el volumen ocupado por los moléculas antes de lo compresión no es el mínimo indispensable, por lo tanto, en presencia de fuerzas extrañas (la acción manual sobre el émbolo de la bomba) este se reduce siempre más, lo que permite una mayor concentración de moléculas en un mismo volumen.

b) el sensible calentamiento de la parte exterior del cilindro de la bomba: - aún antes de la compresión, las moléculas de aire no están paradas, sino en

continuo movimiento, según trayectorias rectilíneas por lo que chocan entre sí y contra las paredes del cilindro.

- el calentamiento que se produce está neutralizado por la temperatura del aire exterior de la bomba.

- bajo la acción de la compresión, las moléculas llegan a encontrarse más cerca las unas de las otras lo que hace aumentar la velocidad de sus movimientos y por lo tanto, de sus choques.

- el calentamiento que se produce es tal que se propaga al exterior e incluso puede ser perceptible al tacto dependiendo de 10intensidad de la compresión (fig. 4).

Como conclusión de estos primeros ejemplos a manera de introducción sobre las posibilidades de lo utilización del aire atmosférico en el sector industrial, queremos precisar que la fuerza no natural que anima el movimiento de las moléculas de todos los gases, y por lo tanto del aire, puede aumentarse a través de compresión. Esta fuerza recibe el nombre de presión. Pero de todo

4

ello hablaremos con más detalle posteriormente.

LA PRESION ATMOSFERICA

Es sabido que los cuerpos sólidos tienen su propio peso al igual que los cuerpos gaseosos y, por lo tanto, lo mismo ocurre con el aire. ¿Qué es el aire? Es un mezcla de gases que envuelve la Tierra yola que llamamos atmósfera terrestre. Dado que el aire tiene su propio peso y debido a que la atmósfera envuelve a la Tierra, resulta claro que el peso del aire gravitará sobre todas las cosas con las que esté en contacto: superficie terrestre, hombres, animales y cosas. Una de las características de la presión atmosférica es la de variar dependiendo de la altitud del lugar en el que se mide.

El valor máximo se encuentra a nivel del mar (altitud cero). A medida que nos desplazamos a niveles más elevados la presión disminuye: por ejemplo, a 3500 m. de altitud, la presión será claramente inferior a la del nivel del mar ya que el peso de la capa de aire por debajo de los 3500 m. ya no gravitará sobre la capa de aire existente encima de dicho nivel. El valor de la presión atmosférica medida a nivel del mar yola temperatura de 0°C (cero grados centígrados) es poco mayor de 1 kg/cm2 (un Kilogramo por centímetro cuadrado de superficie).

5

El mérito de haber determinado experimentalmente el valor de la presión atmosférica lo debemos a Evangelista Torricelli ya Vincenzo Vivian L. ambos discípulos de Galileo. El experimento, fácilmente repetible, requiere de:

- un tubo de vidrio u otro material transparente, cerrado en un extremo y con un diámetro interior de aproximadamente 12 mm. (correspondiente a la sección de 1 cm2) y una longitud aproximada de 1 metro

- una jofaina de cualquier dimensión. - un poco de mercurio.

Procederemos ahora de la siguiente manera (fig. 1): - vertemos mercurio en la jofaina hasta cubrir la mitad de su altura - vertemos otra cantidad de mercurio en el tubo hasta su total rellenado

teniendo cuidado de que no quede aire en el fondo - cerramos con un dedo la abertura del tubo y después de darle la vuelta lo

pondremos nuevamente en posición vertical, sumergiéndolo posteriormente en la jofaina de manera que la parte cerrada con el dedo quede por debajo del nivel de mercurio.

- - quitamos el dedo - En este punto, podremos observar que el nivel de mercurio contenido en el tubo baja hasta quedarse a la altura de 76 cm, medida a partir del nivel de mercurio contenido en la jofaina.

Ahora cabe preguntarse por qué el nivel de mercurio contenido en el tubo no ha fluido completamente en la jofaina quedando, sin embargo, buena parte del mismo en el tubo. La causa de este equilibrio es que la presión atmosférica que actúa sobre la superficie libre del mercurio de la jofaina se transmite a través del mercurio a la base del tubo que mantiene así el peso de la columna. Nos podemos hacer otra pregunta: ¿cuál es el significado práctico de la altura de 76 cm. de la columna de mercurio? Si este valor es el resultado de un equilibrio a nivel del mar, repitiendo la misma prueba a una altura de 1000 m. debido a la menor presión atmosférica existente, el equilibrio se volverá a reproducir pero con una altura de la columna de mercurio inferior. Partiendo de la variación de altura respecto a la máxima de 76 cm. se puede establecer el valor de la presión a dicha altura. Volvamos al resultado de la experiencia para examinar la relación existente entre la altura de 76 cm. de la columna de mercurio y el valor de la presión atmosférica en Kg/cm'. Si el aire tiene un peso, mayor aún es el del mercurio; para calcularlo procedamos de la siguiente manera:

6

- volumen de la columna = área de base x altura área de base = 1 cm' altura =, 76 cm

1 cm' x 76 cm = 76 cm' - busquemos el valor del peso específico del mercurio:

1 crn3 pesa con el sistema técnico 0,01359 kg con el sistema S.I. 0.1359 N (1 kg = 10 N (newton))

- peso de la columna = volumen x peso específico con el sistema técnico 76 cm' x 0,01359 kg = 1,03 kg con el sistema S.I. 76 cm' x 0.1359 N = 10,3 N

En definitiva: el peso de la columna de mercurio, teniendo por base 1 cm2 y por altura 76 cm tiene un peso aproximado de 1.03 kg correspondiente a 10,3 N (fig. 2). Debido a que dicho peso se mantiene en equilibrio por la presión atmosférica se deduce que la fuerza ejercida por el aire libre sobre la unidad de superficie de 1 cm2 es igual 1,03 kg o bien a 10,3 N; redondeando a 1 kg. o a 10 N. El mismo resultado se puede conseguir utilizando agua en vez de mercurio: la columna de agua en equilibrio alcanzará una altura de aproximadamente 10,3 m. (fig. 3). Con las nuevas normas S.1. (Sistema Internacional) la presión, cualquiera que sea su naturaleza, se tiene que expresar en Pascal (Pa). Tanto en neumática como en hidráulica se sigue usando como unidad de medida el bar. 1 bar = - 1 kg/cm2 = - 10 N/cm2 siendo 1 Pa = 1 N/m2Se puede escribir que 1 bar = 100.000 Pa = 105 Pa. Volvamos a la presión atmosférica. Hasta ahora hemos considerado el efecto presionante del aire atmosférico en el sentido vertical. de arriba a abajo, justificándolo con el peso mismo del aire; esta consideración es, sin embargo, incompleta en cuanto a que el efecto dé dicha presión se manifiesta también en sentido opuesto, es decir, de abajo hacia arriba. Realicemos un experimento: llenemos de agua un vaso y tapemos la abertura con una hoja de papel (no absorbente); a continuación démosle la vuelta cuidando de que no entre aire; del vaso no saldrá ninguna gota de agua. A causa del propio peso, un líquido ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene (por lo tanto también sobre la hoja de papel del ejemplo anterior) una presión perpendicular a la superficie presionada: entonces, si se verifica el equilibrio, (es decir, la hoja de papel no cae) quiere decir que el aire atmosférico ejerce desde el exterior (sobre la hoja de papel) una presión por lo menos igual al peso del líquido contenido en el vaso. .

7

Eso no es todo: justamente por la peculiar característica del aire de no tener una forma propia bien definida y, sin embargo, sí la capacidad de expandirse hacia cualquier dirección, la presión atmosférica actúa igualmente en todas las direcciones como tendremos ocasión de demostrar en un próximo capítulo.

PRESION ABSOLUTA Y PRESION RELATIVA

Para una comprensión más fácil de este análisis, recordemos que todos los cuerpos aeriformes (los gases) tienden a expandirse. El experimento que proponemos a continuación intenta verificar dicha propiedad y observar el alcance que el aire libre, es decir, la presión atmosférica, puede ejercer sobre una cantidad de aire contenida en un recipiente. En este caso también nos serviremos de una figura: fig. 1) - supongamos que el recipiente sea un globo no inflado y cerrado por un grifo. - el globo se presenta medio inflado, teniendo en su interior aire - es fácil intuir que la cantidad de moléculas de aire en el globo antes y después

de cerrarlo es la misma: es decir, la presión interior es igual a la exterior.- pongamos nuestro globo debajo de la campana transparente de una «Máquina

neumática» (máquina para extraer el aire o como se dice más comúnmente,

8

para hacer el «vacío»): entonces el globo se encontrará envuelto por el aire a presión atmosférica contenido en la campana.

- cuando entre en funcionamiento la «máquina del vacío» extraerá el aire de la campana

- este vaciado queda constatado por el gradual inflado del globo hasta que alcance el volumen que le permita la elasticidad del recipiente ¿Por qué ocurre esto?

- porque el aire tiene la propiedad de expandirse - porque, al no haber más aire en su exterior, ha desaparecido la resistencia que

se oponía a su expansión. De un experimento de laboratorio pasamos a otro más sencillo utilizando solamente el aire atmosférico y el globo: - nos encontramos a nivel del mar, es decir, a una altitud cero; se sabe que en

esa cota la presión atmosférica tiene el valor de 1 bar - con nuestro globo nos desplazamos hacia la montaña alcanzando

progresivamente altitudes siempre mayores - un hecho llama nuestra atención durante la ascensión: el globo se infla a pesar

de que ha permanecido cerrado ¿Por qué motivo? - hemos dicho ya anteriormente que la presión atmosférica disminuye a medida

que nos alejamos del nivel del mar - el inflado del globo es debido a la diferente presión existente entre su interior y

el exterior - al abrir el grifo una determinada cantidad de moléculas de aire pasa del globo al

exterior hasta equilibrarse la presión interna con la externa - llegados a este punto, el globo vuelve a quedarse desinflado - si cerramos nuevamente el grifo y volvemos a la playa, observamos que el

globo estará más desinflado que cuando regresamos a la montaña porque ahora la presión externa (a nivel cero) prevalece sobre la interna (a presión más baja porque se cerró cuando estaba a una altura superior)

De todo ello se pueden sacar las siguientes conclusiones: - el aire contenido en un depósito se puede reducir a presión cero solamente con

la intervención de una máquina neumática - el aire contenido en un depósito en comunicación con la atmósfera se

encuentra siempre a igual presión que la existente en su exterior. - un deposito que contenga aire a una determinada presión puede ceder al

exterior solamente una parte de dicha presión - Observemos los dos ejemplos de las fig. 2 y 3 - al «el exterior» es la atmósfera a la presión de 1 bar (fig. 2):

9

- el volumen de aire contenido en un depósito, a pesar de ser insignificante respecto al volumen que lo envuelve tiene, sin embargo, una presión mayor; el aire comprimido en el depósito una vez establecida la conexión con el exterior vuelve a ser libre ya que al no encontrarse resistencia; cede una parte de moléculas hasta que se establece un equilibrio de presión determinado por la mayor cantidad de aire en la atmósfera.

b) «el exterior» es otro depósito a la presión de 1 bar, igual, por lo tanto, a la atmosférica (fig. 3): - al abrir la válvula que conecta los dos depósitos, Sé establece un movimiento

de aire en el sentido «presión mayor hacia presión menor» hasta que las dos presiones se equilibran al valor medio de 5 + 1 dividido por 2 = 3 bar.

- en este caso, al no haberse producido dispersión de aire en la atmósfera, la cantidad de moléculas cedidas por el primer depósito es inferior ya que han sido absorbidas por el segundo deposito.

- Si al depósito anteriormente citado, con presión de 5 bar, en una posición cualquiera le aplicamos un manómetro, este indicará los siguientes valores dependiendo de las siguientes altitudes a las que, hipotética mente, el depósito puede ser transportado:

Presión Atmosférica Presión Interna del Deposito

Presión del Manómetro

Al nivel del mar p = 1 bar 5 bar 5 – 1 = 4 barA 1000 m p = 0,9 bar 5 bar 5 – 0,9 = 4,1 barA 5000 m p = 0,5 bar 5 bar 5 – 0,5 bar = 4,5 bar

Para concluir: - la presión del aire existente en el interior de cualquier recipiente cerrado se

conoce como presión absoluta.- la presión del aire disponible para ser utilizado en el exterior del recipiente se

denomina presión relativa (la indicada por el manómetro).- la presión relativa es, por lo tanto, igual a la diferencia entre la presión

absoluta y la presión atmosférica en el exterior del recipiente.

EL FUNCIONAMIENTO DE UN MANOMETRO

Utiliza la deformación elástica de un tubo metálico de sección elíptica.

10

La fig. 4 muestra un manómetro «en reposo», es decir, cuando la diferencia de presión entre el interior y el exterior del tubo es cero; el extremo B está abierto mientras que el A está cerrado y conectado con un sistema de palancas a través de las cuales se transforma la deformación del extremo a en un movimiento rotativo de un perno sobre el que va montado un indicador. En la fig. 5 observamos que, en presencia de aire en presión, el extremo A del tubo tiende a enderezarse bajo el efecto de la fuerza del aire que actúa en su interior obstaculizada por la fuerza menor que la presión atmosférica ejerce en el exterior; la diferencia entre las dos presiones es detectada por el indicador del manómetro oportunamente calibrado.

PRESION Y CAUDAL - 1a PARTE

Los dos parámetros fundamentales de la neumática son la presión y el caudal. Para una mejor comprensión de la diferencia y la dependencia que existe entre una magnitud y otro, tomamos como ejemplo de referencia el agua. Observemos la fig. 1): En un depósito momentáneamente vacío equipado con dos válvulas: lo A (válvula de descarga) y la B (válvula de carga); representamos gráficamente esta situación mediante un sistema de ejes cartesianos, es decir, a través de un diagrama: - sobre la coordenada horizontal (abscisas) apuntaremos el tiempo necesario

para provocar el vaciado del depósito previamente rellenado completa o parcialmente;

- sobre la coordenada vertical (ordenada) apuntaremos el nivel del agua L

11

- resulta claro que, por el momento, el punto que indica el nivel L está situado en el cruce de las dos coordenadas (en efecto, con tiempo cero el nivel es también cero)

Pasemos a la fig. 2): Con la válvula de descarga A cerrada y con la válvula B abierta, llenamos de agua el depósito hasta el nivel l; - en el correspondiente diagrama, el valor del nivel L ya tiene su posición sobre

la coordenada vertical mientras que sobre la horizontal el tiempo se encuentra en el punto cero ya que al encontrarse lo válvula A todavía cerrado, el agua no puede fluir.

Pasemos o la fig. 3): La válvula de carga B está cerrada mientras que la de descarga A está abierto; esto produce la progresiva disminución del nivel del agua (y por lo tonto la reducción de su volumen) hasta alcanzar el valor cero en el preciso instante en el que el depósito se haya vaciado por completo. Está claro que el tiempo de vaciado dependerá de la abertura total o parcial de la válvula A; - en el correspondiente diagrama podemos observar las fases de vaciado tonto

en lo que se refiere al nivel (coordenada vertical), como en lo que se refiere al tiempo (coordenada horizontal) la curva que queda representada refleja la variación experimentada por el nivel del agua durante la fase de descarga.

La cuarta y último figura nos presenta el mismo depósito: Las dos válvulas tienen la misma sección y cabe destacar que están abiertas de tal forma que permiten que la misma cantidad de agua que entra en el depósito salga al mismo tiempo; es evidente que en este caso el nivel del agua en el depósito es siempre constante: - el diagrama refleja fielmente la situación: en efecto, el nivel del agua está

representado por una línea horizontal lo que confirma que no varía cuando la sección de las dos válvulas es exactamente igual y naturalmente también cuando su abertura es idéntica.

CONSIDERACIONESEl nivel del agua en el depósito representa la presión; esta se mantendrá

constante si se dan estas dos condiciones: - las válvulas A y B están cerradas - las válvulas A y B, de igual sección, están abiertas en la misma medida. - por lo tanto, al cambiar la apertura de una de las dos válvulas varia también el

nivel del agua que será tanto más bajo cuanto mayor sea la cantidad de agua que descarga respecto a la que entra en el depósito.

12

- por el contrario, si la cantidad de agua que entra es mayor que la que sale, será preciso cerrar temporalmente la válvula de carga B y dejar abierta la de descarga A ya que el depósito, al tener un volumen determinado, no puede dar cabida a una cantidad de agua superior a su capacidad.

CONCLUSIONES - la presión de aire contenida en un depósito cerrado: - depende de la cuantidad de aire que se quiera «aprisionar» en el depósito; - está disponible para ser utilizada en cualquier momento, con mínimas

variaciones respecto a su nivel inicial, siempre que la cantidad de aire que se saque se vuelva a introducir en igual número de moléculas que han entrado en el depósito.

PRESION Y CAUDAL – 2da PARTE

Con una bomba de bicicleta es posible elevar la presión del aire atmosférico aspirado, desde el valor de un bar 01 de tres bar: por lo tanto, hoy uno producción de aire comprimido destinado o los utilizaciones que conocemos, pero que entendemos muy distintos, en términos de capacidad y presión del que nos interesó: la alimentación de una línea de aire comprimido para el funcionamiento de equipos neumáticos. Como yo sabemos por la física, el

13

aumento de lo presión del aire es lo consecuencia directa de la disminución de su volumen, lo que es provocado de forma Manual por la bomba de bicicleta y mecánicamente en las máquinas para la producción industrial de aire comprimido.Las máquinas que producen aire comprimido, según este principio, se llaman compresores volumétricos. Se dividen en alternativos o rotativos, según el movimiento del órgano mecánico que determino la reducción progresivo del volumen de aire aspirado, Descripción del Funcionamiento del compresor alternativo –fig.1.El movimiento de algunos órganos internos es igual al de un motor de gasolina de dos tiempos; la diferencia fundamental es que, en el compresor, el mecanismo de biela y manivela debe recibir el movimiento de otra máquina rotativo (un motor eléctrico o de otro tipo), los «dos tiempos» se representan en las figuras siguientes: a) El pistón, en fase descendente, aspira aire libre a través de la válvula de la

izquierda mientras que la derecha se queda cerrada.b) En fase ascendente, se cierra en seguida la válvula de la izquierda y, en

cierto punto del recorrido del pistón, se abre la válvula de la derecha o través de lo cual el aire comprimido es enviado al depósito.

Por el fenómeno físico (ya explicado en el capítulo de física - Apartado FS01, cada compresión de aire va siempre acompañada de un aumento de temperatura: de ahí la presencia de las aletas que ofrecen una mayor superficie de enfriamiento (natural o artificial), A igualdad de presión y de caudal de aire a almacenar, la temperatura final puede mantenerse en valores inferiores utilizando compresores de etapas múltiples. El principio es el siguiente: el aire es aspirado por un primer compresor (10etapa) y comprimido a una presión intermedia; antes de pasar a la etapa siguiente, sufre una acción de enfriamiento; en la segunda etapa el mismo aire es comprimido hasta el valor final (si las etapas son dos).Las características de un compresor alternativo son: El caudal teórico: es la cantidad de aire que el compresor es capaz de comprimir en la unidad de tiempo.

- se calcula multiplicando la cilindrada (superficie de pistón por su recorrido), expresada en dm3 por el número de revoluciones por minuto de la manivela; el valor se expresó en Nl/min (sistema practico);

- o bien multiplicando la cilindrada, expresada en m3), por el número de revoluciones por minuto y por 60 minutos; el valor se expresa en Nm3/h (sistema SI).

Caudal suministrado: es el que se mide a la salida del compresor; por

14

hipótesis, si con la compresión de "etapas múltiples" fuese posible aspirar aire a 20°C y obtener aire comprimido a la misma temperatura, la cantidad de aire suministrado correspondería al valor del teórico, En este caso, la compresión se produce de forma «isotérmica».

- por norma, en cambio, la compresión se realiza de forma "adiabática", es decir, con producción de aire comprimido caliente por lo que es necesaria una mayor cantidad de moléculas de aire libre para obtener un mismo volumen a temperatura normal;

- en otros palabras: si se deja enfriar un volumen de aire a 7 bar con uno temperatura de 100°C, se reduciría sensiblemente; por lo tanto, es como haber hecho funcionar el compresor durante un tiempo igual al caso «isotermo», pero con un resultado final inferior;

- este resultado está destinado a disminuir aún más, por la presencia de agua en el aire. como se verá más adelante.

La presión: está determinado por lo relación existente entre volumen inicial y final de la cámara de compresión. Compresores rotativos de paletas - fig. 2 Algunas paletas, con posibilidad de moverse radialmente, están introducidas en ranuras practicadas en un cuerpo cilíndrico cuyo eje de rotación no es coaxial con el cuerpo fijo que los soporto, es más, esto excentricidad es tal que, en una posición particular que queda fija, las dos partes son tangentes. El funcionamiento es el siguiente: el cuerpo central, con su movimiento rotatorio (por medio de un motor eléctrico o de otro tipo) y por efecto de lo fuerza centrífuga, proyecta y mantiene las paletas adherentes al cuerpo fijo por el tiempo que dura el movimiento. La entrada de aire está situada en el lado en el que el volumen entre una paleta y la sucesiva va aumentando; por el contrario, la salida esta hacia la parte en la que el volumen disminuye; entrada y salida se encuentran en la parte opuesta respecto a la línea de tangencia que actúa de separador. La fase de aspiración se produce, por lo tanto, a cada giro en correspondencia de los volúmenes comprendidos entre las cámaras A y D, mientras la fase de compresión se produce entre las cámaras E y H: de este modo, ya diferencia del compresor alternativo, la producción de aire comprimido no tiene fases alternas sino que es de flujo continuo. El enfriamiento del aire puede darse mediante la inyección de aceite que luego se recupera, enfría y recicla.Compresores rotantes de tornillos - fig. 3

15

Están constituidos por dos tornillos sin fin, cada uno de los cuales está provisto de un movimiento independiente de forma que excluye .el contacto entre los flancos, la caja que los contiene está configurada para dejar el mínimo espacio posible alrededor de los husillos mismos.La fig. a) representa, esquemáticamente, la vista frontal de los tornillos que tienen un número distinto de entradas: el aire es aspirado en esta posición y con los órganos en movimiento,

PRINCIPIO DE VENTURI

En el lenguaje corriente el vocablo "fenómeno» se emplea para indicar un hecho extraordinario, mientras que en física la palabra "fenómeno» indica cada variación de la posición y del estado de un cuerpo. Por lo tanto, también consideramos «fenómeno» al resultado de los experimentos que proponemos con nuestra serie de figuras. Supongamos que mantenemos suspendido entre los dedos un disco delgado de metal de sección S y lo desplazamos en el aire a una velocidad constante según una dirección perpendicular a la superficie del disco; este desplazamiento produce una reacción fácilmente perceptible debida o la resistencia opuesta por el aire; esta reacción de valor constante si no varía la velocidad de desplazamiento del disco se mantiene hasta que dura el movimiento.

16

Repetimos lo prueba con otro disco con superficie menor o la del disco anterior, por ejemplo S/2; si mantenemos en el límite de lo posible la misma velocidad de desplazamiento anterior notaremos una menor resistencia del aire. La figura 1) evidencia gráficamente este experimento dando una idea bastante cercana del comportamiento de los fluidos de aire; además demuestra que a igualdad de presión (la atmosférica) la resistencia del aire está en relación con la sección del cuerpo en movimiento. Si ahora consideramos un tubo con una sección interna correspondiente a la del primer disco nos encontraremos con una situación contraria a la anterior ya que en este caso es el aire o presión el que se mueve en el tubo (fig. 2). Supongamos ahora que la presión sea uniforme; en este caso la cantidad de moléculas de aire que pasan a través de las secciones AA y BB es igual y constante sea cual sea la distancia entre las dos secciones (fig. 3); por lo tanto, podemos afirmar que el fluido «viaja" a velocidad constante, ya que ningún obstáculo se interpone en su desplazamiento (fig. 4). Imaginemos ahora que tenemos un tubo de menor sección unido en embudo o ambas partes con otro de sección mayor (fig. 5) en el que hacemos entrar aire con la misma presión que en el ejemplo anterior: está claro que debido a la reducida sección DD, el aire encontrará resistencia a su paso. La fig. 6) refleja esta situación con la presencia de un menor número de moléculas de aire. Conviene subrayar la analogía existente entre la resistencia del aire a los movimientos de los dos discos de distinta sección y la resistencia que el aire encuentra cuando la tubería por la que circula no es de sección constante. Analicemos ahora una ley de física muy importante que afirma: en un intervalo de tiempo igual y con presiones iguales entre dos tubos de distinta presión pasa siempre la misma cantidad de aire. Si observamos las dos secciones CC y DD de la fig. 6) deducimos que por dicha ley la moléculas de aire de la sección DD poseen una velocidad mayor (fig. 7) que las de la sección CC a fin de mantener constante el caudal, es decir, la cantidad de moléculas que pasan en la unidad de tiempo. La consecuencia de este aumento de velocidad de las moléculas es una disminución de la presión respecto a la de entrada a partir del tramo de tubería de sección reducida (fig. 8). Este fenómeno descubierto por el físico italiano Venturi encuentra distintas aplicaciones en neumática; una en especial es la lubricación indirecta de los órganos mecánicos de una instalación que funciona con aire comprimido; su principio de funcionamiento es sencillo: - un tubo en U que contiene un líquido lubricante se conecta con las distintas secciones (fig. 9).

17

- gracias a la diferencia de presión el líquido se ve empujado en la parte de sección reducida y arrastrado por el aire a lo largo de toda la tubería hasta los órganos a lubricar.

LOS COMPRESORES

Con una bomba de bicicleta es posible elevar la presión del aire atmosférico aspirado, desde el valor de un bar al de tres bar: por lo tanto, hay una producción de aire comprimido destinado a las utilizaciones que conocemos, pero que entendemos muy distintas, en términos de capacidad y presión del que nos interesa: la alimentación de una línea de aire comprimido para el funcionamiento de equipos neumáticos. Como ya sabemos por la física, el aumento de la presión del aire es la consecuencia directa de la disminución de su volumen, lo que es provocado de forma manual por la bomba de bicicleta y mecánicamente en las máquinas para la producción industrial de aire comprimido. Las máquinas que producen aire comprimido, según este principio, se llaman compresores volumétricos. Se dividen en alternativos o rotativos, según el movimiento del órgano mecánico que determina la reducción progresiva del volumen de aire aspirado. Descripción del funcionamiento del compresor alternativo - fig. 1

18

El movimiento de algunos órganos internos es igual al de un motor de gasolina de dos tiempos; la diferencia fundamental es que, en el compresor, el mecanismo de biela y manivela debe recibir el movimiento de otra máquina rotativa (un motor eléctrico o de otro tipo). Los «dos tiempos» se representan en las figuras siguientes:

a) El pistón, en fase descendente, aspira aire libre a través de la válvula de la izquierda mientras que la derecha se queda cerrada.

b) En fase ascendente, se cierra en seguida la válvula de la izquierda y, en cierto punto del recorrido del pistón, se abre la válvula de la derecha a través de la cual el aire comprimido es enviado al depósito.

Por el fenómeno físico (ya explicado en el capítulo de física - Apartado FS 01), cada compresión de aire va siempre acompañada de un aumento de temperatura: de ahí la presencia de las aletas que ofrecen una mayor superficie de enfriamiento (natural o artificial). A igualdad de presión y de caudal de aire a almacenar, la temperatura final puede mantenerse en valores inferiores utilizando compresores de etapas múltiples. El principio es el siguiente: el aire es aspirado por un primer compresor (10 etapa) y comprimido a una presión intermedia; antes de pasar a la etapa siguiente, sufre una acción de enfriamiento: en la segunda etapa el mismo aire es comprimido hasta el valor final (Si los etapas son dos). Las características de un compresor alternativo son: el caudal teórico: es la cantidad de aire que el compresor es capaz de

comprimir en la unidad de tiempo - se calcula multiplicando la cilindrada (superficie de pistón por su recorrido),

expresada en dm3, por el número de revoluciones por minuto de la manivela; el valor se expresa en Nl/min (sistema práctico);

- o bien multiplicando la cilindrada, expresado en m3, por el número de revoluciones por minuto y por 60 minutos; el valor se expresa en Nm3/h (sistema S.I.).

caudal suministrado: es el que se mide a la salida del compresor; por hipótesis, si con la compresión de "etapas múltiples" fuese posible aspirar aire a 20°C y obtener aíre comprimido a la misma temperatura, la cantidad de aire suministrado correspondería al valor del teórico. En este caso, la compresión se produce de forma «isotérmica». - por norma, en cambio. la compresión se realiza de forma "adiabática", es

decir, con producción de aire comprimido caliente por lo que es necesaria una mayor cantidad de moléculas de aire libre para obtener un mismo volumen a temperatura normal;

19

- en otras palabras: si se deja enfriar un volumen de aire a 7 bar con una temperatura de 100°C, se reduciría sensiblemente; por lo tanto, es como haber hecho funcionar el compresor durante un tiempo igual al caso «isotermo». pero con un resultado final inferior;

- este resultado está destinado a disminuir aún más, por la presencia de agua en el aire, como se verá más adelante.

- la presión: está determinada por la relación existente entre volumen inicial y final de la cámara de compresión. Compresores rotativos de paletas - fig. 2 Algunas paletas, con posibilidad de moverse radialmente, están introducidas en ranuras practicadas en un cuerpo cilíndrico cuyo eje de rotación no es coaxial con el cuerpo fijo que los soporta, es más, esta excentricidad es tal que en una posición particular que queda fija, las dos partes son tangentes El funcionamiento es el siguiente: el cuerpo central, con su movimiento rotatorio (por medio de un motor eléctrico o de otro tipo) y por efecto de la fuerza centrífuga, proyecta y mantiene las paletas adherentes al cuerpo fijo por el tiempo que dura el movimiento. La entrada de aire está situada en el lado en el que el volumen entre una paleta y la sucesiva va aumentando; por el contrario, la salida está hacia la parte en la que el volumen disminuye; entrada y salida se encuentran en la parte opuesta respecto a la línea de tangencia que actúa de separador. La fase de aspiración se produce, por lo tanto, a cada giro en correspondencia de los volúmenes comprendidos entre las cámaras A y D. mientras la fase de compresión se produce entre los cámaras E y H; de este modo, y a diferencia del compresor alternativo, la producción de aire comprimido no tiene fases alternas sino que es de flujo continuo. El enfriamiento del aire puede darse mediante la inyección de aceite que luego se recupera, enfría y recicla. Compresores rotantes de tornillos· fig. 3 Están constituidos por dos tornillos sin fin, cada uno de los cuales está provisto de un movimiento independiente de forma que excluye el contacto entre los flancos: lo caja que los contiene está configurada para dejar el mínimo espacio posible alrededor de los husillos mismos. La fig. a) representa, esquemáticamente, la vista frontal de los tornillos que tienen

un número distinto de entradas: el aire es aspirado en esta posición y con los órganos en movimiento.

La fig. b) muestra el extremo de una hélice de los tornillos que pasa delante de la entrada de aspiración y la cierra, mientras se reduce el espacio a disposición del aire que ha entrado: a partir de este momento inicia la fase de compresión.

20

- lo arriba indicado se produce en cada revolución por el número de entradas del tornillo de la izquierda.

Compresores dinámicos Se emplean para comprimir grandes cantidades de aire: el principio de funcionamiento es el de poner en movimiento el aire por medio de rotores con álabes; la energía de movimiento que el aire adquiere es transformada en energía de presión antes de su salida del compresor. Por la forma del rotor, el compresor se clasifica en radial o bien axial; sin entrar en la peculiaridad constructiva, observando las figuras siguientes, es posible hacernos una idea de los dos tipos: - fig. 4 tipo radial: el primer rotor recibe el aire libre y, a través de los alabes, lo

proyecta radialmente hacia un conducto conectado al aspirador del segundo rotor y así sucesivamente.

- fig. 5) tipo axial: el movimiento del aire mantiene, en cambio, una dirección paralela al eje del rotor.

Elección del compresor El dato más importante a establecer es su caudal calculando en Nm3/h: corresponde a la suma de todos los consumos de aire de los aparatos a alimentar y que se pueden subdividir en dos grupos: - los de consumo continuo como los de cilindros destinados al funcionamiento de

una máquina o de una instalación; para un cálculo exacto ver el párrafo C19 del capítulo sobre cilindros.

- los de consumo intermitente como taladros, destornilladores, esmeriladoras. etc.: su consumo está indicado por el fabricante: sin embargo, es necesario tener en cuenta la discontinuidad de su servicio, por lo que este dato debe multiplicarse por un coeficiente variable según el aparato - para los indicados aproximadamente de 0.25.

A la suma de los consumos arriba indicada es recomendable añadir un valor correspondiente aproximadamente de 5, como compensación de las posibles pérdidas de la instalación de distribución y, en previsión de la conexión de posibles aparatos, un aumento sucesivo de, al menos, el 50. El otro dato para la elección del compresor es la presión: su valor se elige entre el más alto necesario para los usuarios y sumando la caída de presión prevista en la Instalación (si es de valor sensible). De todas formas, la presión recomendable es de 7 bar, un valor más alto implica un mayor: - costo de adquisición del compresor - consumo de energía eléctrica

21

En caso de utilizaciones con una presión de ejercicio forzosamente más elevada, es recomendable aislar los aparatos de la red y alimentarlos con un compresor adecuado. La elección del tipo de compresor puede limitarse, para caudales pequeños y medianos, a los dos tipos más comunes: el alternativo y el rotativo de paletas.

DEL COMPRESOR AL DEPÓSITO DE ACUMULACIÓN DE AIRE

En muchas instalaciones se trata de una etapa forzada que es necesario hacer cumplir al aire comprimido antes de ser introducido en la red de distribución. Los posibles restos de impurezas procedentes del aire aspirado y sobre, todo, la concentración de cierta cantidad de vapor de agua destinado a condensarse en agua, deben de eliminarse lo más posible a lo largo de este tramo, según el orden de los elementos indicados en la figura 1. La primera intervención al respecto está, sin embargo, antes del compresor mismo: nos referimos al ambiente que está destinado a alojarlo junto al resto de la instalación. El local debe de poseer los dos requisitos siguientes imprescindibles: - la ventilación para permitir el recambio del aire recalentado. - la limpieza del local y anexos para no aumentar las impurezas ya contenidas en

el aire procedente del exterior. En estas condiciones, el compresor puede también aspirar el aire directamente del local, pero siempre a través de un elemento intermedio llamado filtro, cuya

22

función es la de retener el mayor número de impurezas que estén presentes en el aire aspirado. Hablamos con anterioridad de lo que se produce en el compresor, analicemos ahora el primer elemento conocido con el nombre de refrigerador: sirve para reducir la temperatura del aire comprimido (que puede alcanzar incluso los 200°C) para provocar la transformación de gran parte del vapor de agua. El aire que respiramos contiene siempre la humedad que se crea como consecuencia de la evaporación de las masas de agua existentes en la tierra; nos damos cuenta de ello sobre todo en los meses de verano, cuando el grado de humedad hace difícil incluso la respiración. Sin embargo, este aire es el mismo que aspira el compresor y se concentra, sin ninguna pérdida de humedad, en un volumen menor porque el aire es comprimido. Para dar una idea de la cantidad de este agua, absolutamente nociva para cualquier tipo de utilización, señalamos estos datos: a una temperatura de 25°C, cada m3 de aire libre contiene alrededor de 23 gr. de agua en forma de vapor; si consideramos luego que para obtener 1 m3 de aire a la presión de 6 bar son necesarios alrededor de 7 m3 de aire libre, tenemos un total de 23 x 7 = 161 gr. de agua por cada m 3 de aire comprimido que, de no eliminarse, iría a parar a la instalación de utilización. El enfriamiento del aire comprimido en el refrigerador, puede producirse de dos modos: por aire o por agua. El principio de funcionamiento del de aire es el mismo que el del radiador de automóvil: el aire caliente (y no el agua) es investido por una corriente de aire frío procedente del ventilador. El funcionamiento del refrigerador de agua, representado esquemáticamente en la Fig. 2, es el siguiente: en el interior de un cilindro, el aire caliente pasa a través de una tupida red de tubos completamente sumergidos en agua corriente. Por el fenómeno de la conducción, el aire cede calor al agua con la consiguiente reducción de la temperatura y la transformación en agua de gran parte del vapor (agua que se recoge en el fondo y se envía directamente al pozo de descarga). La elección del refrigerador de agua se debe realizar sobre la base de los datos siguientes:- caudal efectivo del compresor - temperatura del aire en salida del refrigerador Por norma, para el funcionamiento de herramientas y servomecanismos (cilindros y válvulas) no se debe sobrepasar la temperatura de 40°C. Cada compresor está dimensionado para asegurar su funcionamiento 24 horas al día, lo que indica que una instalación de utilización en ciclo continuo que requiere que todo el aire producido por el compresor podría estar conectada al mismo por medio del refrigerador, pero sin depósito de acumulación de aire. El depósito es recomendable por las razones siguientes: - amortigua las pulsaciones provocadas por el compresor de tipo alternativo

23

- permite coger, temporalmente, una cantidad de aire superior a la producida con un mínimo descenso de la presión de red

- sirve de reserva de aire en el caso de interrupción de energía eléctrica - asegura una estabilidad de presión en la red - aumenta las posibilidades de depósito de la condensación - ahorro de energía eléctrica con la utilización de compresores de caudal menor,

a igualdad de presión El depósito está construido en chapa de hierro soldada en forma de cilindro y cerrado con tapas de forma semiesférica: su grosor y las soldaduras deben excluir cualquier peligro de explosión bajo presión: por esta razón cada depósito está provisto de una válvula de seguridad (que descarga automáticamente al aire más allá de cierta presión) y está sometido a comprobaciones periódicas por parte de las autoridades propuestas a tal efecto. En el depósito se encuentran las siguientes aperturas con bridas o rascadas: - conexión del manómetro sobre la parte alta - salida del aire comprimido en la

parte alta - entrada del aire en la parte baja - descarga de la condensación por la tapa inferior.

Para la elección del volumen V del depósito, es necesario tener en cuenta dos características del compresor: - el caudal Q en Nm3/h. - el funcionamiento que puede ser:

de marcha continua: cuando alcanza la presión deseada, interrumpe la producción de aire aun siguiendo la rotación: el reinicio se produce cuando la presión baja, aproximadamente, un 10% de la que provocó la interrupción. de marcha y parada: una vez alcanzada la presión deseada, el compresor se para y vuelve a funcionar cuando la presión desciende por debajo del valor arriba indicado.

Para un funcionamiento de marcha continua, el volumen del depósito puede ser determinado por la fórmula V = Q/600; para el funcionamiento de marcha parada, el volumen debe de resultar progresivamente mayor en relación con el número de los arranques del compresor en el espacio de una hora; a una parada más larga debe de corresponder un volumen mayor del depósito. Tomemos ahora en consideración los siguientes detalles, igualmente necesarios, aunque menos importantes desde el punto de vista constructivo y funcional: - válvulas de esfera: (fig. 3) con una rotación máximo de 90°, abren y cierran el

paso del aire (o de la condensación de descarga) con seguridad de retención y rapidez de movimiento

- su presencia entre cada elemento permite las operaciones de mantenimiento sin tener que descargar el aire de la instalación.

24

- - el filtro: su utilización puede estar justificada en los casos en los que sea necesaria una mayor pureza del aire.

- recogedor de condensación: es un recipiente de dimensiones reducidas que tiene por objeto el hacer precipitar la condensación que el refrigerador no pudo retener.

DEL DEPÓSITO A LA UTILlZACIÓN

Nos referimos a la red primaria y secundaria que unen el depósito a cada toma de aire para la utilización. Por red primario entendemos la tubería que sale del depósito y recorre, en sentido horizontal, toda la planimetría del local a servir: puede realizarse como circuito: - abierto (fig. 1): recomendable en los casos en los que el consumo de la

instalación no supera los 100 Nm3/h y cuando no se produce una simultaneidad de utilizaciones a lo largo de toda la red; sin embargo, presenta los inconvenientes siguientes: - la caída de presión aumenta cuanto más lejos del depósito - es imposible efectuar seccionamiento temporales de la red sin interrumpir la

alimentación de la parte no interesada.

25

- cerrado (fig. 2): la red primaria sale y vuelve al depósito tras recorrer, con la misma sección de tubo, todo el perímetro del local a lo largo del cual se encuentran los varios usuarios: es una solución mejor que la anterior, puesto que ofrece las ventajas siguientes: - uniformidad de presión en cualquier condición de utilización de aire (continua

o a intervalos) - posibilidad de insertar seccionadores en las posiciones previstas para

ampliaciones sucesivas de la red, y en cualquier caso, para eventuales intervenciones de mantenimiento.

- trenzado (fig. 3): preferible al anterior en todos los casos en los que los usuarios estén distribuidos por el local.

En cambio, por red secundaria se entiende el tramo vertical, de menor sección, comprendido entre la red primaria y el recolector de condensación; a lo largo de este tramo se encuentran una o más tomas para la conexión de los usuarios por medio de un tubo rígido o flexible. Si releemos lo que se escribió acerca de la elección del compresor, notamos que no se hace mención alguna de la red de distribución; en efecto, la misma debe considerarse como una prolongación del efecto «pulmón» del depósito puesto que se llena una sola vez (en cada puesta en marcha de la instalación). La red de distribución primaria debe, por lo tanto, dimensionarse de forma que mantenga el aire a la misma presión del punto 0 al punto más extremo del circuito. Sin embargo, sabemos que esto es físicamente imposible, también con tuberías de diámetro grande puesto que el aire, en su trayectoria, encuentra siempre resistencias que reduce su presión. Para un dimensionamiento correcto del diámetro interno de una tubería primaria, es necesario tener en cuenta lo siguiente: - la caída de presión que se desea admitir entre los dos puntos extremos de la

instalación; cuanto más bajo es este valor, mayor será el diámetro y, por consiguiente, el costo de toda la instalación; por contra, se tendrá un consumo de aire menor por la menor pérdida de presión a recuperar;

- el consumo de aire necesario para todas las utilizaciones presentes y futuras; este valor puede ser el mismo que sirvió para la elección del compresor, sustrayendo el valor del coeficiente de reducción que tenía en cuenta un servicio intermitente de algunos tipos de utilización;

- las conexiones y las válvulas: con su utilización, por otro lado imprescindible, se altera la continuidad de la sección de paso, por lo que se manifiesta una caída de presión;

- sin embargo, el dimensionamiento de una tubería es un aspecto del problema «distribución»; su correcta elección puede quedar anulada por una colocación

26

errónea; de ahí la necesidad de conocer las siguientes normas elementales de instalación:

- (fig. 4): caída de 1 cm cada 2 m. de tubería en el sentido de flujo del aire; - retomar la caída cada 40/50 m. con la instalación de un recolector de - condensación; - el terminal de cada línea abierta debe de cerrarse por un recolector de

condensación; - derivación de las líneas secundarias con radio o conexión hacía abajo

y en el sentido del movimiento del aire: Fig. 5 con tubos soldados; Fig. 6 con tubos y conexiones de tipo hidráulico;

- el extremo de cada pendiente debe tener su propio recolector de condensación y cada toma su válvula de seccionamiento.

CALCULO DE LAS TUBERIAS Para el dimensionamiento del diámetro interno de una tubería primaria se pueden seguir dos métodos: - «analítico» que tiene en cuenta las pérdidas de carga en los distintos ramales

de la red: es un método riguroso pero largo: - «gráfico», es más simple y práctico, que se sirve de un nomograma en que

están representadas todas las magnitudes que interesan para el dimensionamiento: el eje de los diámetros tiene una escala doble para facilitar la lectura directa del valor expresado;

- en pulgada gas si se quiere utilizar el tubo utilizado en los instalaciones hidráulicas y de calentamiento;

- en milímetros, si la tubería es de tubos de acero normales.

27

El nomograma, es decir, la representación gráfica de las dependencias de más variables, se presta a utilizaciones diversas: nos limitamos a describir los dos más significativas, subrayando que sólo el nomograma más grande está completo con los valores de cada variable (en escala logarítmica). Con respecto a los otros dos, indicamos solamente dos ejemplos. Buscar el diámetro interno de una tubería primaria para una red de distribución de una instalación con las siguientes características, escritas según el orden de los ejes respectivos: - largura total de la tubería 500 m. - caudal máximo 1000 Nm3/h - presión de ejercicio 6 bar - caída de presión establecida 0,1 bar Procedimiento a seguir: - individuar el valor de 500 m. - lo mismo para el valor de 1000 Nm3/h - unir los dos puntos y prolongar el segmento hasta el eje A de referencia

individual el valor de 6 bar - lo mismo para el valor de 0,1 bar - unir los dos puntos con un segmento - unir los dos puntos de intersección de los dos ejes A y B - el punto de intersección con el eje de los diámetros, determina el valor buscado:

en el ejemplo es ligeramente superior al valor de G 4, pero muy lejos del de G5: por otro lado, en el mercado no existe una medida intermedio; al diámetro externo de G4 (alrededor de 113 mm) corresponde un diámetro interno de aproximadamente 105 mm.

El otro ejemplo es el relativo a la caída de presión que se crea en la misma red de distribución en el caso en el que el compresor se sustituyera por otro de capacidad triple y con presión de 7 bar. El procedimiento a seguir es el siguiente: - individual el valor de 500 m. - lo mismo para el valor de 1000x3 = 3000 Nm3/h - unir los dos puntos con un segmento y prolongarlo hasta el eje A - unir este punto con aquel en correspondencia del diámetro del tubo (G4) y prolongar el segmento hasta el eje B - trazar el segmento que, desde el valor de 7 bar y pasando por la intersección de los dos ejes A y B, llegue sobre el eje de las caídas de presión: en el ejemplo, el valor indicado es superior a 1 bar e inferior a 1.5 bar. Observamos que, a igualdad de caudal, un compresor que llego a una presión superior a 7 bar permite una reducción de la caída de presión. Esto está justificado

28

por el hecho de que una misma cantidad de aire aspirado, disminuye de volumen con el aumento de la presión. NOTA: el nomograma ya tiene en cuenta la caída de presión en consecuencia de las conexiones y válvulas utilizadas en la red primaria de distribución.

TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO - EL FILTRO

Cualquier aparato alimentado con aire comprimido funciona siguiendo un movimiento alternativo o rotativo. Por tanto, la presencia de polvillo y de humedad deja incrustaciones que en poco tiempo acarrean los siguientes inconvenientes: - una reducción de la potencia y del rendimiento productivo de los aparatos. - un aumento de los costos de mantenimiento, así como los de montaje y, con el

paso del tiempo, la obstrucción de las conducciones y de las compuertas con el resultado de una mayor caída de presión y la consiguiente disminución del rendimiento final.

A las impurezas antes indicadas debe añadirse el aceite deteriorado y sucio, que sale del compresor. Todo esto no podrá eliminarse totalmente a través de la serie de elementos, completamente necesarios, que se encuentran instalados antes de cada toma de aire del aparato.De todo esto se deriva la necesidad de insertar un ulterior dispositivo de filtrado

29

que asegure definitivamente la purificación del aire reduzca al mínimo la caída de presión. Funcionamiento del filtro - fig. 1 El aire comprimido choca contra la pantalla A cuya forma produce un movimiento turbulento del mismo que hace que las partículas líquidas o sólidas choquen contra la pared del vaso D se separen o se depositen en su fondo. Posteriormente, el aire sale a través de un cartucho filtrante B (normalmente de bronce sintetizado de porosidad variable según las exigencias) que tiene la misión de retener una buena parte de las microimpurezas, no afectadas por el efecto centrífugo y que, por tanto, podrían continuar en el aire en la salida. El disco C sirve además de separador entre la zona «turbulenta" y la parte «en depósito» con el fin de evitar el regreso en círculo de las impurezas eliminadas. En la parte inferior del vaso D está situado un dispositivo de vaciado que puede ser de tres tipos: - manual (fig. 2): es necesario desatornillar el tapón para liberar el orificio de paso

de líquido - semiautomático (fig. 3): durante el funcionamiento de la instalación, la presencia

del aire mantiene cerrado la descarga: en ausencia de presión el muelle abre la misma descarga.

- - automático (fig. 4): con la instalación en funcionamiento, cuando la cantidad de líquido ha alcanzado un nivel límite provoca, mediante un flotador A, un paso de aire que va a alimentar un pequeño cilindro cuyo pistón B actúa sobre un obturador C que abre la descarga del líquido para después volverse a cerrar solo si el flotador ha vuelto a bajar.

Independientemente del uso de una de las tres descargas arriba citadas, el filtro debe desmontarse periódicamente para su limpieza y la sustitución del cartucho filtrante.

30

NOTA: Está ya generalizado el empleo de vasos metálicos con nivel exterior en sustitución de los de material plástico sujetos a frecuentes roturas con peligro de accidentes.

TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO EL REGULADOR DE PRESION

El regulador es un componente neumático cuyo fin principal es el de reducir la presión al valor que necesitan uno o más usuarios a él unidos. Otra función estrictamente ligada a la primera es la de mantener la presión secundaria siempre a un mismo valor, independientemente de las variaciones de presión de la red y del caudal a la salida del regulador. Precisamos que el regulador, como cualquier otro componente neumático, origina una caída de presión en relación a la necesidad de aire (como tendremos ocasión de ver en un próximo capítulo) Funcionamiento del Regulador Con el fin de mostrar con mayor claridad el comportamiento de los componentes internos al variar las dos magnitudes, presión y temperatura, a la salida, dibujamos en los figuras de la página siguiente algunas situaciones de funcionamiento: fig. 1) - representa el regulador en su conjunto y en posición de reposo, en

realidad, debemos considerar que el muelle B está tarado aún sin ser

31

tensado por el tornillo A por lo que el disco C no puede actuar sobre la membrana D.

- en el centro del disco hay un orificio E (del que explicaremos la utilización) que se mantiene cerrado, hermético, por un vástago H soldado a un platillo G sobre el cual actúa un muelle F.

- en estas condiciones no hay movimiento de aire porque el platillo mantiene cerrado el paso.

fig. 2) - representa el momento en que se inicia la intervención manual, en sentido horario, sobre el tornillo, la sucesión de movimientos en el interior del regulador es la siguiente: el muelle grande se comprime, influye sobre el disco el cual hace bajar la membrana, el vástago y el platillo. El resultado es un flujo de aire, en relación al número de vueltas del tornillo y por lo tanto a la tensión del muelle.

fig. 3) - con el circuito utilizador en condiciones de reposo, la presión ha alcanzado el valor deseado; a través del orificio L dicha presión actúa sobre la membrana equilibrando la fuerza del muelle grande

- por el empuje del muelle F y del aire de entrada, el platillo se eleva y cierra el flujo: esta situación se verifica cada vez que se crea un equilibrio momentáneo entre tensión que tiene el muelle grande y el empuje ejercido por el aire bajo la membrana.

fig. 4)- con el circuito utilizador en función se requiere aire con la consecuente caída de presión, en este momento entra automáticamente en funcionamiento el regulador actuando de la forma siguiente: - la disminución de presión bajo la membrana rompe el equilibrio existente,

el muelle grande hace descender de nuevo el platillo G por lo que se inicia un flujo de aire hasta que se restablece las condiciones anteriores de la fig. 3.

fig. 5) - para eliminar eventuales sobrepresiones o para disminuir la presión a la salida actuando en el tornillo A, el regulador actúa de esta manera: - la sobrepresión o la disminución de la fuerza del muelle levanta la

membrana la cual se suelta del vástago permitiendo así la apertura del orificio E que descarga al exterior el exceso de presión; al restablecerse el equilibrio presión-muelle, se vuelve a las condiciones de la fig. 3.

A igualdad de dimensiones, los reguladores están disponibles con muelles de varias graduaciones para satisfacer diversos campos de utilización. Para reducir dimensiones y costos, el regulador se construye conjuntamente con el filtro en una sola pieza, comunicando la parte central del filtro con el platillo del regulador; las conexiones al grupo están preparadas con la entrada por la parte

32

del filtro y la salida por la del regulador.

TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO PARA USOS EL LUBRICADOR

La lubricación impide el «gripado», es decir la soldadura de dos superficies en movimiento relativo entre ellos. Sin embargo, antes de alcanzar el límite que bloquea el movimiento, existen igualmente otras razones que precisan de la intervención de un sistema de lubricación: la reducción del desgaste, las pérdidas por fricción y la protección contra la corrosión. En las instalaciones neumáticas, el componente que pasamos a describir, utiliza el aire para el transporte del aceite (usado como lubricante) en los utilizadores que el aire pone en movimiento. El componente utilizado es un lubricador de niebla que utiliza el efecto Venturi. El principio de funcionamiento es el siguiente: fig. 1) - el platillo A provisto de una membrana elástica y asistido por el muelle,

permite proporcionar el efecto Venturi. El émbolo B, además del tubo Venturi tienen unos fresados laterales para permitir un caudal normal de aire sin provocar caídas de presión importantes.

fig. 2) - El vaso C que contiene el aceite está en comunicación con la entrada de

33

aire (véase también Figura 4): la depresión creada por el efecto Venturi, conjuntamente con la presión que el aire ejerce sobre lo superficie del aceite, no hacen subir por el tubo conductor hasta la cúpula piloto (véase, así mismo la figura 3).

fig. 3) - El tornillo de aguja D permite regular el paso del aceite: todo el aceite que pasa entra en la línea, por ello se debe regular el número de gotas en proporción a la necesidad de aire.

- La esfera E impide al aceite volver al vaso cada vez que se interrumpe el paso de aire (el utilizador en función): la cantidad de aceite que permanece en la esfera queda de este modo disponible para ser utilizada inmediatamente para la repetición.

fig. 4) - para poder introducir aceite durante el funcionamiento, el aire que presuriza el vaso está interceptado por el dispositivo F; desenroscando el tapón se cierra automáticamente la conexión con la entrada y se abre el paso de descarga o través del orificio practicado en el mismo tapón, después podemos sacar el tapón para rellenar el depósito con aceite.

Para que se pueda verificar el efecto Venturi, una cantidad mínima de aire debe atravesar el lubricador, indicando generalmente el fabricante esta cantidad necesaria. No se pueden usar todos los tipos de aceite; entre sus características se debe tener en cuenta la posibilidad de ser transportado en el modo descrito y su compatibilidad con los retenes de estanqueidad de las válvulas y los cilindros. El tipo adecuado deberá tener una viscosidad comprendida entre 3° y 5° en la escala Engler. Con la lubricación de niebla lo distancia máxima que se puede alcanzar será cercana a 8/10 metros. Al igual que para los filtros, el empleo de los vasos de metal con nivel externo para el aceite se ha generalizado para los lubricadores. NOTA: El aire comprimido, agotada su potencialidad a través del funcionamiento del utilizador, vuelve a la atmósfera transportando consigo partículas de aceite que, por su ligereza, quedan suspendidas en el entorno de trabajo, con la evidente posibilidad de perjuicios por su inhalación por el hombre o contaminación del producto en su elaboración (productos alimenticios o farmacéuticos). No tomamos por ello en consideración el tipo de lubricador de microniebla, siempre de menor utilización, porque produce partículas de aire todavía más ligeras lo que supone un mayor peligro de contaminación en el ambiente. Con la lubricación de niebla es siempre posible eliminar la mayor parte del aceite, acompañado las descargas con filtros apropiados. La tecnología moderna tiende además a limitar el empleo de aceite realizado componentes que funcionan con aire no lubricado.

34

DIMENSIONAMIENTO DE UN GRUPO FRL

Los tres elementos descritos sólo se encuentran reunidos en un grupo FRL (de las iniciales de cada uno) para obtener las tres funciones combinadas. El símbolo que representa el grupo se puede representar de forma simplificada (Fig. a) o «detallada» (Fig. b); a veces, la exigencia de cada instalación requiere soluciones diversas que pueden ser:

- FR + L en dos elementos individuales - F+2R+2L un filtro que alimenta 2 utilizadores funcionando a presiones

diferentes (Fig. c) - FR o F + R ausencia de lubricador

Además de las funciones específicas de cada elemento, su unión (parcial o total) debe garantizar el caudal necesario al utilizador, por tal motivo se fabrican en dimensiones diferentes y designados sobre la base de la rosca (gas) de las entradas; las más comunes son: G1/8-G1/4-G3/8-G1/2-G3/4-G1 - etc. Un dato importante para un grupo FRL es el valor de caudal máximo expresado, como se sabe en NI/min o in Nm3/h. Para entender el significado de caudal máximo, pongamos un ejemplo; supongamos que un grupo FRL debe servir para 3 utensilios neumáticos que requieren un caudal de aire libre, de 500 NI/min, a la presión de 6 bar: si existe la

35

posibilidad de que funcionen al mismo tiempo es preciso prever las dimensiones del grupo FRL sobre la base de los tres consumos, es decir: 3x500= 1500 NI/min. Esta cantidad de aire deberá poder pasar por cada uno de los elementos experimentando la menor caída de presión; es preciso, además, tener presente que mientras el filtro y el regulador vienen alimentados por la presión de la red, el lubricador tiene una presión menor que deberá resultar igual a la solicitada por los utilizadores a lubricar. Mediante el uso de diagramas, es posible hacer una selección cuidadosa de cada dispositivo teniendo en cuenta después de su acoplamiento que no es necesario hacerla con la misma sección de entrada (basta pensar en la combinación F+2R+2L). Los diagramas representados son los relativos a una presión de red de 7 bar; advertimos, sin embargo, que el cambio de estos valores comporta una variación análoga del caudal y por consiguiente de la evolución de las curvas. Como ejemplo de lectura, escogemos el valor de 1500 Nl/min en el filtro. - En la vertical que aparte del valor de 1500 NI/min, se producen dos

intersecciones, una con la curva relativa a una entrada de G1 y otra con la de G1/2; la entrada de G 1/4 se excluye totalmente. Entre las dos es posible escoger la entrada de G1/2: observamos que la caída relativa de presión es mínima e influye sólo sobre la presión disponible en la alimentación del regulador (y no en la del utilizador).

- Observamos el gráfico del regulador realizado para una reducción de la presión a 6 bar: con la exclusión evidente de la entrada de G 1/4 existe a diferencia del filtro, una duda con respecto a la elección entre la de G 1/2 y la de G 1, considerando la diferencia en los valores de caída de presión; en efecto, la entrada de G 1/2 provoca una caída cercano a 0,6 bar contra la de 0,3 bar de la entrada G 1.

- El gráfico relativo al lubricador está previsto para una presión teórica de 6 bar en la salida del regulador; a igualdad de caudal requerido, si queremos utilizar la entrada G 1/2 la caída de presión es de 0,2 bar mientras que desciende a 0,08 para la entrada de G 1. Las dos caídas de presión (regulador y lubricador) se suman por lo que obtenemos los siguientes resultados a la salida del lubricador

- entrada de G 1/2 0,6+0,2 = 0,8 bar de caída 6 - 0,8 = 5,2 bar - entrada de G 1 0,25+0,08 = 0,33 bar de caída 6 - 0,33 = 5,67 Bar - La primera valoración para la elección de una de las dos entradas debe hacerse

teniendo en cuenta los efectos que la disminución de presión puede provocar en el rendimiento de los utilizadores. Obviamente resulto posible reducir el

36

efecto de la caída de presión a la salida del grupo FRL, aumentando el valor de la presión del regulador. Razones de costo y de dimensiones condicionan su elección definitiva.

NOTA: En el gráfico del regulador se indican las características relativas también en cuanto a la presión en salida de 4 bar para mostrar que, a una presión menor, los caudales disponibles son inferiores. Por ejemplo, si en el caso contemplado hubiera sido necesaria una presión de 4 bar, la elección del regulador y del lubricador se habría hecho sobre la entrada de G 1.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El cilindro es un «motor», es decir, un medio capaz de «generar una fuerza a expensas de una energía natural». En efecto, utiliza el aire comprimido (A/C) como propelente. Su principio de funcionamiento es exactamente el opuesto al de la bomba de una bicicleta; en esta es la fuerza muscular del hombre la que actúa sobre el pistón y empuja el aire atmosférico para obtener una presión en el interior del neumático. Por el contrario, en el cilindro la presión de A/C actúa sobre la superficie del pistón para obtener una fuerza; se consigue de este modo un movimiento siguiendo una trayectoria rectilínea, a condición de que el aire contenido en la cámara opuesta esté en comunicación con el exterior, es decir, en descarga (Fig. 1). Con el fin de que la presión del aire pueda estar enteramente disponible sobre la superficie del pistón, se debe asegurar una «estanqueidad», es decir, impedir que el aire pase a la cámara opuesta; si esto ocurre, es inevitable una pérdida de

37

presión con el resultado de una menor fuerza desarrollada por el cilindro. Observamos lo siguiente: - fig. 2 - una superficie del pistón cierra el paso de entrada de aire. - fig. 3 - un anillo mantiene el pistón distanciado. Por el Principio de Pascal los dos pistones están sometidos a una fuerza de empuje igual al producto entre la presión en bares y la superficie empujada por el aire; es fácil intuir que a igualdad de presión, sobre el pistón de la Fig. 3 actúa un empuje inicial mayor, es decir, se mueve antes (suponiendo que el de la Fig. 2 pueda moverse). Por consiguiente, una de las condiciones para obtener un empuje inicial suficiente para mover el pistón es la presencia de un espacio por delante del mismo; tal espacio, inicialmente a presión atmosférica, logra la presión absoluta (presión de trabajo más UN bar) apenas recibe aire comprimido; es en este punto que interviene el «principio» arriba indicado que hará mover el pistón. La continuidad del movimiento del pistón está después asegurada por la cantidad de aire (caudal) que mantiene siempre constante o casi, la presión de empuje sobre el pistón también cuando la llegado al final de su recorrido. Volvamos a las figuras 2 y 3; en el instante que precede al inicio del movimiento los dos pistones que tienen el mismo diámetro ofrecen al aire en entrada una superficie distinta del propio pistón a causa del anillo distanciador.Suponiendo que el pistón de la Fig. 2 pueda partir y que la presión del aire sea igual, la diferente situación interna se manifiesta con un retraso en el movimiento del pistón de la Fig. 2; sin embargo, una vez comenzado su movimiento, los dos cilindros desarrollan la misma fuerza porque la superficie de los mismos es igual. Observamos las figuras 4 y 5: - los dos pistones no tienen el mismo diámetro pero se encuentran ambos contra

el anillo distanciador; por tanto existe una situación igual para el empuje inicial. - Supongamos una igualdad de presión del aire que alimenta el espacio anterior

a cada pistón; su diferente superficie produce, por el Principio de Pascal, una fuerza de empuje distinta que varía con el cuadrado de los dos diámetros; esto es, al cilindro con pistón de diámetro doble corresponde una fuerza de empuje cuatro veces mayor; si de valor triple es nueve veces mayor.

38

Observamos ahora las figuras 6 y 7: - los dos cilindros tienen igual el diámetro y el espacio anterior al pistón pero

están alimentados por presiones distintas; siempre por el Principio de Pascal, al cilindro con mayor presión corresponde una fuerza de empuje mayor, tanto al inicio como durante el movimiento.

- en este caso. sin embargo, la fuerza de empuje es directamente proporcional al valor de la presión de alimentación.

COMPONENTES Y TERMINOS DE UTILIDAD

A la nomenclatura de las partes componentes de un cilindro adjuntamos las definiciones típicas que encontraremos a continuación, además que en su aplicación práctica. Comenzamos con la nomenclatura:Cuerpo o tubo - su diámetro interior o «calibre» es el elemento determinante

para la selección del cilindro.- su longitud determina el recorrido del pistón.

Pistón - es el órgano móvil dotado de dispositivos que garantizan la estanqueidad; su movimiento es rectilíneo alternativo.

39

Vástago - está unido al pistón para transmitir al exterior el movimiento.Cabezal Posterior - asegura la unión mecánica y la estanqueidad neumática con el

cuerpo en el que se han realizado los orificios de entrada y salida del aire.

Cabezal Anterior - el anterior hace también de soporte para el vástago

Las definiciones son:Espacio Nocivo - es el espacio que queda entre un cabezal y el pistón cuando

éste se encuentra al final del recorrido.Cámara positiva - es el espacio comprendido entre el pistón y el cabezal posterior.

- su volumen varía de un mínimo correspondiente al espacio nocivo.

Cámara Negativa - con respecto a un máximo establecido por el recorrido del pistón es el espacio comprendido entre el pistón y el cabezal anterior.

- su volumen, que es inferior al de la cámara positiva por la presencia del vástago, varía entre un mínimo igual al espacio nocivo a un máximo establecido por el recorrido del pistón.

Cámara Activa - es la cámara bajo presión.Recorrido Positivo - es la dirección del recorrido del vástago en su salida del cuerpo.Recorrido Negativo

- es la dirección opuesta. es decir. es la del retroceso del vástago.

Sección útil de empuje

- es la superficie que ofrece el pistón a la presión del aire en la cámara positiva.

- corresponde a la sección interna del tubo.Sección Útil de Tiro

- es la superficie que el pistón ofrece a la presión del aire en la cámara negativa.

- es menor que la del empuje por la presencia del vástago.Cilindro de Simple Efecto (S.E.)

- se obtiene cuando el aire actúa sobre una sola superficie del pistón. Normalmente está en correspondencia con la cámara positiva que determina el movimiento del vástago en salida del cilindro.

- su retroceso se realiza 'mediante un muelle interior o con otros medios externos.

- la cámara negativa está siempre en comunicación con atmósfera, por lo tanto no está nunca bajo presión.

Cilindro de Doble Efecto (D.E.)

- se obtiene cuando el aire actúa alternativamente sobre las dos superficies del pistón.

- realiza dos direcciones de movimiento del vástago. con posibilidad de desarrollar una fuerza entre ambos sentidos.

40

EVOLUCION DE LA PRESION EN LAS DOS CAMARAS DE UN CILlNDRO DE DOBLE EFECTO

Los ejemplos que se muestran a continuación tienen la finalidad de hacer más fácil la lectura del diagrama: - en un cilindro de D.E. que tenga las dos cámaras en comunicación con la

atmósfera el pistón puede moverse libremente por toda la longitud del recorrido (en ambos sentidos) sin encontrar una resistencia especial en el aire.

- supongamos que llevamos el pistón hasta el extremo posterior y obstruimos de forma hermética la entrada de aire en el extremo opuesto; queriendo terminar manualmente el recorrido positivo, deberíamos realizar una fuerza de una intensidad siempre mayor para vencer el contraempuje que se viene a crear en la cámara negativa, debido a la reducción de su volumen de aire; no pudiéndose anular este último, actúa como obstáculo elástico impidiendo al pistón volver al cabezal anterior; dejándolo libre, el pistón volvería casi al punto de partida.

- si repetimos la operación y concedemos a la salida anterior cerrada también una mínima comunicación con el exterior, la fuerza necesaria para el recorrido será tanto menor cuanto más lento sea el movimiento porque el efecto de contraempuje del aire en la cámara negativa encuentra el tiempo para escapar a través de la entrada: con la misma fuerza el pistón llega al final de recorrido y

41

ahí queda aun cuando desaparece la acción. Las dos últimas simulaciones demuestran que: - la cámara positiva y la negativa son neumáticamente independientes; esto es,

aun utilizando alternativamente el mismo volumen interno del cilindro, el aire de una cámara queda separado del de la otra aún en presencia de la presión.

- la cámara opuesta a la dirección del recorrido del pistón debe estar vacía para no obstaculizar su movimiento.

Observemos ahora el diagrama que representa la situación del aire en las dos cámaras de un cilindro de D.E. En los siguientes instantes de su recorrido: Pistón detenido contra el cabezal posterior - cámara positiva: se encuentra a la presión atmosférica correspondiente a una

presión cero en el manómetro. - cámara negativa: la presión del manómetro corresponde a la de trabajo,

mientras en su interior es 1 bar (presión absoluta) Ahora introducimos aire comprimido en la cámara positiva y ponemos al mismo tiempo en descarga a la negativa.

Instante que precede al inicio del movimiento - cámara positiva: la presión del valor cero (en el manómetro) sube

inmediatamente; en correspondencia del punto A consigue el valor de la presión establecida.

- el breve espacio que separa A del inicio de la carrera corresponde al necesario para que el pistón pueda vencer las resistencias que se oponen a su movimiento.

- cámara negativa: el aire se descarga rápidamente sin alcanzar, sin embargo, el valor atmosférico. porque en correspondencia con el punto B comienza el re- corrido del pistón.

Posición C a mitad de recorrido - cámara positiva: la presión es inferior a la del inicio del movimiento porque el

volumen de la cámara, inicialmente correspondiente al espacio nocivo, es ahora mayor. Como consecuencia de ésto se produce una disminución de la presión como la prevista en la Ley de Boyle.

- cámara negativa: la presión interna no se ha reducido aún al valor atmosférico porque el movimiento del pistón provoca una reducción continua del volumen de la cámara con un consiguiente mantenimiento de un determinado valor de presión por parte del aire presente, aunque en cantidad siempre menor ya que está en descarga.

Posición D apenas alcanzado el final del recorrido - cámara positiva: la cámara ha alcanzado su volumen máximo. Cesa, por tanto,

una ulterior necesidad de aire.

42

- cámara negativa: la cámara negativa ha alcanzado el volumen mínimo correspondiente al espacio nocivo no anulable.

Observemos ahora la situación comprendida entre el final del movimiento y el momento de la inversión. - cámara positiva: la presión del aire se restablece al valor inicial y permanece

igual hasta el siguiente accionamiento. - cámara negativa: la presión desciende hasta el nivel atmosférico. De todo lo anteriormente indicado podemos extraer las siguientes consideraciones: - cuanto más alta la velocidad exigida al movimiento del pistón, tanto mayor

deberá ser la cantidad de aire que se introduzca en la cámara que efectúa la carrera (cámara activa).

- un caudal insuficiente provoca una mayor caída de presión con la consiguiente reducción del empuje sobre el pistón y un posible movimiento irregular.

- la cantidad de aire que permanece en la cámara opuesta, crea un contraempuje al movimiento del pistón de pequeña entidad si se mantiene libre el paso del escape; controlándolo correctamente, es decir, reduciendo la apertura, es posible regular la velocidad del movimiento del pistón.

FUERZAS DESAROLLADAS

Observemos la imagen: resume las magnitudes que en el interior del cilindro contribuyen a la definición de la misma fuerza del pistón cuyo valor está en

43

relación, a igualdad de dimensiones y de alimentación, al tipo del cilindro y a la dirección de la misma fuerza; en particular: - cilindro de D.E.: la fuerza desarrollada en las dos direcciones es distinta por la

presencia del vástago. - cilindro de S.E.: en una sola dirección de trabajo, la fuerza es menor respecto a

la del cilindro de D.E., por la presencia del muelle de retorno cuya fuerza de reacción se puede deducir por el diagrama.

Examinemos ahora cada una de estas magnitudes: - presión "p»: el valor elegido para el cálculo de la fuerza debe ser el existente en

las entradas del cilindro durante su funcionamiento - en el caso de una carga estática. es decir, cuando el cilindro desarrolla

su fuerza sin producir un movimiento, la presión medida por el manómetro es aquella que llega al cilindro.

- en el caso de una carga dinámica, es decir, de una fuerza en movimiento, los componentes interpuestos entre el grupo FRL y el cilindro, provocan una caída de presión; esto se debe tener en cuenta a la hora del cálculo de la fuerza.

- superficie del pistón: es preciso distinguir entre superficie de empuje y de tiro «St»; ambas se calculan sobre la base del diámetro del cilindro expresado en cm. - para el valor «St» es preciso deducir de "Ss» la superficie del vástago

- resistencias de rozamiento: se manifiestan en las dos únicas posiciones de contacto entre las partes móviles y las fijas; por eso se consideran solamente cuando la fuerza del cilindro es utilizada en movimiento; es decir: - entre el cabezal anterior y el vástago: el rozamiento está determinado por

la junta de estanqueidad y el casquillo que hace de guía y soporte del vástago.

- entre el pistón y el cuerpo: es debido a la acción de estanqueidad que el pistón realiza para asegurar una clara separación neumática entre las cámaras, a fin de evitar posible pérdidas de presión con la consiguiente reducción de la fuerza a desarrollar; se considera que el valor de estos rozamientos es del orden del 10% de la fuerza desarrollada; para una mayor comodidad en el cálculo, se multiplica el valor de la fuerza por 0,9 considerado como el rendimiento «n» del cilindro.

- Las magnitudes descritas afectan a los dos tipos de cilindros. Con su producto se obtiene el valor de la fuerza desarrollada por el cilindro: para el D.E. las formulas son: - movimiento en empuje Fs = p x Ss x n- movimiento en tiro Ft ;;::: P x St X n

44

Para el cilindro de S.E. debemos considerar también la presencia del muelle de retorno: - fuerza del muelle Fm: con el cilindro en reposo el muelle está precargado, es

decir empuja sobre el pistón porque el alojamiento es inferior a la longitud libre del muelle; es fácil ver que a la vez que el muelle es comprimido, aumenta su fuerza de reacción hasta alcanzar el valor máximo al final del recorrido. - los dos valores, mínimo y máximo, varían en función del diámetro del cilindro;

para mantener dentro de límites tolerables la elasticidad del muelle, la longitud del recorrido de estos cilindros está limitada a 75 mm.

- el valor mínimo de la fuerza del muelle puede utilizarse para una posible carga en tiro, por ejemplo, para levantar un troquel móvil de una plegadora.

- el valor Fm que se va a utilizar en la fórmula, debe leerse en el diagrama en correspondencia con el recorrido del cilindro.

- el muelle mecánico puede ser sustituido por una presión "Pc" controlada a través de la válvula de descarga de la sobrepresión de un regulador de presión unido directamente a la cámara del cilindro; de este modo, se obtiene una reacción media mente constante.

Para el cilindro de S.E. las fórmulas que interesan son: - con muelle mecánico Fs = (p x Ss) - Fm - con muelle neumático Fs = (p x Ss) - (Pc x St)

CARACTERISTICAS DE CONSTRUCCION

Las partes componentes del cilindro que veíamos ya individualmente en una

45

representación esquemática anterior se muestran ahora en detalle: en cada uno de los dos gráficos se presenta cada cilindro en sección transversal al eje y en alzado. Cilindro de S.E.: es del tipo de funcionamiento en "empuje»; lo presencia del muelle de retención hace que el pistón se mantengo dentro. El orificio de entrada en el cabezal anterior sirve para mantener la cámara negativa en descarga; sin embargo, no se indica en la simbología. - Si se requiere bajo pedido, el cilindro se puede suministrar para el

funcionamiento en "tiro”, en cuyo caso el muelle se encuentra en la cámara positiva, ya que la posición en reposo del pistón será todo fuera.

Cilindro de D.E.: es del tipo con amortiguación; contrariamente a cuanto se ha explicado para el cilindro anterior, el efecto del impacto del pistón contra los cabezales viene limitado por la presencia de un dispositivo de amortiguación, cuyo funcionamiento se describe en uno de los puntos siguientes. En lo mayor parte de los cosos, lo fijación de los cabezales al tubo se realiza por medio de tirantes; para los cilindros de diámetro reducido (inferiores a 32 mm) se efectúa mediante un bloqueo directo entre cabezales y tubo con un sistema de rebordeado. Estos tipos de cilindro se pueden adquirir o nivel comercial: - con una serie de diámetros unificados según normas internacionales. a cada

uno de los cuales corresponden determinadas dimensiones, con el fin de asegurar la intercambialidad de los cilindros de diferentes fabricantes.

- con materiales diversos según la condiciones ambientales de trabajo. Puesto que el cilindro necesariamente actúa en el mismo ambiente y en las mismas condiciones de los elementos a mover, se tienen que considerar todos los posibles factores negativos que pueden dañarlo. Los cilindros de serie son construidos para usos normales, esto es, ambientes de taller con temperaturas de trabajo no superiores a 50°C y aire lubricado con una mínima presencia de condensación: en condiciones diferentes es posible solicitar cilindros con materiales y tratamientos específicos como se describe a continuación: Cabezales: en fundición de aluminio, en el caso de ambientes marinos o en presencia de elementos agresivos están tratados y barnizados. Vástago: en acero cromado para usos normales y en acero inoxidable para usos al aire libre o en ambientes agresivos. Tubo: es el componente que soporta ambas condiciones: la del aire (condensación) y el ambiente externo: por ello se construye con los siguientes materiales con el fin de ofrecer una correcta elección para cada situación: - acero (trotado o barnizado exteriormente) - latón (tratado o barnizado exteriormente) - aluminio anodizado endurecido. Juntas: tienen gran importancia la forma geométrica y los materiales empleados porque deben, además de asegurar la estanqueidad, responder a las siguientes exigencias: - resistencia química a los lubricantes

46

- bajo rozamiento y no poseer tendencia o pegarse - resistencia al desgaste - buena transmisión del calor para evitar recalentamientos - normalmente se fabrican con NBR (goma nitrilica); para temperaturas que

superen los 100°C se hacen con VITON Las juntas se encuentran: en el pistón: es ya de uso generalizado, lo que se muestra en la figura: está constituido por un núcleo de acero revestido con goma vulcanizada NBR o VITON con la forma y dimensiones que se desee. en el vástago: por su doble función de estanqueidad y limpieza están sometidas o lo que se pueda depositar sobre el vástago; en presencia de sustancias de acción abrasiva es aconsejable el uso de juntas especiales realizadas con mezclas de tipo poliuretanico en los amortiguadores: su función viene ilustrada en los análisis siguientes.

DIMENSIONAMIENTO DEL CILINDRO EN FUNCION DE LA CARGA APLICADA

La fuerza mecánica desarrollada por un cilindro se puede utilizar de dos formas: - estáticamente, cuando el cilindro efectúa la carrera en vacío y su fuerza debe

intervenir sobre un obstáculo (cargo) parado, como por ejemplo, el blocaje de

47

piezas en fabricación, operaciones de corte, plegamiento, etc. La fuerza F requerida en cada una de estas operaciones debe corresponder al producto de la presión por la superficie del pistón: F = p x s.

- dinámicamente, cuando el cilindro debe mover la carga; en este caso, la valoración de la fuerza se tiene que hacer en función de las siguientes condiciones: - la dirección del movimiento:

- horizontal: es necesario una fuerza Fa para equilibrar la resistencia de rozamiento, aquella es el resultado del peso del cuerpo P por un coeficiente «c» menor a la unidad que tiene en cuenta la forma del apoyo de la carga (sobre carriles. carros de torno, rodamientos, etc.): Fa = p x c.

- vertical: lo fuerza Fp necesaria para equilibrar la carga corresponde al peso total de esta Fp= P (con dispositivos mecánicos que examinaremos más adelante, esta fuerza puede ser reducida)

- el movimiento: en las dos situaciones diferentes de equilibrio, la carga puede ponerse en movimiento solamente en presencia de una fuerza suplementaria Frn: este valor añadido se transforma en velocidad, es decir, menor tiempo para realizar un determinado recorrido.

Las fórmulas que resumen la determinación de la fuerza requerida por una carga dinámica son:

carga horizontal F = Fa + Fm carga vertical F = Fp + Fm

Uno consideración útil es la siguiente: a igualdad de peso de la carga y de la velocidad, el movimiento horizontal necesita una fuerza menor respecto al vertical; el orden de la magnitud depende del tipo del rozamiento (deslizante o de rodadura). A la valoración teórica de lo anterior es preciso aplicarle los siguientes límites: - velocidad máxima de los cilindros: no estimable teóricamente pero

dependiente del diámetro y del tipo de construcción. Es por ello un dato suministrado por los fabricantes mediante pruebas prácticas efectuadas sin carga y en las condiciones ideales de alimentación

- energía cinética: la energía adquirida por la carga en movimiento debe ser transformada antes de que el pistón alcance el final del recorrido; en caso contrario, el choque contra el cabezal puede provocar daños al cilindro y a sus equipos. La presencia de dispositivos de amortiguación en los dos extremos del recorrido, ya evidenciados en los figuras anteriores y que se describen en los dos próximos análisis. tienen en efecto la función de intervenir antes de la finalización del recorrido. con el fin de transformar en calor gran parte de la energía producida. Su efecto no es, sin embargo, proporcional a la energía

48

cinética producida, por lo que se debe reducir interviniendo sobre la velocidad de la carga.

Para comprender mejor lo arriba indicado, y como guía útil en la elección de un cilindro, hemos indicado en la imagen un diagrama realizado mediante pruebas prácticas llevadas a cabo en las siguientes condiciones: - cilindros de serie de D.E. con amortiguación. - tuberías y válvulas de alimentación dimensionadas según la necesidad de aire

de cada cilindro. - carro porta carga montada sobre rodamientos y móvil sobre columnas

horizontales (rozamiento de rodadura).- equipo electrónico para la mediación de tiempos. Con una presión de trabajo mantenida constante a 6 bar, sobre cada cilindro se han efectuado las siguientes pruebas, midiendo para cada uno el tiempo mínimo empleado por el pistón para completar todo la carrera incluidos los espacios de amortiguación; en todas las pruebas el efecto de amortiguación se regula para evitar el efecto de la energía de choque: - sin carga: la velocidad máxima alcanzada por cada uno de los cilindros es la

indicada en lo ordenado en correspondencia a cada tramo horizontal. - con carga: el tramo horizontal está para indicar aquel efecto de amortiguación

regulado con el cilindro sin carga, es suficiente para mantener al máximo la velocidad, aún con aumento de carga.

- más allá de un cierto límite de peso, para evitar el impacto del pistón contra el cabezal, ha sido preciso intervenir además de sobre la amortiguación, también sobre la velocidad, actuando sobre uno de los dispositivos (válvulas de regulación) aplicados sobre los descargos del aire del cilindro, con el fin de crear, un contraempuje en la cámara no activa para toda la duración del recorrido

- el tramo vertical al final de cada curva indica que, más allá de este límite y en las condiciones de las pruebas antes indicadas, no es aconsejable el uso del cilindro correspondiente porque la amortiguación no es capaz de transformar la energía cinética; una posterior reducción de la velocidad produciría la salida del pistón.

La disponibilidad de semejantes diagramas permite un dimensionamiento más idóneo del cilindro en función de la carga aplicada y de la velocidad máxima conseguible con la seguridad de la posibilidad del cilindro de amortiguar la energía cinética. He aquí algunos ejemplos de lectura para movimientos horizontales y rozamientos de rodadura: A) ¿Qué cilindro se necesita para desplazar un peso de 1000 N a una velocidad

49

de 1 m/seg? - el punto de encuentro de los dos valores indicados coincide en la línea

horizontal del cilindro de 63 rnrn. de Φ. - los amortiguadores relativos son suficientes para frenar la carga al final del

recorrido. B) ¿A qué velocidad se puede desplazar una carga de 600 N utilizando un cilindro de 40 mm. de Φ ? - a una velocidad aproximada de 0,9 m/seg. - es necesario actuar en los amortiguadores e insertar las válvulas de regulación

oportunamente graduadas C)¿Qué peso puede desplazar un cilindro de 32 mm. de Φ a una velocidad de 1,6

m/seg? - un peso de 100 N - es preciso actuar en los amortiguadores e insertar las válvulas de regulación

oportunamente graduadas. El sistema de amortiguación logrado en el interior de un cilindro no es la única solución posible: se puede realizar también externamente mediante deceleradores hidráulicos que requieren a su vez un costo y un incremento de volumen, Sin embargo, los deceleradores tienen la ventaja de que se pueden dimensionar en función de la energía cinética producida; se puede, por lo tanto, obtener velocidades superiores a igualdad de carga y de resistencia de rozamiento.

50

FASE DE FRENADO DEL MOVIMIENTO DE UN CILINDRO D.E.

En el análisis anterior hemos hablado de la energía cinética que el cilindro adquiere durante un movimiento rápido, sobre todo, con una carga aplicada; si esta energía no se anula (efectivamente, se transforma en energía de choque con producción de calor) o por lo menos reducido antes de alcanzar el final del recorrido, puede provocar daño en la estructura del cilindro y a los mecanismos acoplados al mismo. Por esta razón, los cilindros están dotados de amortiguadores cuya intervención se manifiesto solo en el tramo final del recorrido, comprendido entre 15 y 30 mm. en función del diámetro del cilindro: la acción de los amortiguadores se verifica cuando se produce el contraempuje del aire en descarga en la fase que, de este modo, va a actuar sobre lo superficie del pistón opuesta al movimiento, Existen, sin embargo, límites al valor de la energía amortiguable; en efecto como hemos mostrado en el diagrama del apartado anterior cuando aumenta el peso que hay que desplazar es preciso reducir la velocidad del cilindro para que el sistema de amortiguación pueda anular la energía producida. Con ayuda de las figuras describimos la situación que se produce en la zona relativa a la deceleración, tomando como ejemplo el cabezal anterior, es decir, la amortiguación al final del recorrido positivo. Fig. 1): apenas iniciarse el recorrido, la junta del amortiguador A se desplaza

axialmente en su propio alojamiento por la presión del aire en descarga: en la fase de deceleración tal junta, de la que damos más detalles en la siguiente figura, desarrolla dos acciones diferentes de estanqueidad - una estática mediante la superficie plana que actúa sobre un lado de su

asiento en el cabezal. - una dinámica efectuada por el labio cuando recibe la parte en

movimiento (ojiva B) del dispositivo de amortiguación. - advertimos que la ojiva B está todavía alejada de la junta, esto permite

la descarga normal del aire a través de la sección libre comprendida entre el vástago y el labio.

Fig. 2): cuando la ojiva se inserta en el labio de la junta (libre para centrarse radialmente) interviene también la segunda acción de estanqueidad; desde este momento se inicia la deceleración para la anulación de la energía de movimiento y ya innecesaria porque el movimiento está llegando casi al final.

- esto se verifica por la progresiva reducción del volumen comprendido entre el pistón y el cabezal y porque el aire todavía por descargar sólo puede

51

pasar por un orificio de sección limitada; de aquí el inicio de una sobrepresión que, actuando en la superficie útil del pistón, genera el contraempuje necesario para el frenado de toda la parte móvil.

Fig. 3): con el fin de obtener la deceleración deseada y una parada sin choque, el aire en descarga de la "cámara de amortiguación" está regulado por un tornillo de aguja insertado en el cabezal.

- un cierre excesivo del paso puede provocar el rebote del pistón y la imposibilidad de terminar el recorrido.

Todo lo hasta ahora descrito se verifica exactamente también para el cabezal posterior, es decir, cuando el pistón debe regresar.

FASE DE ARRANQUE DE UN CILINDRO DE D.E.

Si un dispositivo de amortiguación no está acoplado a un sistema de. «arranque», reduce notablemente la fuerza necesaria para el arranque del cilindro; para eliminar el consiguiente retraso en el movimiento es necesario hacer llegar, en un corto espacio de tiempo, sobre la superficie útil del pistón el valor máximo de la presión elegida.

52

En el dispositivo apenas examinado, observamos que tal función se realiza mediante la forma específica de uno de los planos frontales de la junta de amortiguación (fig. 1c) y de los dos planos de la junta del pistón (fig. 2b). Con la ayuda de las figuras observamos cómo se realizó la fase de «arranque»: fig. 1a): representa la situación en el cabezal anterior como lo habíamos dejado en la imagen anterior, esto es:

- el pistón está contra el cabezal - la junta A tiene la parte plana apoyada contra el lado de su alojamiento,

mientras el «labio dinámico» está apoyado sobre la ojiva. fig. 1b): la posición del pistón es la misma de la fig. 1a) mientras que el cabezal está representado con una sección pasante por el orificio de entrada de aire en vez de por el pequeño agujero de descarga.

- a la llegada de aire, la junta A es desplazada hacia la izquierda de su asiento: con este movimiento se establece un paso al exterior de la junta misma; a través de una serie de canales, como se indica en la fig. 1c), el aire puede llegar a la zona b).

fig. 2a): no obstante, cuando el pistón se encuentra contra el cabezal, el aire presente en b) puede proseguir a través de los canales como se indica en la fig. 2b).

- desde este momento la superficie del pistón está completamente afectada por el volumen de aire que llega a la cámara a); apenas alcanza la presión el valor establecido, la fuerza que se desarrolla supera la resistencia de arranque y el pistón inicia su recorrido.

fig. 3) cuando la ojiva sale de la junta de amortiguación, el paso aumenta y garantiza la entrada de aire durante todo el movimiento.

53

FIJACION DEL CILINDRO Habíamos iniciado el capítulo sobre cilindros llamándolos «motores», es decir, capaces de transformar, en su interior, la energía del aire comprimido en energía mecánica bajo forma de una fuerza motriz con movimiento rectilíneo disponible para ser utilizada en el exterior mediante la prolongación del eje del pistón. Como cualquier otro tipo de motor, también en el cilindro existe una parte fija, el cuerpo y una parte en movimiento, es decir, el pistón unido al vástago; a fin de que la fuerza motriz sobre el eje del vástago pueda ser utilizada, es evidente que el cuerpo del cilindro deberá estar no solo fijo, sino también fijado oportunamente a una estructura. La fijación del cuerpo, llamada también «anclaje», puede efectuarse de forma rígida o de forma oscilante; la elección debe tener en cuenta, sobretodo, el hecho de que los cilindros están construidos y dimensionados para resistir esfuerzos de tipo axial, es decir, a lo largo del eje del movimiento. Fijaciones rígidas: grupo a): el cabezal posterior o el anterior están directamente fijados a la placa del

equipo interesado; los tornillos de bloqueo van por ello atornillados al dorso de la placa.

grupo b): cuando esta operación no es posible, se interpone una brida atornillada al cabezal que interesa y este se fija a la placa de equipo. Para ambos anclajes: - observemos. en las ampliaciones. los agujeros a realizar en las

placas. - limitamos el uso del bloqueo en el lado del cabezal posterior, a los

casos en los que el cilindro trabaja en posición vertical; un montaje en

54

posición horizontal puede provocar posibles deformaciones que aumentan con la longitud del recorrido.

- la superficie de la placa de apoyo debe presentar, en correspondencia con la de unión, un plano perpendicular el eje del vástago.

grupo c): dos angulares (patas) de chapa fijados directamente a los dos cabezales con el fin de consentir el montaje del cilindro sobre cualquier plano, con la única condición de que sea paralelo al eje de la carga que hay que mover.

Fijaciones oscilantes: grupo d): es la combinación de 2 charnelas, macho y hembra; con frecuencia una

de las dos articulaciones está fijada en la estructura del equipo. - el conjunto del anclaje permite oscilaciones angulares sobre un solo

plano, cualquiera que sea. grupo e): dada la presencia del vástago, es el único tipo de anclaje posible para el

cabezal anterior. - el soporte específico debe estar previsto en la estructura de la máquina. No es aconsejable utilizar estos dos anclajes oscilantes en cilindros de recorrido largo cuando están: - montados en posición vertical o casi. salvo en el caso en que el vástago

esté dirigido hacia abajo; se excluye de esta forma el peligro de una flexión del vástago.

- montados en posición horizontal; dada la imposibilidad de equilibrar su peso durante el movimiento oscilatorio, puede existir peligro de flexión o rotura del vástago cuando este se encuentre al máximo de su recorrido: esto es más probable cuando la fijación está hecha en la parte del cabezal posterior.

grupo f): es un tipo de anclaje oscilante que permite ser fijado sobre tirantes en cualquier posición entre los dos cabezales, con el resultado de poder realizar un cierto equilibrio del conjunto cilindro-cinematismo a fin de evitar el peligro de flexión antes indicado.

55

ACOPLAMIENTO DEL VASTAGO

El tipo de fijación del cuerpo de un cilindro hay que considerarlo juntamente con el acoplamiento del vástago al utilizador puesto que, en la transmisión del movimiento rectilíneo cuando la mecanización o la instalación no están lo suficientemente cuidadas o en una transformación en movimiento rotativo, siempre se manifiesta un desplazamiento relativo del eje del cilindro respecto al requerido por el órgano a desplazar. Antes de poner una instalación en funcionamiento es aconsejable controlar el alineamiento de la carga con el vástago en la posición de todo dentro y todo fuera: en el caso de cargas ligeras, la presencia de errores puede percibirse también manualmente mientras que para cargas pesadas, es necesario recurrir a instrumentos de comprobación. Posibles errores, si no son eliminados, deforman el casquillo del soporte del vástago; el desalineamiento que se produce, provoca un rápido desgaste de las juntas de retención (pistón y vástago).Cuando el eje del cilindro está perfectamente alineado con el eje del movimiento de la carga, el acoplamiento puede ser rígido, es decir el extremo roscado del

56

vástago está atornillado en el cuerpo que hay que mover (fig. 1). En el caso contrario de un desalineamiento, la libertad de movimiento de las dos partes se obtiene insertando una junta que permita una articulación de esta clase:

- en torno a un eje: articulación de horquilla (fig. 2) - en torno a un punto: articulación de esfera (fig. 3)

Los posibles errores son: fig. 4): la carga se mueve manteniendo una posición paralela al plano de fijación del cilindro pero con una desviación lateral con un ángulo que está representado en el dibujo a la derecha de la posición ideal: en este caso, el vástago está obligado a "trabajar” lateralmente sobre el casquillo.

- cuando el error no pueda ser rectificado con un alineamiento directo entre el cilindro y el cuerpo a mover, es necesario insertar una articulación de tipo horquilla de manera que el eje de su perno sea perpendicular al plano guía.

fig. 5): la carga se mueve hacia arriba con el mismo ángulo, pero no existe la desviación anterior; el vástago está ahora obligado a trabajar sobre la parte superior del casquillo.

- cuando el error no pueda ser rectificado mediante un alineamiento directo entre los órganos interesados, es necesario insertar una articulación de horquilla de forma que el eje de su perno sea paralelo al plano guía.

fig. 6): los dos errores anteriores se manifiestan juntos: el casquillo está por lo tanto sometido a desgaste en dos diferentes.

La posible corrección, además de la de eliminar el error de la base, es la inserción de una articulación de tipo esférica.

En las tres soluciones, cuando el error es reducido, la sujeción del cilindro puede mantenerse rígida: en caso contrario es necesario adoptar un de tipo oscilante de manera que el cilindro pueda seguir las variaciones de posición de la carga. Las consideraciones antes indicadas se refieren a hipótesis de desalineamiento para cargas en movimiento rectilíneo; como hemos indicado al principio, existe el cinematismo para la trasformación del movimiento rectilíneo en angular; en este caso, la variación continua y sensible de la posición de la carga la realiza el mismo sistema. fig. 7): el movimiento angular se mantiene siempre en un mismo plano; en esta hipótesis, con la evidente necesidad de sostener el cilindro con una fijación oscilante, el vástago puede estar acoplado a la manivela mediante una articulación de horquilla.

- en el supuesto de que el movimiento pueda mantenerse en el mismo plano, es oportuno utilizar una articulación de tipo esfera.

57

ESFUERZOS DEL VASTAGO POR LA CARGA DE PUNTA

Consideramos útil, a forma de introducción, proponer un sencillo experimento de fácil comprensión y repetición para una verificación: apretamos gradualmente el extremo de una cerilla de madera mantenida entre el índice y el pulgar de una mano: ésta se dobla y después se rompe en dos partes: si repetimos la operación con una de las dos partes, no resulta fácil obtener el mismo resultado. Con este experimento queremos llamar la atención sobre el hecho de que un vástago muy largo con respecto a su diámetro, cuando está sometido a una fuerza de compresión, aunque sea centrado, tiende a doblarse con posibilidad de rotura. El esfuerzo compuesto de «presión-flexión» recibe el nombre de carga de punta; dicho riesgo se manifiesta cuando la longitud del vástago supera en 10 veces su diámetro; por tanto, cada vez que se supere este límite, el vástago debe someterse a verificación en relación a la fuerza Fs a transmitir y a las condiciones de instalación del cilindro. Analicemos los dos aspectos por separado:

58

Fuerza Fs: - como señalamos. la selección de un cilindro viene dada por la fuerza de empuje

que debe desarrollar; por ello, la dimensión que interesa es, principalmente, la del diámetro; el diámetro del vástago es una consecuencia de esta elección; es decir, a cada diámetro corresponde una sola dimensión del vástago que está así mismo definido por normas de unificación.

- este diámetro permanece invariable cualquiera que sea la longitud del recorrido; de ahí lo necesidad de una selección adecuada de tipo de instalación cuando existe el riesgo de «carga de punta»

Instalación: - a igualdad de fuerza Fs y, por lo tanto del diámetro del vástago, y cambiando

las hipótesis de acoplamiento del cuerpo y del vástago, se pueden obtener las resultados representados en las figuras:

a) - es la peor situación en el caso de una carga de punta - el vástago está soportado por la pieza en movimiento libre sobre un plano,

mientras que el cuerpo tiene un anclaje rígido. - la longitud máxima que puede alcanzar el vástago la indicamos con la letra L

que tomamos como valor de referencia para la valoración de los sucesivos acoplamientos mediante la utilización del diagrama B.

b) - el extremo del vástago es articulado y guiado; modificando la posición de sujeción de la fijación oscilante del cuerpo es posible obtener varios coeficientes máximos de longitud.

c) la fijación del vástago es idéntica o la del caso b), mientras que el anclaje del cuerpo es del tipo rígido.

d) - el vástago tiene un montaje fijo y rígidamente guiado por la pieza durante el movimiento; la fijación del cuerpo es rígida.

- el valor de 4 L es el máximo posible. La verificación de la carga de punta viene facilitada mediante el uso de los siguientes diagramas: A. realizado con valores de Fs (fuerza de empuje) y presión en bar, permite con la

elección del diámetro del cilindro conocer también el diámetro correspondiente al vástago (indicado entre paréntesis).

B. sobre la base de la fuerza Fs y del diámetro del vástago, indica el valor L que corresponde a la longitud máxima del vástago en las condiciones más desfavorables del acoplamiento, es decir, la indicada con la letra a).

Primer ejemplo: Se necesita un cilindro idóneo para transmitir una fuerza de empuje Fs de 2000 N para un recorrido de 1500 mm.: la presión máxima disponible es de 6 bar. diagrama A - la vertical que parte del valor de 2000 N encuentra varias diagonales,

59

sin embargo nuestra elección debe recaer en el cilindro de 80 mm., (vástago de 25 mm.) porque requiere una presión que se encuentre entre los límites disponibles. Siendo el recorrido (1500 mm) superior a 10 veces el diámetro del vástago (25 mm) se necesitó la verificación de la carga de punta.

diagrama B - para el mismo valor de 2000 N, elevamos la vertical hasta alcanzar la diagonal «vástago 25".

- sobre la ordenada leemos un valor próximo a 720 mm., recorrido que es muy inferior al requerido

- la relación existente entre el recorrido de 1500 mm y el que señala el diagrama es aproximadamente de 2.1.

- el acoplamiento correspondiente es el del ejemplo de la fig. b/3, es decir, un montaje articulado y guiado.

- el acoplamiento de la siguiente fig. c) asegura un mayor margen de seguridad, mientras que para el ejemplo de la fig., b/2 es necesario un cilindro de mayor diámetro.

Segundo ejemplo: Disponemos de un cilindro de diámetro de 50 mm., un recorrido de 700 mm. y queremos saber que fuerza Fs puede producir a la presión de 6 bar y también queremos saber si el vástago resiste la carga de punta y en qué posibilidades de acoplamientos. diagrama A - en correspondencia al valor de 6 bar trazamos una horizontal hasta

la oblicua de diámetro 50 (vástago 18 mm). - sobre la abscisa leemos un valor algo superior a 1000 N; este valor es

la fuerzo Fs disponible sobre el eje del cilindro. diagrama B - la vertical que parte del valor de 1000 N encuentra la oblicua

«vástago 18» en un punto en el que el valor de L es algo más de 500 mm.

- valor inferior a la disponibilidad del recorrido del cilindro. El cilindro que examinamos puede utilizarse en las diferentes condiciones de instalación: 1) Utilización total de la fuerza Fs y del recorrido de 700 mm.

- es necesaria una presión de 6 bar - un acoplamiento oscilante para el cuerpo del cilindro y articulado para el

vástago, como en la fig. b/1 - verificación con el diagrama B: sobre la base de L=500 mm. y de b/1 = 1.4

L, el vástago puede resistir la carga de punta hasta un máximo de 500 x 1.4= 700 mm. (recorrido del cilindro disponible).

2) Utilización total de la fuerza Fs y parcial del recorrido - es necesaria una presión de 6 bar - un acoplamiento rígido del cuerpo y el vástago libre como en la fig. a).

60

- el valor máximo del recorrido es el dado por el diagrama B, es decir, aproximadamente 500 rnrn.

3) Utilización parcial de la fuerza Fs y total del recorrido. - para determinar el valor de la fuerza Fs, procedamos del siguiente modo:

diagrama B - con h igual a 700 mm trazamos un segmento hasta la oblicua. «vástago 18»; sobre lo abscisa leemos la fuerzo Fs=600 N aproximadamente.

diagrama A - dicha fuerza puede producirse por medio del cilindro de diámetro de 50 mm. si está alimentado por una presión de 3,5 bar aproximadamente.

- el acoplamiento puede ser del tipo a) NOTA

- En presencia de recorridos largos debemos tener en cuenta la flexión generada por el peso del Vástago todo fuera; tal flexión provoca un descentrado del vástago que repercute en la guía del cabezal anterior y sobre todo en el pistón, causándole un desgaste irregular.

- para recorridos superiores a 1 m. se requiere. normalmente. un cilindro con un soporte interno mayor, que se obtiene con un doble pistón o con la adición de una guía suplementaria en el cabezal anterior; en estos casos, sin embargo. debe considerarse el aumento del rozamiento interno y la mayor dimensión de la longitud.

- para recorridos superiores a 2 m. además de tener en cuenta lo ya mencionado, es necesario sostener el vástago durante su recorrido con soportes adecuados. Por dificultades de tipo mecánico y, sobre todo, por su notable volumen necesario, a menudo se utilizan cilindros de cuerda que analizaremos en el argumento C18.

61

CONSUMO DE AIRE LIBRE DE UN CILINDRO El aire libre, es decir, aquel que nos rodea, es una «fuente de energía" de costo cero; a fin de poder convertirlo en energía de presión, el aire debe estar comprimido y acumulado. Esto se realiza a expensas de otra energía, la eléctrica, que tiene un costo propio de producción y por tanto la energía neumática también conlleva sus costos. El hecho es que el aire puede ser devuelto al ciclo sin pérdida alguna de moléculas, no influyendo esto en su costo Aunque esté agotada su capacidad energética, descarga en atmósfera. El costo de la energía neumática no está referido al volumen unitario de aire ya comprimido, sino al unitario de aire libre para una presión y una cantidad dadas. Por ejemplo, si leemos que el aire cuesta 20 pesetas el m3 quiere decir que: - el volumen de 1 m3 es el referido al volumen de aire libre. - 20 pesetas indica el costo de cada m3 de aire libre que el compresor (porque es el que consume energía) debe aspirar y comprimir para obtener 1 m3 de aire a la presión deseada. Si la presión que queremos, por ejemplo, es de 6 bar el costo de 1 Nm3 será: 20 x 6 = 120 Ptas. Es natural suponer que para acumular una cantidad de aire a presión mayor de 6 bar, o bien una mayor cantidad a la misma presión, el compresor debe aspirar más

62

aire libre y eso comporta un tiempo mayor de funcionamiento y por ello de costo. Por las limitadas dimensiones de un cilindro, la unidad de medida de consumo de aire libre se expresa en “NI” que significa «normal litro». Un «normal litro» de aire libre corresponde al volumen de 1 dm3 de aire libre. Observamos ahora las imágenes, empezando por el cilindro D.E.: Consumo Q - es la cantidad de aire libre en NI que el compresor debe aspirar

cada minuto para asegurar al cilindro el volumen de aire comprimido necesario para completar un trabajo a un ritmo prefijado.

Consumo Qs - con el pistón contra el cabezal anterior, el volumen que hay que llenar de nuevo es el que corresponde al recorrido positivo, o de empuje; su valor viene dado por el producto de la superficie del pistón por el recorrido.

- conocido el espacio geométrico existente, detrás del pistón, debemos calcular cuánto aire libre en NI, o sea cuantos dm3 de aire atmosférico debe aspirar, comprimir y enviar al cilindro con el fin de que se realice la presión, por ejemplo, de 6 bar.

- como ya sabemos, a la presión relativa (en el manómetro) de 6 bar corresponde una presión absoluta (en el interior del cilindro) de 6 + 1 = 7 bar.

- este es el valor de la presión que debemos considerar en el cálculo del consumo de aire libre por cuanto, al inicio de cada recorrido, las respectivas cámaras están a la presión absoluta cero.

Consumo Qt - vale todo cuanto se ha dicho para el anterior recorrido con la diferencia de que el volumen de la cámara negativa (volumen del recorrido de tiro) es inferior al de la cámara positiva por la presencia del vástago.

Numero de Ciclos por Minuto - es el dato indispensable para calcular la cantidad de aire libre que el compresor debe suministrar al cilindro para que pueda completar las operaciones previstas por la automatización en la unidad de tiempo

- la suma de las cantidades Qs y Qt, correspondientes a la demanda de aire en cada recorrido positivo y negativo, se multiplica por el número de veces que el cilindro debe completar en un minuto.

- en el caso de varios cilindros funcionando en el mismo intervalo de tiempo, las respectivas cantidades Qs deben sumarse para conocer la cantidad de aire libre necesaria en el circuito completo.

Para un cálculo preciso del consumo Q es preciso considerar las posibles diferencias de presión o el número de corridos por minuto (velocidad) del pistón en salida y en entrada. He aquí algunos ejemplos:

1) - diferente presión en las dos cámaras cilindro de diámetro 32 mm. - vástago de 12 mm. - recorrido C = 200 mm. - recorridos efectivos n= 10/min:

63

2) - recorridos/minuto diversos

NOTA Tal precisión de cálculo es posible sólo cuando los cilindros en movimiento en un mismo intervalo de tiempo son de un número discreto, o bien, en el caso de un cilindro de grandes dimensiones. Cilindro de simple efecto El cálculo del consumo de aire está limitado solamente a la cámara positiva con la advertencia, sin embargo, de que hay que verificar si la longitud del recorrido efectivo correspondiente a la disponible; con otras palabras, se puede tener un cilindro de S.E. con un recorrido de 75 mm. y utilizarlo sólo para 50 mm.; a los efectos de cálculo de consumo de aire es preciso utilizar el recorrido de 50 mm. Calculada la cantidad de aire Qs, esta se debe multiplicar solamente por el número de recorridos positivos realizados en el tiempo de un minuto.

64

VALVULAS NEUMATICAS

El vocablo válvula tiene significado diferente en función del sector tecnológico que lo utiliza, por ejemplo:

- eléctrico: tiene la finalidad de interrumpir el paso de la corriente eléctrica cuando alcanza valores excesivos con posibilidad de cortocircuito

- de motores: sirve para la admisión de la mezcla en la cámara de explosión y para la descarga de los gases combustionados

- térmico: sirve para impedir la explosión de las calderas de vapor. - En neumática, se denomina válvula a todo dispositivo capaz de controlar el

aire comprimido. Las funciones de control se pueden dividir en tres categorías:

- distribución: estas válvulas tienen la finalidad de abrir, cerrar o derivar el flujo de aire comprimido (A/C) sin modificar sus características físicas de caudal y de presión. Un ejemplo del funcionamiento aparece en la figura con la letra a): A fin de que el cilindro, desde la condición de reposo, pase a asumir una posición distinta o a efectuar movimientos, el aire debe entrar alternativamente en cada cámara que determine el recorrido y a la vez descargarse de la opuesta.

- regulación: estas válvulas tienen la finalidad de modificar las características físicas de A/C. Habíamos visto ya en el capítulo sobre «producción del aire» la válvula llamada reguladora de presión: con otra válvula se puede también intervenir sobre su caudal. es decir, sobre la cantidad de flujo de aire que pasa en la unidad de tiempo; su utilización está indicada en la fig. b). Para regular la velocidad de uno o ambos recorridos del cilindro se debe insertar un regulador que reduzca el paso del aire en descarga, con el fin de hacerle permanecer más tiempo en la cámara no activa para crear la contra presión necesaria para conseguir la deceleración deseada.

- interceptación: esta válvula tiene la finalidad de bloquear o modificar el recorrido del A/C con el fin de realizar las condiciones particulares de funcionamiento; un ejemplo se ofrece en la fig. c). Para acelerar el movimiento del cilindro es preciso intervenir de manera opuesta al caso anterior, es decir, el aire debe poderse descargar en atmósfera lo más rápidamente posible bloqueando el paso hacia la válvula de distribución.

65

CLASIFICACION DE LAS VALVULAS DE DISTRIBUCION

En el anterior análisis habíamos hecho una subdivisión de las funciones de control a las que una válvula puede estar destinada en un circuito neumático, ¿Qué es un circuito neumático? Es la sucesión de válvulas dispuestas y conectadas entre sí a fin de que pueda pasar el A/C para el funcionamiento del cilindro, es decir, el elemento final del circuito. De todo lo anteriormente dicho resulta evidente que para ejercer la función para la que ha sido elegida, algo en la válvula debe moverse, es decir, cambiar de posición. Volvamos a una de las figuras de la imagen anterior: muestra un cilindro de doble efecto (D/E) con la cámara positiva en presión y la negativa en descarga a través de la válvula, como indica la fig. a) Cuando el pistón ha llegado al final de recorrido queda parado sino se interviene nuevamente sobre la válvula, es decir, sino se hace cambiar la posición al órgano móvil con el fin de invertir los flujos de aire en el cilindro, como se indica en la fig. b). Una primera clasificación de las válvulas de distribución es, por tanto, el número de posiciones que puede asumir el órgano móvil; en el caso que nos sirve de ejemplo, las posiciones son dos, pueden ser tres (como veremos más adelante) pero nunca una sola. Observamos, en el conjunto de las figuras a) y b), el número de las conexiones necesarias para la válvula:

66

- la salida que va a la cámara positiva (fig. a) - la salida que va a la cámara negativa (fig. b) - entrada del aire en la válvula (fig. a) y b) - descarga del aire de la cámara negativa (fig. a)- descarga del aire de la cámara positiva (fig. b)

Un total de cinco conexiones: una válvula parecida se dice que tiene cinco vías y dos posiciones y se indica con 5/2. Sustituyamos al cilindro de D/E por uno de S/E (simple efecto); es fácil intuir de la fig. c) y d) que no sirve una válvula 5/2 porque la cámara a alimentar y a descargar es siempre la misma y, por tanto, es suficiente una válvula de 3 vías / 2 posiciones para obtener la distribución necesaria para el movimiento del aire en el cilindro de S/E. Cada una de las dos válvulas tiene su representación convencional que las distingue en el modo siguiente:

- cada posición está indicada con un pequeño cuadrado; una válvula con dos posiciones tiene dos pequeños cuadrados unidos.

- en el interior de cada pequeño cuadrado se trazan las conexiones que el órgano móvil realiza en cada posición: las flechas indican el sentido del aire mientras el trazo horizontal indica el cierre del paso.

Completaremos la simbología de todo lo anteriormente dicho en próximos argumentos pero precisamos, desde ahora, que la simbología de una válvula de distribución es siempre la misma cualquiera que sea el tipo de fabricación.

67

VALVULAS DE DISTRIBUCION DE OBTURADOR Habíamos concluido el comentario de la segunda figura de este capítulo con una referencia al tipo de fabricación de la válvula; habría sido más exacto una referencia al órgano móvil que con su forma y movimiento determinan, en definitiva, tanto el tipo como la función de una válvula de distribución; por tanto, en un circuito podemos encontrar válvulas de distribución de tipo diferente:

de obturador de corredera de membrana de platillo

Estos cuatro tipos, si tienen la misma clasificación, es decir, igual número de vías y de posiciones, tienen también la misma simbología: con esta explicación intentamos decir que, partiendo de los símbolos, no se puede deducir el tipo de fabricación de la válvula. Los tipos mayormente empleados son los dos primeros. Analicemos la válvula de distribución de obturador: su funcionamiento consiste en abrir o cerrar, alternativamente, el paso del aire en entrada y en descarga. Las operaciones arriba indicadas se obtienen simultáneamente por medio de dos partes distintas 1) y 4) de un obturador mandado desde el exterior de la válvula; el sincronismo de las dos operaciones, en contraposición, se realiza por medio de un

68

sistema de muelles cuya posición varía dependiendo de la función de la válvula. En las dos primeras figuras observamos que, a igualdad de posición de la parte superior del obturador (aquella que sobresale del cuerpo), las respectivas aperturas no corresponden:

- en la válvula contraseñada con NC está cerrada la entrada del aire y abierta la de descarga

- en la contraseñada con NA es lo opuesto. El cierre frontal de la apertura de aire 2) y 3) se produce por medio de juntas que hacen de cierre sobre un asiento circular: es por tanto posible obtener la apertura completa del paso con un mínimo recorrido (2,5 mm). La fuerza de accionamiento debe vencer la resistencia de los muelles y la opuesta del aire comprimido que actúa en continuidad en la parte inferior del obturador. El valor del recorrido arriba indicado es el mínimo necesario para obtener el caudal máximo en salida; el obturador tiene después disponible «un recorrido extra» (2 mm) con el fin de tener un margen de seguridad para evitar que pueda ser solicitado «de punta» con riesgo de deformaciones o de rotura cuando el accionamiento es de tipo mecánico. Queda con ello dicho que tal aumento del recorrido no determina un mayor caudal de aire en salida; contrariamente, se reduce cuando el recorrido resulta inferior al mínimo recorrido. Las válvulas representadas en la fig. 1) y 2) son del tipo tres vías/dos posiciones (3/2); el número de las vías corresponde a otras tantas conexiones a las cuales se ha dado por convenio las siguientes referencias: A - vía de utilización, es decir, el destino del flujo del AC. P - vía de alimentación, es decir, la entrada del AC en la válvula.R - vía de descarga, es decir, la salida del AC ya utilizado. Estas letras deben indicarse sobre uno de los dos pequeños cuadrados de la simbología que queda de cualquier modo aún incompleta; si observamos los símbolos de las dos primeras válvulas, notamos que la posición de las letras es la misma mientras que son distintas las conexiones entre sí:

- en la primera tenemos A con R mientras que queda cerrado P. - en la segundas tenemos P con A mientras que quedo cerrado R.

Esta diferencia viene expresada en las siguientes definiciones: - la primera válvula es una normalmente cerrada = NC - la segunda válvula es una normalmente abierta = NA

El vocablo «normalmente» debe entenderse sólo y cuando la válvula está en reposo, es decir, no está accionado; por tanto:

- una válvula es NC cuando en su interior existe lo conexión A con R (aire en descarga del utilizador).

- una válvula es NA cuando la conexión es P con A (aire en presión al utilizador).

Una válvula de distribución de obturador 5/2 (fig. 3) generalmente se realiza uniendo en un solo cuerpo una NC con una NA y alimentándolas con una sola entrada en común P. La simbología relativa está compuesta de dos letras más: la B para indicar la

69

segunda conexión de la utilización y la S para la correspondiente descarga. A diferencia del tipo 3/2 no se indica NC o NA en cuanto que una de los dos utilizaciones está siempre conectada con la alimentación P (en la fig. es B la conexión que debe ser alimentada cuando la válvula no está accionada, es decir; se encuentra en reposo),

FUNCIONAMIENTO DE LAS VALVULAS DE OBTURADOR 3/2 NC

Las figuras muestran el interior de una válvula 3/2 NC en tres situaciones distintas durante un ciclo de trabajo: las figuras primera y la tercera muestran posiciones definidas por las condiciones de reposo y accionada, mientras que la del centro refleja una posición particular que se produce durante su conmutación. En la primera figura, la válvula está en posición de reposo, en el momento apenas siguiente a dejarla libre; en efecto, notamos que el aire está todavía en movimiento desde la utilización A hacia la descarga R a través del intervalo entre las dos partes 1) y 2) del obturador. Tal intervalo es realizado y mantenido por el muelle cónico precargado, mientras que el cilindro comprime, por lo tanto, en la parte 2) del obturador el cual mantiene

70

cerrada la entrada del AC; tras fracciones de segundo, el movimiento del aire en descarga cesa por el equilibrio que se determina entre la presión existente en la utilización y la atmosférica. En la figura central ya ha comenzado el accionamiento; observamos la situación:

- la parte 1) del obturador ha bajado y cierra la vía de la descarga mediante el contacto entre la junta y la parte 2) del obturador que sin embargo no desciende porque el muelle cilíndrico reacciona aún al recorrido del accionamiento.

- el aire comprimido no puede, por tanto, pasar a la utilización A - en tales situaciones tiene lugar una situación particular llamada «centros

cerrados». es decir, la conexión de descarga R está aislada de la conexión de alimentación P.

- aun cuando el accionamiento pueda ser lento, no habrá jamás A/C de la entrada P a la descarga R.

En la tercera figura el accionamiento sobre la válvula continúa: las dos partes del obturador prosiguen unidas su movimiento hasta la total apertura de la entrada del A.C. Para mantener tal situación es necesario que el accionamiento sobre la válvula continúe durante todo el tiempo requerido por el utilizador. Supongamos ahora que diferenciamos las distintas situaciones que se producen al dejar libre el mando de la válvula:

- el muelle cilíndrico eleva la segunda parte del obturador y cierra la entrada del aire comprimido: fase de los «centro cerrados»

- el muelle cónico levanta la primera parte del obturador y abre el paso de la descarga; el aire, desde la utilización. puede volver a la atmósfera; en este punto la válvula ha vuelto al estado de reposo y está preparada para la siguiente operación.

NOTA: No es posible enviar A/C en R y utilizar P como descarga porque el flujo de aire que debe verse en sentido contrario al observar la primera figura, además de pasar a la utilización A, pasaría también por la «descarga P» porque la presión que actúa sobre la segunda parte del obturador vencería la reacción del muelle cilíndrico. Por otro lado, la presión que actuaría bajo el plano de la parte 1) requeriría una fuerza de accionamiento mayor y, de todas formas, impediría después al muelle fuerza de accionamiento mayor y. de todas formas, impediría después al muelle cónico reposicionar el mismo particular 1) al cesar el accionamiento.

71

FUNCIONAMIENTO DE LAS VALVULAS DE OBTURADOR

Las figuras muestran el interior de una válvula 3/2 NA en tres situaciones distintas durante un ciclo de trabajo; las figuras primera y tercera presentan posiciones definidas por las condiciones de reposo y accionada, mientras que la del centro refleja una posición particular que se verifica durante su conmutación. En la primera figura la válvula está en posición de reposo apenas es liberada; en efecto, vemos que el aire está todavía en movimiento de la alimentación P hacia la utilización A, a través del intervalo entre las partes 1) y 2) del obturador, en correspondencia de la junta del centro. Tal intervalo es realizado y mantenido por el muelle más pequeño precargado mientras que el más grande comprime por el contrario la parte 2) del obturador que mantiene cerrada la descarga del aire. El flujo del aire se detiene cuando la utilización A no tiene más necesidad de aire; en tal caso, en la válvula se verifica una situación de reposo del aire. En la figura del centro ya ha empezado el accionamiento; observamos la situación por partes sucesivas:

- la parte 1) del obturador baja y cierra la entrada del A/C mediante el

72

contacto entre la junta central y la parte 2) del obturador que, sin embargo, no se desplaza porque el muelle más grande reacciona todavía al recorrido del accionamiento.

- Por eso, el A/C no puede entrar, pero tampoco el de la utilización puede marchar en descarga.

- se verifica la condición de «centros cerrados». En la tercera figura el accionamiento sobre la válvula continúa; las dos partes del obturador se mueven conjuntamente hasta la total apertura de la descarga. Para mantener tal situación es preciso que el accionamiento persista sobre la válvula por el tiempo necesario impuesto por el programa de funcionamiento. Supongamos ahora que diferenciamos las distintas situaciones que se producen al soltar el mando de la válvula

- el muelle más grande eleva las dos partes del obturador (manteniendo cerrada la entrada del AC) y cierra la conexión utilización-descarga: fase de los centros cerrados.

- El muelle más pequeño eleva la primera parte del obturador y se abre el paso del AC a la utilización: en este punto la válvula vuelve a reposo y el aire comprimido continúa fluyendo hasta satisfacer la demanda de la utilización.

NOTA:Tampoco para este tipo de válvula es posible la inversión de las conexiones entre P y R, so pena de la anulación de la función de la válvula y de su funcionamiento,

DISPOSITIVO DE MANDO MANUAL DE LAS VALVULAS DEL OBTURADOR

El dispositivo de mando es el elemento que transmite una acción manual o mecánica al obturador Los dispositivos de mando manuales se pueden clasificar en estables e inestables dependiendo de la función que la válvula debe realizar en el circuito.Pongamos un ejemplo práctico sirviéndonos de un grifo de agua de nuestra casa: cuando no necesitamos agua, el grifo está cerrado, cuando nos hace falta lo abrimos y el agua corre hasta que no intervenimos nuevamente, Este funcionamiento del grifo se dice que es estable en el sentido de que el agua pasa o no pasa sin necesidad de nuestro continuo mando. Por el contrario, pensemos en las fuentes de los jardines públicos: la acción es de pulsador, es decir, si deseamos beber debemos rnantenerlo apretado, si lo soltamos el chorro se interrumpe, El funcionamiento de este grifo se dice que es inestable, es decir, el agua sigue fluyendo mientras dure la acción de mando. La válvula de distribución de obturador es de funcionamiento inestable. Para

73

convertir la en estable es preciso montar un dispositivo particular que sustituya la intervención manual tras la acción inicial de mando. Con las premisas arriba indicadas observamos las posibilidades que muestran algunos dispositivos de mando manual: 1° línea: dispositivo de tecla inestable

- el accionamiento requiere una presión sobre la tecla que se transmitirá después al elemento móvil (obturador)

- el pase del aire, si la válvula es NC, o su interrupción si es NA, tiene la misma duración que la permanencia de la acción.

- para que la válvula a su posición basta con soltar la tecla. - la condición de la válvula es inestable. - la simbología indicada sirve también para los dispositivos de pulsador o de

palma. 2° línea: dispositivo de palanca inestable

- el accionamiento se produce mediante el desplazamiento de la palanca a lo largo de todo su arco.

- el operador debe mantener su acción durante el tiempo necesario.- apenas soltada la palanca, el muelle reacciona y la devuelve a la posición

de reposo.- la condición de la válvula es inestable.3° Iínea: dispositivo de palanca estable - el dispositivo de mando, una vez accionado para todo su recorrido, se

detiene en la posición alcanzada aunque cese la acción del operador; tal efecto se obtiene a través de un mecanismo presente en el dispositivo,

- la función de la válvula permanece también en ausencia de mando; por eso, la condición es estable.

- sólo con una acción en sentido opuesto sobre el dispositivo de palanca, la válvula vuelve a su posición de reposo,

Observamos ahora las columnas de la simbología: - cada tipo de mando tiene su símbolo - en las dos condiciones inestables debe figurar un muelle mientras que en la

condición estable no debe indicarse - no están diseñadas las conexiones puesto que los símbolos son iguales

para todos los tipos, es decir, 3/2 NC, 3/2 NA Y 5/2. NOTA Con todo lo indicado hemos completado la simbología de una válvula de distribución.

74

DISPOSITIVOS DE MANDO MECANICO DE LAS VAVULAS DE OBTURADOR

En un comentario anterior habíamos dicho que un circuito neumático es una sucesión de válvulas dispuestas y conectadas entre sí. Por él fluye el A/C para el funcionamiento, según un programa preestablecido, del elemento final del circuito mismo. La presencia de un operador queda limitada, por eso, a intervenciones de puesta en marcha de parada del ciclo y en casos de emergencia. El automatismo está asegurado por válvulas llamadas «finales de carrera». Estos montan dispositivos de mondo mecánico y se instalan en el extremo del recorrido de los cilindros, para que puedan ser accionados por medio de oportunas levas fijadas sobre el vástago de los cilindros, o bien, por la misma pieza que se quiere desplazar Con los dispositivos de mando mecánico, la reposición de las válvulas de final de carrera se produce siempre y sólo mediante la reacción del muelle (del interior de lo válvula) apenas cesa lo acción de mondo. Por tal motivo, la condición de las válvulas accionadas mecánicamente es siempre inestable. Los dispositivos de mando mecánico más comunes son: De palanca y rodillo: se utiliza normalmente:

- cuando la dirección del movimiento del medio mecánico (el vástago

75

o las partes a él acopladas) es perpendicular al eje del órgano móvil de las válvulas.

- para detectar un órgano en rotación. ¡Atención! para un funcionamiento regular es preciso que las válvulas estén montadas de modo que la rotación de la palanca del dispositivo vaya en el mismo sentido que el movimiento de la leva como se indica en la fig. 1). - una rotación en sentido opuesto como en la fig. 2), además de producir

rozamientos entre el rodillo y la leva sometería a flexión al perno A. De palanca y rodillo unidireccional: la conmutación puede producirse sólo con fuerzas perpendiculares al eje del órgano móvil de los válvulas y en una sola dirección (fig. 3); en el sentido opuesto, la palanca no baja porque el rodillo se vuelca (fig. 4). El dispositivo se utiliza en los siguientes casos:

- para detector el paso de un órgano en movimiento en una sola dirección. - para hacer cumplir a una válvula una función de duración limitada.

De mando frontal: se utiliza cuando la válvula está montada con su eje coincidente o paralelo al eje del vástago; en el montaje de la válvula es preciso asegurarse de que el órgano móvil de la misma está accionado dentro de su valor de «recorrido extra». Observemos ahora las siguientes figuras:

- las simbologías: el muelle está siempre presente porque lo condición de las válvulas es, de cualquier modo, inestable; los conexiones no se indican porque los símbolos valen paro cualquier tipo de válvula.

- la simulación de una combinación de mando con dos de los dispositivos antes descritos: a) - con el cilindro en posición de partida, la leva mantiene accionada lo

primera válvula mientras las otras permanecen en reposo.b) - la leva ha alcanzado la válvula del centro (con el dispositivo

unidireccional) que permanece accionado durante breves instantes. - observamos que dicha válvula se encuentra más abajo respecto a los

otras de los extremos porque el dispositivo tiene uno mayor dimensión por lo altura

c) - el cilindro ha llegado al final del recorrido positivo y acciona la válvula; notamos que el dispositivo: - está montado en posición opuesta respecto a la de la primera válvula

con el fin de obtener la coincidencia de los dos sentidos del movimiento de la leva y de la palanca.

- queda ocupado por la leva con cilindro parado. ¡Atención! se debe evitar que la leva suelte el rodillo antes del retorno,

76

previsto del cilindro por dos motivos: - el reposicionamiento anticipado de las válvula podría modificar el

ciclo de trabajo - el dispositivo estaría sometido a uno fuerza en dirección opuesta.

d) - el cilindro regresa y vuelca el rodillo sin accionar la vólvulo del centro. e) - el cilindro está parado al final del recorrido negativo. El dispositivo debe

quedar por ello ocupado por las mismas razones descritas en el punto C.

MINIVALVULAS DE OBTURADOR

Las válvulas de distribución de obturador pueden usarse, indistintamente, tanto para el mando de un cilindro como para indicadores de posición, es decir, como "final de carrera". Es fácil, por tanto, comprender que la necesidad de aire en los dos casos es bastante diferente:

- en el primero: a través de la válvula debe pasar la cantidad de aire necesaria para mover el pistón y mantenerlo después al final del recorrido por el tiempo necesario para el funcionamiento de la instalación.

77

- en el segundo: como veremos más adelante, basta un mínimo paso de aire para desarrollar la función requerida por la señal de final de recorrido.

En otras palabras, una válvula de final de carrera, o cualquier modo de señal, no se le requiere un «caudal de aire». Por eso, es posible reducir sus dimensiones y funcionar con una «mecánica de movimientos más simple, para obtener:

- baja fuerza de accionamiento: variable desde aproximadamente 4 N (0,4 kg) a un máximo de aproximadamente 6 N en relación al dispositivo aplicado.

- breves recorridos de intervención: de aproximadamente 1 mm. frente a los 2,5 mm. del tipo normal.

- presencia inmediata de señal. - mínimo consumo de aire.

Todas estas particularidades se encuentran en los tipos de válvula de miniatura que permiten ser accionadas mecánicamente con uno de los dispositivos ya observados. Para el accionamiento manual, se utilizan los dispositivos normales de accionamiento eléctrico de panel que ofrecen numerosas variantes. Otra particularidad de estas válvulas es que están equipadas, además, de con una entrada para un racor normal de reducidas dimensiones (ya que la rosca es una M5), también con el casquillo de un racor súper rápido ya insertado en el cuerpo, favoreciendo así la conexión y reduciendo los costes de montaje. Observemos ahora el funcionamiento de las dos válvulas: Mlniválvula 3/2 NC - las conexiones de alimentación P y de la utilización A están situadas en el

cuerpo de la válvula mientras la de descarga está situada en el interior de la pequeña varilla de mando 1).

- la primera figura muestra la válvula en posición de reposo; en efecto, con el circuito con presión, tenemos a A en comunicación con R, mientras la presencia del aire en P mantiene cerrado el paso 2) por la presión ejercida sobre la junta 3).

- cuando se acciona la válvula (observamos la segunda figura), la pequeña varilla con su movimiento provoca: - el cierre de la conexión A con R. - la apertura de la conexión P con A el paso de aire o través de los canales en

el exterior. - de la junta; también en estas válvulas existe un valor de "carrera extra" para

facilitar su montaje. - el anillo 4 determina el valor de recorrido máximo. - por la liberación del accionamiento:

- la presión del aire empuja hacia arriba la junta cerrando el paso 2). - el muelle empuja hacia arriba la pequeña varilla y se vuelve a abrir la

78

conexión A con R (descarga). Mlniválvula 3/2 NA - Las dos conexiones P y A se encuentran en el mismo lado como el caso de la

válvula anterior mientras R es, solamente, un orificio (no roscado) situado en el lado opuesto.

- la figura completa, muestra la válvula en reposo: en efecto, con el circuito con presión queda abierta la CONEXION P con A porque la junta es empujada por el aire contra su sede superior cerrando la conexión de A con R.

- cuando la válvula es accionada, la junta se desplaza hacia el asiento inferior con el resultado de cerrar la conexión P con A y abrir la de A con R (el aire de descarga pasa a través de los canales de la junta).

- a la liberación del mando: - la presión del aire desplaza la junta hacia el asiento superior, cerrando el

paso de descarga y abriendo el de alimentación - el muelle de sección menor llevo la pequeño varilla a su posición de reposo.

NOTA La simbología de estas mlniválvulas es la misma que la de las válvulas normales.

79

VALVULA DE DISTRIBUCION DE CORREDERA 3/2

La definición de corredera tiene su origen en el hecho de que el órgano móvil «va hacia delante y hacia atrás» cerrando y, abriendo el paso del aire en entrada o en descarga; es decir, la corredera realiza un movimiento alternativo directamente delante de las conexiones, poniendo en comunicación A con P o bien A con R a través de una sección reducida obtenida en el centro de su longitud. Como se puede ver en la figura que representa las posiciones «de reposo» y «accionada» de la válvula, la corredera no cierra nunca la conexión A mientras que cierra unas veces la entrada P, y otras la descarga R. A igualdad de caudal de aire en salida de la utilización A la corredera debe completar un recorrido mayor respecto al necesario para el obturador; a título indicativo, el recorrido es aproximadamente de 6 mm.; esto acarrea que también el tiempo de respuesta, es decir, el tiempo que transcurre entre el accionamiento y la máxima sección de paso del aire, sea mayor que el necesario para la válvula de obturador. Una particularidad constructiva que caracteriza las válvulas de corredera es la ausencia de cualquier muelle en el interior de la válvula misma; las ventajas de ello son:

- natural estabilidad de la corredera. - posibilidad de montar cualquier dispositivo de accionamiento o

reposicionamiento. - construcción simple. de ahí su mayor economía.

la estanqueidad interna entre la parte fija y la móvil está asegurada por anillos de goma sintética colocados en jaulas adecuadas; la natural estabilidad de la corredera es debida al hecho de que además de la ausencia de muelle, está «equilibrada». la simetría del perfil de la sección reducida hace así que el aire en movimiento (en cualquier dirección) no sólo no impida la maniobra sobre el dispositivo de accionamiento (o reposicionamiento) sino que asegure la estabilidad de las posiciones alcanzadas por la corredera cuando cesa la intervención del mando. Esta particularidad, exclusiva de la válvula de corredera, permite poder emplear indiferentemente las conexiones P y R tanto para la entrada como para la descarga del A/C, quedando la conexión A como utilización. De todo ello, la posibilidad de utilizar una misma válvula con funciones de NC o de NA: con función de NC: la entrada del A/C se efectúa en P; con la válvula en la posición de reposo quedo cerrada la conexión P con A y abierta la de A con R. - cuando la válvula es accionada. la corredera se desplaza y realiza la

80

conexión de P con A. mientras queda cerrada la descarga A con R.con función de NA: la entrada del A/C se efectúa en R; con la válvula en reposo quedo abierta la conexión R con A y cerrado la de A con P.

- cuando la válvula es accionada, la corredera realiza la conexión en descarga A con P, mientras queda cerrada la alimentación R con A.

Para representar gráficamente esta doble posibilidad de empleo de la válvula es preciso observar las siguientes reglas: - la posición de las letras no puede modificarse porque debe corresponder con la

superpuesta sobre la válvula. - las conexiones internas deben referirse siempre a la posición de reposo que

asume siempre una válvula en las dos condiciones: - válvula 3/2 NC: segmento A con R con flecha vuelta hacia R. - válvula 3/2 NA: segmento R con A con flecha vuelta hacia A. - en ambos casos, P debe estar siempre cerrado.

VALVULA DE DISTRIBUCION DE CORREDERA 5/2

Para obtener una válvula de distribución 5/2 es preciso añadir una vía más de utilización y la correspondiente vía de descargo, marcados respectivamente, con

81

la letra B y S Es obvio tal aumento de vías requiere una mayor longitud del cuerpo de la válvula y de la corredera En la válvula 3/2 la utilización A está siempre en comunicación con la conexión P o R; así mismo, en el caso de la 5/2, las utilizaciones A y B están alternativamente conectadas con la única conexión de alimentación P o las correspondientes vías de descargo R y S. Como se puede observar en la fig. 1., son precisas dos secciones reducidas y separadas de la corredera para poder realizar las siguientes combinaciones de conexión:

- con la válvula en reposo P con B A con R S cerrado - con lo válvula accionada: P con A B con S R cerrado

De todo lo anteriormente indicado, resultan evidentes las diferencias existentes entre los tipos 3/2 y 5/2; en esta última, la alimentación P está siempre unida con una u otra utilización, por lo cual no tiene mucho sentido la distinción de «normalmente cerrada» o «normalmente abierta». Siempre por las características de la corredera equilibrada, lo válvula 5/2 puede tener los siguientes usos: fig. 1) - alimentación de las dos cámaras de un cilindro DE con igual presión; los dos sentidos del movimiento se obtienen como indica el símbolo: para el recorrido positivo: (válvula accionada) cuadro de la izquierdo - P con A para el recorrido negativo: (válvula en reposo) cuadro de la derecha - P con B. fig. 2) - alimentación de las dos cámaras de un cilindro D.E. con presiones distintas; en este caso es necesario utilizar las descargas R y S para las dos alimentaciones y la conexión P como descarga común de las dos utilizaciones. - obviamente, esto hace que se precisen dos tuberías separadas de entrado del

A/C.- en la simbología, permanece invariada la posición de las letras y sólo se

invierten los sentidos de las flechas. fig. 3) - empleo de la válvula 5/2 como 3/2; es suficiente cerrar con un tapón hermético una de las dos utilizaciones dejando, sin embargo, libre el relativo orificio de descarga

- con la alimentación en P (en el ejemplo) o en R, se puede obtener igualmente la función NC o NA de una válvula 3/2.

- en la simbología, la conexión que no se utiliza debe marcarse con una cruz.

82

DISPOSITIVOS DE MANDO MANUAL Y MECANICO - MECANICA DE LAS VALVULAS DE CORREDERA A fin de que una válvula de corredera (3/2 o 5/2 tal como habíamos visto en las anteriores figuras) pueda funcionar, es preciso añadir a los dos extremos del cuerpo unos dispositivos apropiados para el movimiento del órgano móvil, en relación a una de las dos condiciones (estable o inestable) requeridas por la instalación. Por norma, para su utilización se sigue el siguiente criterio: a la izquierda, el dispositivo de accionamiento, que puede elegirse de entre los que hemos visto para las válvulas de obturador y que representamos con su símbolo en el centro de la imagen. a la derecha, el dispositivo de reposicionamiento, que puede estar dotado de muelle si la condición requerida es la de inestable - por el contrario en el caso de una condición estable. el extremo del cuerpo está

cerrado con una tapa. Las anteriores indicaciones se refieren a la válvula observada con las conexiones en el siguiente orden de lectura: R y P para la 3/2 y R, P y S para la 5/2. Analicemos ahora las posibles combinaciones de estos dispositivos en relación a

83

cada una de las dos condiciones requeridas por una instalación: inestable: es preciso el dispositivo de reposicionamiento con muelle y uno cualquiera de los cinco dispositivos de accionamiento (los dos primeros son de mando manual y el resto de mando mecánico)

- la fig. 1 muestra el extremo de la válvula cerrada con una tapa que retiene un casquillo de guía para el muelle, se comprime por la acción de uno de cinco dispositivos de mando

- en esta situación, el comportamiento de la corredera es idéntico al del obturador, en el sentido que la válvula queda conmutada para solamente la duración del mando

- el pequeño agujero sirve para evitar la compresión del aire presente entre la corredera y la tapa

estable: es preciso sólo la tapa del extremo, sin muelle (ver fig. 2) - para esta condición quedan excluidos los dispositivos de mando mecánico y

se utilizarán exclusivamente aquellos de accionamiento manual del tipo de "tirador" y de "palanca" acoplados mecánicamente a la corredera a fin de consentir su movimiento en los dos sentidos.

- la intervención manual podrá limitarse al tiempo necesario hasta hacer completar a la corredera el recorrido para la conmutación de la válvula.

- para reposicionarla es preciso intervenir nuevamente sobre el dispositivo manual con una acción en sentido opuesto a la de la fase anterior.

84

DISPOSITIVOS DE MANDO NEUMATICO DE LAS VALVULAS DE CORREDERA

Los dispositivos de accionamiento hasta ahora examinados, que pueden ser montados sobre cualquiera de los dos tipos de válvula de distribución (obturador y corredera), forman parte del grupo de los denominados de «mando directo» en el sentido en el que el mando, sea manual o mecánico, se manifiesta directamente sobre las válvulas a través del dispositivo. Como alternativa al mando directo existe el mando a distancia o telemando que se produce mediante un dispositivo de mando neumático que recibe una señal de aire comprimido procedente de otra válvula. El mando neumático está constituido por un pequeño pistón de diámetro apto para ejercer una fuerza de empuje suficiente para mover la corredera y vencer la resistencia que opone el dispositivo de reposicionamiento. Observemos el funcionamiento de varios tipos de dispositivos cuya simbología está colocada en la parte superior de cada serie de figuras descritas de izquierda a derecha: Dispositivo de accionamiento neumático y retorno por muelle 1. en ausencia de señal, el muelle mantiene la corredera en posición de reposo. 2. cuando llega la señal de la válvula piloto, el pequeño pistón actúa sobre la

corredera, vence la fuerza del muelle y conmuta la válvula durante todo el tiempo que dure la señal.

3. al cesar la señal, (es decir, cuando está puesto en descarga), la reacción del muelle vuelve a llevar la corredera a la posición inicial.

La condición de la válvula es inestable. Dispositivo de accionamiento y reposicionamiento neumático Los dos pequeños pistones, de igual superficie, están dispuestos en los dos extremos de la corredera 1. en ausencia de señal, la corredera se encuentra en la posición determinada

por la última señal llegada (que suponemos llegada de la derecha). 2. bajo la acción de la presión piloto, el pequeño pistón de la izquierda conmuta la

válvula.3. al cesar la señal, la válvula queda en la posición que ha asumido. 4. para reposicionar la corredera, la presión piloto debe ahora actuar desde la

derecha. 5. la presencia simultánea de las dos señales no modifica la posición asumida

precedentemente por la corredera porque se produce un equilibrio de las dos fuerzas sobre los pistones.

- si observamos las fig. 1 y 3 notamos que la corredera se encuentra en dos

85

posiciones distintas a pesar de la ausencia de señal. la condición de la válvula es estable Dispositivo de accionamiento y reposicionamiento neumático preferencial Los dos pequeños pistones de los extremos de la corredera no tienen la misma superficie, alimentados por una presión piloto igual, ejercen un empuje distinto. La sucesión de las posiciones de los pistones y de la corredera, de la fig. 1 a la fig. 4, es idéntica a la del caso anterior, mientras en la fig. 5, en presencia de señales, prevalece la posición determinada por el pequeño pistón de sección mayor. Un sistema válvula/dispositivo que realiza tal condición, recibe el nombre de estable preferencial. El dispositivo neumático de reposicionamiento del que hemos hablado anteriormente, podrá sustituir el muelle en los casos en los que sea precisa la condición inestable de una válvula de corredera. De este modo, el dispositivo, siempre alimentado, se comporta como un muelle neumático con la ventaja de obtener una conmutación clara y precisa, hecho que, no se produce con el muelle mecánico en cuanto que la resistencia que ofrece aumenta en proporción a la que se solicita.

86

VALVULA DE ELABORACIÓN DE SEÑALES – 1ª parte

Definimos así a las válvulas que, con distintas funciones, realizan en un circuito neumático la tarea de recibir señales, elaborarlas y enviarlas después, según un programo establecido, al accionamiento de las válvulas de distribución que a su vez provocan el movimiento de los cilindros. Se realizan con un diámetro útil de paso de señal de aproximadamente 2,5 rnrn. y con un cuerpo de reducidas dimensiones: están, por otro lado, equipadas con dispositivos que favorecen un montaje múltiple puesto que son utilizadas, en número razonable, en la realización de los circuitos como veremos en el capítulo siguiente. Pertenecen a este «grupo» las siguientes válvulas de distribución: 5/2 de doble mando neumático: por lo tanto estables, condición indispensable en la elaboración de las señales. Generalmente se realizan en el tipo de corredera ya descrita en el argumento V 10. 3/2 de mando neumático y retorno de muelle del tipo NC y NA: generalmente se realizan de obturador porque es el órgano móvil que mejor se presta para las funciones requeridas por las dos válvulas; están provistas de relevador de salida de señal para favorecer el control y la localización de fallos. De los dos últimos tipos nos limitaremos a describir el funcionamiento de la NA: Fig. 1) - la señal de mando en Z lleva al pequeño pistón 2) que actúa sobre el dispositivo elástico 3) que a su vez cierra la entrada del A/C y abre el orificio en descarga de A para R a través de los canales practicados sobre la superficie exterior de la junta 4). - por la condición de inestabilidad de la válvula, dichas situaciones permanecen

hasta que está presente la señal en Z. Fig. 2) - a la desaparición de la seña en Z el muelle 1) desplaza al pequeño pistón 2) a la posición de reposo, lo que permite a los muelles del dispositivo 3) volver a la condición inicial.- la presión en P desplaza la junta 4) obteniendo el cierre en R, la salida de la

señal de A y el accionamiento del relevador. Esta válvula se emplea tanto en su función normal como en una particular obtenida al insertarse un muelle de contraste graduado para que el pequeño pistón sea sensible a presiones de cerca de 0.2 bar. Por tanto, la condición de la fig., 2 se obtendrá, en esta ejecución, cuando la presión de la señal en Z llegue al valor arriba indicado. El típico empleo de esta válvula, que recibe el nombre de «umbral» es el del mando de final de recorrido de un cilindro. Los esquemas muestran las posiciones de un cilindro que determinan las condiciones de funcionamiento de la válvula,

87

Con la cámara negativa alimentada, se acciona también la válvula; alimentando la cámara positiva y descargando la negativa, la válvula se reposiciona sólo cuando la presión en el cilindro se reduce al valor de cerca de 0,2 bar, es decir, cuando ha terminado el movimiento. Válvula 3/2 NC: está realizada con el mismo concepto mecánico que la anterior con la sola variación de la parte correspondiente a la distinta función que debe realizar; - también para la NC el muelle 1) puede ser sensible; en este caso, la válvula

podrá realizar funciones de «amplificador», es decir, podrá recibir una señal de baja presión en Z y emitir una a la presión requerida a través de la conexión P con A.

VALVULAS DE ELABORACION DE SEÑALES – 2da parte

Las válvulas de las que nos ocupamos ahora, forman parte de la categoría de las válvulas de «interceptación». Las consideramos, por otro lado, del grupo de las de "elaboración” en cuanto su función, conjuntamente a la de las válvulas ya

88

examinadas en la primera parte, asumen una importancia determinante en el estudio y en la realización de los circuitos como tendremos oportunidad de observar en el capítulo correspondiente. Estas son: Vólvulo selectora: precisa de la presencia, de al menos, una señal para tener una señal en salida. Válvula de dos presiones: precisa de la presencia de dos señales, a fin de poder tener una en salida (no importa cuál). Observamos la serie de figuras de arriba que evidencian el funcionamiento de la válvula selectora en las distintas situaciones de «elaboración»: - el único elemento móvil es la junta G, cuya posición está determinada por las

señales procedentes de las conexiones P, mientras la conexión A es la de salida.

fig. 1) La señal P de la izquierda, en ausencia de la derecha, empuja la junta contra el asiento opuesto con los siguientes resultados: - no descargarse a través de la válvula que genera la otra señal. - proseguir por la salida A. - accionar el relevador de señal, útil para el control y para localización de averías. fig. 2) la señal P de la derecha en ausencia de la izquierda, empuja la junta contra el asiento opuesto obteniendo los mismos resultados que la anterior. fig. 3) cuando las señales han realizado su función realizan el recorrido inverso y se descargan a través de las válvulas que los han generado. La serie de figuras de abajo hacen referencia al funcionamiento de la válvula de dos presiones.- el elemento móvil es una corredera S de sección cuadrada, en cuyos extremos

tienen asiento dos guarniciones teóricas que cierran uno u otro paso. fig. 1) con la señal P procedente de la segunda entrada, la corredera se desplaza hacia la izquierda y no permite proseguir la señal. fig. 2) con la llegada también de la otra señal P, la posición alcanzada antes por la corredera le permite proseguir hacia la salida A y accionar el relevador. fig., 3) al cesar una u otra señal P. no hay más paso a la utilización A; en efecto, en el ejemplo, con la desaparición de la primera señal llegada, la corredera se reposiciona y permite a la misma descargarse a través de su válvula.

89

CAUDAL NOMINAL DE UNA VALVULA DE DISTRIBUCIÓN

En el análisis relativo al dimensionamiento de las líneas de distribución (capítulo sobre la producción del aire) ya habíamos tenido la ocasión de advertir la necesidad de disponer de una línea de alimentación calculada sobre la base del caudal efectivo de la instalación proyectada. Recordamos a tal propósito que:

- cuanto mayor es la sección de paso y mayor es el caudal posible, es decir, la cantidad de aire en movimiento medido en NI o en Nm3 en la unidad de tiempo (minuto o segundo).

- todo consumo de aire crea siempre una caída de presión. - tal caída aumento cuando, por una misma sección, se hace posar un caudal

mayor. Las válvulas, término general que comprende cualquier función de control, son un medio para el paso del aire cuya fuerza es utilizada por los elementos de potencia (cilindros y herramientas). Por tanto, es importante que cada tipo de válvula tenga en su interior la mayor

90

sección posible, además de presentar los menores obstáculos al paso del aire; todo lo dicho se refleja en una menor caída de presión y, en consecuencia, en una menor perdida de rendimiento de los utilizadores. Las válvulas se fabrican en diversos tamaños y se diferencian entre sí por la dimensión de la rosca de entrada: M5 - G 1/8 - G 1/4 - G 3/8 - G 1/2, etc.; estos valores no definen, sin embargo, el caudal ya que este es una característica propio de cada válvula, tanto que, a igualdad de dimensiones, puede variar dependiendo del tipo de realización además del fabricante. Al objeto de tener una única dimensión de referencia, las normas C.E.T.O.P. (Comité Europeo de Transmisiones Oleodinámicas y Neumáticas) prescriben la adopción del término caudal nominal como aquel que efectivamente cada válvula es capaz de suministrar en un minuto con determinadas condiciones de funcionamiento que son:

- presión de entrada = 6 bar - temperatura ambiente = 20°C - c.d.p. en lo válvula = 1 bar (c.d.p. = caída de presión)

Dicho valor, que se indica en los catálogos, se obtiene tras pruebas efectuadas en las condiciones antes indicadas con el circuito representado en la imagen; este está constituido por:

- un regulador que determina lo presión de entrado de 6 bar. - dos manómetros que miden respectivamente lo presión del aire antes y

después en la válvula en prueba. - un regulador de flujo para simular una necesidad de aire paro así

determinar la caída de presión establecida de 1 bar. - un asámetro, instrumento para la medida del caudal.

Con los mismos aparatos se pueden medir también los valores del caudal al variar la caída de presión, así como construir los diagramas como los que aparecen en la figura V20. Otra característica propia de las válvulas (también indicada en los catálogos) es el diámetro nominal que, por convenio, corresponde a la sección mínima disponible para el paso del aire. Tal valor es útil para la elección de los racores y de los tubos de conexión; conociendo las dimensiones de la válvula, su diámetro nominal indica el diámetro interno del paso que deben tener todos los racores y los tubos tanto en la entrada como en la salida de la válvula misma, sobre todo cuando el caudal requerido está en el límite del admitido ante una caída de presión limitada. NOTA El caudal de los válvulas previstas también para el paso de los líquidos, está expresado, además de con el valor «nominal en Nl/min», con un coeficiente

91

valvular; este último indica la cantidad de agua, en litros por minuto, que pasa a través de la válvula cuando la caída de presión entre los dos extremos es de 1 bar y la temperatura ambiente es de 20°C. En el caso de líquidos de peso específico distinto al del agua, el valor del caudal se puede individualizar en los nomogramas de los catálogos de los fabricantes.

DIMENSIONAMIENTO DE LAS VALVULAS DE DISTRIBUCION

Una válvula de distribución puede estar destinada a alimentar un cilindro (o varios cilindros) o bien al mando del dispositivo de accionamiento neumático de otra válvula; resulta por ello evidente la disparidad de las dos necesidades de aire. El dimensionamiento de una válvula es por ello importante y necesario cuando está destinada al funcionamiento de un cilindro; en el otro caso el problema podría existir en caso de que la distancia entre la válvula que genera la señal y el elemento al que se destina es tal que puede causar un retraso en el accionamiento, debido a la caída de presión provocada por la longitud de la tubería. En iguales circunstancias se puede evitar sustituir la válvula con otra de caudal mayor insertando, a lo largo de la tubería, una válvula 3/2 NC inestable de

92

accionamiento neumático alimentada directamente por la red al objeto de amplificar la señal. Como ya sabemos, un cilindro está dimensionado sobre la base de la presión disponible y de la carga aplicada. Recordemos que el movimiento del pistón, en el interior de un cilindro, provoca un aumento del volumen con la consecuente caída de presión. Se debe, por ello, suministrar al cilindro la cantidad de aire necesaria para suplir el aumento de volumen con el fin de mantener lo más constante posible, el valor de presión necesaria para vencer la carga y obtener el movimiento en el tiempo requerido. Un primer dato para el dimensionamiento de una válvula es, por ello, el conocimiento del volumen geométrico de cada cámara activa. El correspondiente volumen de aire libre se obtiene multiplicando el volumen geométrico por la presión en valor absoluto (presión del manómetro más la atmosférica) en cuanto, en el momento del relleno, las cámaras tienen un volumen cero (si se excluye el espacio nocivo). El caudal está definido en Nl/min por eso un dato imprescindible para calcular el necesario, es el tiempo en el que el cilindro debe completar el movimiento en las condiciones de presión y carga establecidos. Todo lo arriba indicado viene expresado por la fórmula:

Q = S x C x (p + 1) x r 1000 en la que: Q = cantidad de aire libre en Nl/min

S = superficie útil del pistón en cm2 (en empuje o en tiro) C = recorrido en cm. p = presión de trabajo en bar 1000 = relación de reducción de los cm2 a drn2 (litros) r = valor que se obtiene dividiendo 60 segundos (un

minuto) por el tiempo de cada uno de los dos recorridos Puesto que los movimientos de un cilindro de D.E. están controlados por una sola válvula, en el caso de una misma carga en los dos sentidos, pero con tiempos de recorrido distintos, es preciso calcular la cantidad de aire necesaria para cada recorrido y utilizar el valor Q más alto para la selección de la válvula. Su dimensión debe ser tal que, a igualdad de cantidad Q y respetando las exigencias de economía y espacio, provoque la menor caída de presión; esto viene mostrado en el diagrama. Pongamos un ejemplo: un cilindro con diámetro de 50 mm y recorrido de 1000 mm, a la presión de 6 bar debe desplazar una carga empleando dos segundos en el recorrido de empuje y 1 segundo en el de tiro; las respectivas superficies útiles

93

del pistón son: en empuje 19,6 crn2 en tiro 17,1 cm2. Las respectivas cantidades de aire requeridas por la válvula son:

en empuje Q = 19,6 x 100 x (6 + 1) x (60 : 2) = 412 NI/min 1000

en tiro Q = 17,1 x 100 x (6 + 1) x (60 : 1) = 718 NI/min 1000

El valor de 718 NI/min, superpuesto sobre la ordenada del diagrama, nos da la posibilidad de determinar, en correspondencia con cada curva, los siguientes valores de caída de presión:

- válvula de G 1/8: aproximadamente 1,3 bar. - válvula de G 1/4: aproximadamente 0,4 bar.- válvula de G 1/2: aproximadamente 0,1 bar.

De las tres dimensiones, la de G 1/2 es la preferible porque reduce poco la presión establecida;

94

VALVULAS DE INTERCEPTACION

Son válvulas que bloquean el paso del aire en la dirección no deseada; por el fenómeno de la expansibilidad del aire, el movimiento del flujo es siempre directo desde el recipiente de presión mayor al de presión más baja. Cuando los dos recipientes están en comunicación entre sí, cualquiera que sea su volumen y distancia relativa, para el aire ellos son «un mismo volumen» y por ello si nada los intercepta la presión se estabiliza de manera uniforme en todas las partes de los dos depósitos, comprendiendo también el tramo de tubería. Imaginemos ahora que uno de los dos depósitos alimente una red de distribución del A/C y el otro represente a una herramienta neumática realizando un trabajo; en condiciones normales, la dirección del aire es la que habíamos indicado arriba. Supongamos, en cambio, (es un caso que se produce a menudo) que la red de distribución sufra una repentina disminución de la presión por cualquier motivo y que el nuevo valor sea inferior al fijado en el regulador de presión que controla a la herramienta. En esta situación todo el aire en la instalación de la herramienta se encontraría a una presión superior a la de la red, por lo que se produciría una inversión en el sentido del flujo del aire con las consecuencias fácilmente imaginables. Basta pensar en un sistema de bloqueo de una pieza que en aquel momento se encuentre «en mecanización» por una herramienta. El inconveniente de lo arriba indicado puede evitarse, o por lo menos retorcerse, hasta permitir al operario intervenir, si se emplea un válvula de no retorno (NR) o unidirecclonal en el tramo de tubería anterior al utilizador. La fig. 1 muestra este tipo de válvula: está constituida por un cuerpo en cuyo interior se encuentra un pequeño pistón móvil y un muelle. El sentido de montaje de la válvula debe ser tal que la presión de la red mantenga abierto el paso del aire hacia el utilizador. La diferencia de presión para la intervención es normalmente, de 0,2 bar. Cuando la presión disminuye y no tiene la suficiente fuerza para vencer la reacción del muelle, este actúa sobre el pequeño pistón y cierra el retorno del aire que, desde el utilizador, tendería a entrar nuevamente en red. NOTA Si un utillaje neumático debe tener garantizado un mínimo de presión, y la red de distribución solo se la puede suministrar en modo variable o con un valor inferior al necesario, es preciso insertar, además de la válvula NR, también un depósito de capacidad (pulmón) calculado en función del consumo del utillaje y para el tiempo en el que debe asegurarse la alimentación. El depósito debe tener características iguales a las indicadas en el capítulo sobre la producción del aire.

95

La fig. 2 representa otra válvula de interceptación llamada de descarga rápida; tiene por objeto el modificar automáticamente la dirección del aire en salida de la cámara de un cilindro; se utiliza cuando al cilindro se le solicita una velocidad mayor que la obtenida con una conexión normal. Observemos su funcionamiento:

- la presión del aire en P desplaza la junta G (que cierra el paso para R) y deja continuar el aire por A para alimentar la cámara de un cilindro; cuando la cámara debe andar en descarga (por lo tanto, interrupción de la presión en P) el aire empuja en sentido opuesto a la junta G cerrando el paso para P y abriendo aquel para R; así mismo esta válvula interviene para una diferencia de presión que es de cerca de 0,5 bar.

Como es sabido, el mando de un cilindro D/E se produce por medio de una válvula de distribución 5/2 que alimenta un cámara mientras manda la otra en descarga; la simultaneidad de las dos operaciones comporta siempre un retraso en la partida del pistón y también una menor velocidad de movimiento por la contra presión que crea el aire en descarga obligado a pasar a través de la tubería y de la válvula arriba indicada. Con la inserción de la válvula de descarga rápida sobre el cabezal de la cámara interesada, el aire de esta va en descarga directamente en atmósfera. Los diagramas muestran indicativa mente el comportamiento del aire en las dos cámaras de un cilindro de D/E en presencia, o no, de una válvula de descarga rápida:

- en el de arriba vemos que el tiempo k que media entre la llegada del aire y la partida del pistón, es el necesario para que la presión alcance el valor necesario para vencer las resistencias mecánicas y la contrapresión del aire en la cámara opuesta

- en el segundo diagrama, mientras permanece invariable el tiempo debido a las resistencias iniciales, ha disminuido el necesario para vencer la contrapresión porque la cámara opuesta ha ido inmediatamente en descarga.

El resultado es, por ello, una partida más inmediata y una mayor velocidad del pistón; la válvula puede insertarse en una o ambas conexiones pero siempre directamente en el cilindro.

96

VALVULAS REGULADORAS DE FLUJO - 1a parte

Don son las características físicas del aire y dos son las respectivas válvulas necesarias para adaptar estas características a las condiciones requeridas por el funcionamiento de un cilindro. Son la presión y el caudal. Por el nombre de las dos magnitudes se distinguen una válvula de la otra: regulador de presión y regulador de caudal, más comúnmente llamada regulador de flujo. El funcionamiento de la primera válvula se ha descrito en el capítulo sobre la producción de aire. El regulador de caudal, actuando sobre el diámetro útil de paso, regula en uno o en ambos sentidos el flujo del aire; en relación a esta particularidad la válvula se llama unidireccional o bidireccional. La forma y la dimensión externa (a igualdad de entradas) de las dos válvulas son iguales tanto como para no poderlas distinguir más que a través de los símbolos que las diferencian: observamos el comportamiento de cada una cuando se encuentran bajo presión: fig. 1 - unidireccional: la regulación se produce por medio de un tornillo de aguja

A que varía el paso de aire a través de la tobera C en una sola dirección por qué:

a. cuando el aire entra por la izquierda la reacción del muelle B sobre la

97

tobera y la del aire sobre la junta D cierran el paso exterior; por ello sólo puede pasar, entre la tobera y la aguja, la cantidad de aire deseada.

b. cuando el aire entra la derecha logra vencer la reacción del muelle y levantar la tobera, con el resultado de cerrar el paso interior y abrir el exterior de la junta de manera que se crea una sección tal que consiente un normal paso del aire.

- el conjunto constituido por el muelle correspondiente lo encontramos inserto en aquel que distingue el tipo de válvula de no retorno; el símbolo correspondiente lo encontramos inserto en aquel que distingue el tipo de válvula unidireccional.

- la misma válvula puede usarse indiferentemente para los dos sentidos de flujo modificando sin embargo, su orientación cuando se instala.

- la posición del vértice del ángulo corresponde a la dirección del flujo de aire controlado, como se demuestra en:

c. hacia la derecha: aire regulado de izquierda a derecha.d. hacia la izquierda: aire regulado de derecha a izquierda.

fig. 2 - bidireccional: la diferencia con el tipo anterior es que la tobera C está

mantenida siempre en la misma posición por el casquillo E, mientras la junta D asegura el cierre neumático entre las dos conexiones de entrada.

- la regulación influye del mismo modo en las dos direcciones del aire en cuanto que está obligado a pasar siempre a través de la sección creada por la posición de la aguja en la tobera. .

- la válvula puede insertarse en el circuito sin ninguna dificultad particular.

NOTA La forma particular del extremo del tornillo de aguja permite obtener una cantidad (aproximada) de aire proporcional al número de vueltas del tornillo.

98

VALVULAS REGULADORAS DE FLUJO - 2ª parte

De las dos válvulas reguladoras de flujo, aquella que encuentra un mayor empleo es la unidireccional, por ello nos ocuparemos sólo de ella. El por qué es preciso regular, es decir reducir el valor de la presión, ya lo sabemos; si limitamos el ejemplo a un cilindro de D/E podemos decir que con la regulación de la presión podemos adaptar la fuerza de empuje del pistón a las exigencias de lo que es necesario poner en movimiento. Ahora bien, la fuerza no es la única magnitud que podemos controlar. En presencia de un movimiento debemos tener en cuenta también la velocidad, es decir, el tiempo que queremos que transcurra entre la partida y la llegada del pistón. El regulador de flujo unidireccional (RFU) se presta a dicha función de mando sólo si está insertado en el modo exacto. Puesto que las cámaras de un cilindro de D/E son dos (alternativamente en alimentación y en descarga) imaginemos que conexionamos (erróneamente) una válvula RFU con el sentido de regulación directo a la cámara activa. La reducida cantidad de aire provocaría un movimiento a brincos del pistón porque al aumento

99

del volumen de la cámara no correspondería una adecuada alimentación, por lo que la presión se reduciría a un valor tal que no sería suficiente para mantener el pistón en movimiento. Por este motivo es probable la parada hasta tanto que en la cámara no vuelva a entrar el valor de presión necesario para el movimiento; por ello se excluye una inserción de este tipo en cilindros de D/E. Los diagramas de la fig. 1 representan, de forma indicativa, la marcha de la presión en las cámaras opuestas de un cilindro de D/E en dos casos diferentes: a. el aire de la cámara no activa se descarga a través de la válvula de distribución;

por ello, la contrapresión que se desarrolla está sólo en función de la reducción de su volumen (Ley de Boyle: toda reducción de volumen va siempre acompañada de un aumento de presión).

b. el aire de la cámara no activa pasa por la válvula RFU antes de descargarse a través de la válvula de distribución. - al efecto de contrapresión debido a la Ley de Boyle se añade el efecto de

estrangulación de la válvula RFU que retrasa la disminución de la presión inicial.

Lo que es interesante relevar de los diagramas además del aumento del tiempo t2, es decir, el tiempo que transcurre entre la partida y la llegada del pistón, es:

- el tiempo t1: el mando del aire en descarga de la cámara no activa crea una contrapresión por la cual el pistón retrasa su partida ya que debe vencer una resistencia mayor.

- la caída de presión en la cámara activa: la menor variación en el diagrama b) es la consecuencia directa de la reducción de la velocidad; en efecto, a una misma cantidad de aire en alimentación, corresponde un aumento más lento del volumen de la cámara activa.

La fig. 2 muestra el recorrido del aire en cada válvula RFU que controla la velocidad en los dos sentidos del movimiento de un mismo cilindro de D/E: observamos cuanto sigue:

- cuando las cámaras activas son alimentadas, el aire no pasa a través del regulador sino a través de la válvula de no retorno.

- por el contrario, el aire de las cámaras en descarga está obligado a pasar por el regulador, porque la válvula de no retorno se cierra.

Para obtener estos resultados las dos válvulas RFU se tienen que instalar con el cuidado de excluir el efecto de regulación siempre en el recorrido del aire en alimentación. En el caso de un cilindro de S/E, la posible regulación en uno de los dos sentidos no puede realizarse más que montando la válvula RFU en la dirección apropiada sobre la única conexión disponible.

100

Para evitar sorpresas debemos precisar que, con la regulación del aire en descarga no es posible obtener velocidades uniformes cuando estas descienden por debajo de 10 mm/seg. (valor medio sin carga) porque la diferencia entre las dos presiones opuestas sería rol como para no lograr vencer las resistencias en movimiento. En situaciones semejantes, el cilindro se comportaría como si la válvula RFU estuviera montada de forma errónea: es decir, el movimiento sería a brincos. La solución al problerna se dará en el apartado siguiente. Antes de pasar a las figuras siguientes, precisamos que también el pequeño volumen de aire que actúa sobre el pequeño pistón de un dispositivo de accionamiento (o reposicionamiento) de una válvula de distribución puede estar sujeto a un control en descarga o en alimentación (que habíamos, por otro lado, excluido en el caso de un cilindro). Fig. 3) la señal sobre el dispositivo de accionamiento puede tener una duración inferior a la necesaria para desarrollar la función deseada.

- con la inserción de una válvula RFU en dirección apropiada para controlar la descarga del aire del dispositivo. se puede prolongar el tiempo de conmutación tras la desaparición de la señal.

Fig. 4) si no obstante la regulación arriba citada, la duración de la señal resulta insuficiente, es preciso insertar entre las dos válvulas un pequeño depósito llamado capacidad, que tiene el objeto dé aumentar el volumen de aire a descargar de la cámara del dispositivo de accionamiento.

- el funcionamiento de este depósito es «natural»: por la física sabemos que el aire ocupa todo el volumen que se encuentra a lo largo de su recorrido.

- cuando desaparece la señal, el aire a descargar a través del regulador, es de un volumen mayor por lo que es posible mantener la presión de conmutación de las válvulas de distribución por un tiempo más largo

Habíamos ya indicado anteriormente la posibilidad de regular en alimentación la cámara de un dispositivo de mando neumático, o sea, de retrasar la conmutación de una válvula de distribución; si puede bastar el retraso que provoca lo válvula RFU, es suficiente insertarla con la regulación en dirección de la alimentación de la cámara del pequeño pistón. Cuando el retraso de la conmutación fuese todavía insuficiente y quedando en los límites de duración de la señal misma, sería preciso insertar una capacidad. Fig. 5) a) cuando el flujo de aire controlado por la válvula RFU entra en el

depósito, se expande y se reduce a un valor tal como para resultar insuficiente para la conmutación de la válvula.

b) la entrada controlada por la válvula RFU permitirá, después de un

101

cierto tiempo, alcanzar la presión mínima para accionar el dispositivo. Fig. 6) - observamos la posición de la válvula de no retorno respecto a la de la

fig. 3) Y 4); a la desaparición de la señal, el aire en descarga pasa a través del dispositivo NR de la válvula RFU permitiendo un reposicionamiento inmediato.

SIMBOLOGIA NEUMATICA - 1a parte En las imágenes que ilustran las características constructivas y de funcionamiento de los componentes objeto de los anteriores capítulos, se han indicado ya las relativas simbologías. A continuación las resumimos manteniendo el orden de las páginas y dando, cuando se considere oportuno, una breve descripción. IMAGEN TC 00.1 Producción y preparación del aire Filtro fig. 1 a) representación genérica.

b) con purga de condensación manual. c) con purga de condensación automática.

Regulador de presión fig. 2 a) con descarga de la sobrepresión

102

- pequeño triángulo para indicar la vio de descarga directa en atmósfera.- segmento con dos flechas para indicar las direcciones del flujo principal

hacia la utilización y aquel en exceso hacia la descarga. b) sin descarga de la sobrepresión

- no es preciso el pequeño triángulo. - segmento con una sola flecha en la dirección del flujo hacia la utilización.

NOTA: para ambos casos, la línea de puntos exterior debe tener su punto de conexión en la salida de la válvula. Lubricador fig. 3 representación genérica. Grupo FRL fig.4 a) con simbología detallada.

b) con simbología simplificada. Cilindros fig. 5 a) cilindro de S.E. con recorrido de retorno mediante muelle.

b) ídem con recorrido de retorno mediante otros sistemas. c) cilindros de D.E.; la diferencia entre b) y c) consiste en la presencia de dos conexiones. d) cilindro de D.E. con amortiguador fijo en ambos cabezales. e) ídem con regulación Nota: si sólo hay amortiguador en un cabezal, el pequeño rectángulo colocado al Iodo del pistón es sólo uno. f) cilindro de D.E. con pistón magnético sin amortiguador.g) ídem con amortiguador regulable en el cabezal anterior.

Válvulas de distribución fig.6 a) válvula 2/2 con posición de reposo cerrada.

b) ídem con posición de reposo abierta. c) válvula 3/2 NC. d) válvula 3/2 NA. e) válvula 5/2. f) válvula 5/3 de centros cerrados. g) válvula 5/3 de centros abiertos.

Nota: las diferentes simbologías se tienen que completar con el símbolo del dispositivo de accionamiento y de reposicionamiento

103

SIMBOLOGIA NEUMATICA – 2a parte

IMAGEN Te 00.2 Válvulas de elaboración fig. 7 a) válvula selectora - función OR.

b) válvulas de dos presiones - función AND. c) válvula NOT - función NEGACION. d) válvula VES - función IDENTIDAD.

Válvulas de interceptación fig. 8 a) válvula de no retorno sin muelle.

b) válvula de descarga rápida - el pequeño triángulo indica la conexión de descarga directa a la

atmósfera. - la línea de puntos indica la vía del flujo en descarga.

Válvulas reguladoras de caudal fig. 9 a) flujo regulado en una dirección.

b) flujo regulado en las dos direcciones.

104

Medios de accionamiento y de reposicionamiento fig.10

a) genérico. b) pulsador. c) con palanca. d) de pedal. e) de palanca rodillo. f) de palanca unidireccional. g) de accionamiento neumático. h) de accionamiento electroneumático (para electro-distribuidores).i) de accionamiento eléctrico (para electroválvulas).j) de muelle (sólo para el reposicionamiento).

Simbologías varias fig. 11

a) fuente de presión. b) línea de trabajo (o de potencia). c) línea de mando. d) conexiones fijas. e) conexiones de cruce.f) descarga de aire con entrada.g) vaciado de aire sin descarga.h) acumulador (capacidad pulmón).i) posición de entrada cerrada.j) Manómetro.

105

NORMAS PARA LA REALlZACIÓN DE UN ESQUEMA – 1a parte

El esquema de un circuito neumático, al igual que el eléctrico o el de los diseños de un órgano mecánico, es un conjunto convencional de líneas y símbolos mediante los que es posible:

- estudiar la solución más idónea para una instalación. - establecer un lenguaje técnico sin posibilidad de malentendidos entre quien

lo proyecta y quien realiza el trabajo.En los capítulos anteriores habíamos indicado ya los símbolos correspondientes a cada componente; ahora es preciso diseñarlos y acoplarlos entre sí para realizar un circuito concreto. Empecemos por las tuberías. Para distribuirse, el aire comprimido necesita:

- de una fuente de presión: el símbolo correspondiente puede indicarse en correspondencia de cada válvula que participa en la alimentación directa (fig. 1a) o bien puede ponerse en la parte superior de una única línea de distribución para indicar todas las válvulas que van a conectarse (fig. 1b).

- de tuberías para la distribución del aire en todo el circuito: por estar convenido, debe usarse una línea continua para las tuberías de «trabajo o potencian y una línea de puntos para las de «pilotaje o mando»

En vista de que cualquier esquema debe realizarse sin tener en cuenta las posiciones reales que cada componente asume en la instalación es necesario evitar, dentro de lo posible, que las líneas se crucen. Cuando esto no sea posible, es aconsejable interrumpir una de las dos líneas y hacer un pequeño arco para indicar la superposición de las tuberías; su conexión se indica con un circulo con un punto bien visible (fig. 3). Las figuras representan las situaciones de conexión a las que se podrá recurrir en caso de dudas; las diferentes hipótesis pueden sintetizarse así: - con la línea continua se diseñan todas las tuberías:

- conectan la entrada P de las válvulas de distribución, directamente a la red (fig. 1a y 1b) o bien a la utilización A de otra similar (fig. 2 y 3).

- conectan la válvula de potencia al cilindro, al igual que si hubiera válvulas de regulación o de descarga rápida (fig. 4 y 5).

- con la línea de puntos se diseñan todas las tuberías: - en salida de las válvulas de distribución y las destinadas a enviar una señal

para la conmutación de una válvula con mando neumático (fig. 6) - en entrada y en salida de las válvulas de interceptación (fig. 7) aún en el

caso de una conexión con la entrada P de una válvula de distribución (fig. 8) - en entrada y en salida de una válvula de regulación insertada en un circuito

106

de temporización (fig. 9) - sólo en el extremo de una válvula de distribución se puede verificar el caso,

muy frecuente, de tener que representar las tuberías de las dos formas como en la fig. 10, es decir, la salida A de una válvula que tendrá dos destinos: - con línea de puntos: para la conmutación de una válvula de mando,

neumático - con línea continua: para alimentar otra válvula similar.

NORMAS PARA LA REALIZACION DE UN ESQUEMA – 2a parte

El esquema debe representar la condición de partida de la instalación en presencia de presión; es decir, cada componente, sea cilindro o válvula, debe representarse en la posición que precede a la función que va a realizar. En particular para: - los cilindros: podrán encontrarse en final de recorrido positivo o negativo, con

relación al movimiento inicial requerido; ambas situaciones estarán indicadas por la posición del vástago (dentro o fuera).

- las válvulas de distribución: las de mando neumático y mecánico podrán estar «accionadas» o «no accionadas»; puesto que la simbología de estas válvulas

107

está representada por dos cuadros indicando una u otra condición, las normas al respecto son las siguientes:

fig. 1) y 2) válvula 3/2 NC y NA de accionamiento mecánico y reposicionamiento de muelle: - no accionadas: las conexiones externas están indicadas en el pequeño

cuadrado al lado del muelle, así como las letras correspondientes a las conexiones; las funciones que se realizan son: - para la NC A con R - para la NA P con A

- accionadas: las conexiones externas y las letras están en el pequeño cuadrado al lado del símbolo del accionamiento, con el añadido de una línea que indica el órgano mecánico que actúa sobre el dispositivo palanca-rodillo: las funciones

son, respectivamente, las contrarias a las antes indicadas. fig. 3) válvula 3/2 NC de accionamiento neumático y reposicionamiento de muelle: el accionamiento neumático llega a la válvula a través de una tubería de «pilotaje»

cuya señal puede provenir, por ejemplo, de una de las válvulas antes citadas. - no accionada, es decir, en ausencia de señal: los acoplamientos y las letras se

encuentran sobre el pequeño cuadrado al lado del muelle. - accionada, es decir, en presencia de señal que debe llegar en el mismo instante

en que se envía aire al circuito: las conexiones y las letras se encuentran sobre el pequeño cuadrado de la parte de la que llega la señal.

fig. 4) válvula 5/2 con mando neumático: - los accionamientos llegan a los extremos de la válvula de dos tuberías

diferentes de pilotaje; independientemente de la parte de la que proceda la señal. una de las dos utilizaciones A y B estará siempre conectada con la alimentación P.

- según la elección de cuál de los dos debe recibir aire en el momento de la partida, se determina el cuadrado en el que están indicados los acoplamientos y las letras.

108

LOS CIRCULOS ELEMENTALES - Mando directo - 1a parte Los circuitos elementales son una serie limitada de circuitos considerados «de base» porque se pueden encontrar «combinados» en todos los circuitos, por complejos que sean; por tanto, se refieren a un solo cilindro con diferentes soluciones de mando y de número de válvulas Imagen TC 03 Consideramos un cilindro de simple efecto que, necesitando aire siempre en la misma dirección, precisa sólo de una tubería de conexión con una válvula de distribución cuyas características son: 3 vías - 2 posiciones. La función de esta válvula debe elegirse en relación a la posición que se desea hacer asumir al cilindro al inicio del ciclo; por ello elegiremos para los dos casos de la imagen una válvula 3/2 NC o bien una 3/2 NA inestables, es decir, con reposicionamiento de muelle. El accionamiento puede ser de tipo «manual» si es precisa la presencia de un operario o bien del tipo «mecánico» si el mando va pilotado por otro movimiento. Observemos las figuras de la parte superior, que representan el mando manual del cilindro en posición para el recorrido positivo:

109

NC-1 - el A/C, ya presente en P, no puede atravesar la válvula porque en su inferior la utilización está conectada con la descarga R (válvula en reposo). - por efecto del muelle, el pistón se encuentra contra el cabezal posterior.

NC-2 - cuando el operario aprieta y mantiene la acción sobre el pulsador el A/C, a través de la conexión P con A (válvula accionada), llega a la cámara positiva del cilindro y hace mover el pistón el cual, alcanzado el final del recorrido, permanece en espera del regreso.

NC-3 - ….que se puede verificar sólo cuando el operario suelta el pulsador; en este punto, el cilindro puede volver a su «posición de partida» por la concomitancia de la reacción del muelle sobre el pistón y de la vía A con R que descarga el aire de la cámara activa del cilindro.

Observemos ahora las figuras de la parte inferior; representan el mismo cilindro pero controlado por una válvula 3/2 NA necesaria para conseguir la posición de reposo al final del recorrido positivo. NA-1- la vía P con A (válvula en reposo), ya presente antes aún de accionar

la válvula, manda el A/C al cilindro y mantiene el pistón al final del recorrido positivo.

NA-2- cuando el operario desea hacerlo regresar, acciona de forma continua la válvula para establecer y mantener la vía en descarga A con R. - la cámara positiva queda así desactivada y el muelle puede llevar al pistón a su posición natural que, sin embargo, no corresponde a la de partida requerida por el circuito.

NA-3 - es posible obtener la posición de partida sólo cuando el operario suelta el pulsador y se restablece la vía P con A.

LOS CIRCUITOS ELEMENTALES - Mando directo – 2a parte

110

Imagen TC04 Consideramos un cilindro de doble efecto cuya necesidad de aire es en las dos direcciones: una para el recorrido positivo y otra para el negativo. Las tuberías de conexión son dos y desembocan en una válvula de distribución cuyas características son: 5 vías - 2 posiciones. En el caso de un cilindro de doble efecto, la posición de reposo puede realizarse con una sola válvula invirtiendo las conexiones de las utilizaciones A y B; esto es distinto de los dos circuitos anteriores en los cuales, la posición inicial del cilindro de simple efecto requería válvulas diferentes (NC y NA). En el segundo circuito la válvula ha sido diseñada con el accionamiento a la derecha para evitar el cruce de las líneas; una solución alternativa puede ser la de diseñar el cilindro con el movimiento a su izquierda. Se debe excluir totalmente una representación como la del recuadro porque, además de ser errónea, no resuelve el problema de los cruces de líneas.Observemos las figuras de la parte superior en las que se emplea una válvula inestable: 1. cuando enviamos AJC a la válvula esta, mediante la vía P con B (válvula en

reposo) alcanza pronto la cámara negativa del cilindro. - el pistón permanece en esta posición hasta que el operario.

2. interviene sobre el pulsador de manera continua con el fin de mantener la vía P con A durante todo el tiempo que dure el trabajo que el cilindro va a realizar.

3. al soltar el pulsador y la conmutación espontánea de la válvula, se realizan las vías P con B y A con R que llevan al pistón a la «posición de partida» para iniciar un posterior ciclo cuando sea requerido.

Observemos ahora las imágenes de la parte inferior en las cuales encontramos una válvula estable. 1. el cilindro está en «posición de partida» con el pistón al final de recorrido

positivo y la válvula no accionada (en reposo); se alimenta la cámara positiva a través de la vía P con B.

2. cuando el operario interviene sobre la palanca, la conmutación se mantiene estable, sobre la vía P con A en alimentación y B con R en descarga por el tiempo que el operario considere oportuno.

3. una posterior intervención sobre la palanca, pero en sentido opuesto. excluye dicha «estabilidad» llevando al cilindro a la «posición de partida».

CONSIDERACIONES Estas dos primeras soluciones de circuitos, que representan el modo más sencillo para controlar el funcionamiento de un cilindro, se denominan de mando directo,

111

en el sentido en el que en el circuito está presente sólo una válvula con la doble función de distribución y mando. La distancia entre los dos componentes debe ser la menor posible por los siguientes motivos: - ahorro en el consumo de aire libre: el aire presente en las tuberías, a cada

conmutación de la válvula, es descargado a la atmósfera junto al de la cámara del cilindro.

- reducción de los tiempos de espera para cada ciclo: para llegar a la cámara del cilindro el A/C debe recorrer antes las tuberías de conexión.

- menor caída de presión El eventual incremento de los siguientes componentes, no modifican la definición de mando directo: - válvula de regulación de caudal para reducir la velocidad del cilindro - válvula de descarga rápida para aumentarla.

LOS CIRCULOS ELEMENTALES - Mando indirecto

Una intervención directa del operario sobre la válvula puesta cerca del cilindro no es siempre aconsejable por razones de seguridad: por el contrario, aproximar la válvula al operario equivale a alargar las tuberías de conexión del cilindro. La alternativa, es la de utilizar una válvula provista de un dispositivo de accionamiento neumático mandado - a distancia - por otra válvula situada en una

112

posición cómoda para el operario. En este caso, el mando directo se convierte en indirecto por la presencia de la segunda válvula. Las dimensiones de esta última, junto con sus tuberías de conexión a la red y a la válvula a mandar, pueden ser inferiores puesto que la demanda de aire del dispositivo de accionamiento neumático es mínima. Observemos el esquema A de abajo a arriba:

- la primera válvula, llamada de mando, es del tipo 3/2 NC inestable con acciona miento manual.

- la segunda, llamada de potencia, es una 5/2 con reposicionamiento de muelle, es decir, inestable

- las dos válvulas están alimentadas por la misma red de distribución y están conectadas entre sí mediante la tubería de línea de puntos.

La sucesión de los movimientos es la siguiente: A-1: con presión en el circuito y con ausencia del mando sobre la primera

válvula, la situación de la válvula de potencia (en reposo) deja llegar el A/C del cilindro a través de las conexiones P con B.

- el pistón, no se encuentra ya en la posición indicada en la figura llega allí por empuje del aire. A-2: cuando el operario aprieta el pulsador de la válvula de mando, se

establece la conexión P con A que hace salir flujo de aire directo al dispositivo neumático de la válvula de potencia; esta se conmuta de forma que efectúa las conexiones internas P con A y B con S.

- el cilindro llega al final del recorrido positivo y permanece allí durante todo el tiempo que dura la acción sobre el pulsador. A-3: al soltarlo, la válvula de mando se reposiciona automáticamente,

descargando el aire que ha servido para la conmutación de la válvula de potencia; esta, a su vez, vuelve a la posición de reposo por efecto del muelle invirtiendo el flujo del aire a las cámaras del cilindro. Las variaciones en el esquema B consideran la añadidura de una segunda válvula de mando de dimensiones y tipo iguales a la primera: de este modo, la válvula de potencia tiene, ambos, los dispositivos de accionamiento neumático y por ello pasa de inestable a estable. Observemos tales consecuencias a través de las figuras:

B-1: la condición NC de las dos válvulas piloto no deja pasar aire al igual que si la instalación estuviera con presión.

- a la válvula de potencia no llega ninguna señal de pilotaje pero está atravesada por el A/C que se dirige hacia la cámara negativa del cilindro y mantiene el pistón en la posición requerida a la partida de cada ciclo. B-2: si el operador actúa sobre la válvula de la derecha, la señal que llega a

113

la válvula de potencia encuentra la corredera ya desplazada sobre las conexiones P con B y A con R y no pasa nada

- una breve intervención sobre la válvula de la izquierda (dejando libre el pulsador de la derecha) hace desplazar la corredera sobre las conexiones P con A y B con S invirtiendo el movimiento del cilindro

- en ausencia de ambas señales, la corredera permanece en la posición alcanzada manteniendo la cámara positiva del cilindro siempre con presión. B-3: cuando el operario considera que ha llegado el momento de que el cilindro vuelva a la posición de partida aprieta y suelta el pulsador de la segunda válvula de mando

- la señal que alcanza la válvula de potencia sobre el dispositivo Y, permite el desplazamiento de la corredera en cuanto la señal en Z ya está en descarga de la operación anterior.

CONSIDERACIONES - En el esquema A la condición inestable de las dos válvulas necesita el sustento

del accionamiento para asegurar al cilindro la posición de trabajo. - en el esquema B, la estabilidad de la válvula de potencia asegura la posición

del cilindro aun cuando se suelte el pulsador de las válvulas de mando inestable.

- se puede obtener una alternativa al esquema B utilizando una válvula de potencio Inestable como la del esquema A mandada, sin embargo, por una válvula de mando estable.

LOS CIRCUITOS ELEMENTALES - Ciclo individual o semiautomático

114

Los circuitos hasta ahora descritos tiene una característica común: cada recorrido del cilindro está condicionado a la intervención del operario. Esta dependencia puede reducirse, parcialmente, aplicando un dispositivo de accionamiento mecánico (que reemplaza al manual) en una de las dos válvulas de mando del último circuito examinado; la posición de esta válvula es, sin embargo, determinante para el resultado que se quiera conseguir. Con el fin de que el dispositivo mecánico pueda conmutar la válvula sobre la que está montado, es preciso que se accione y se suelte de nuevo, a su vez: la posición de esta válvula debe, por lo tanto, encontrarse en las proximidades de un final del recorrido del cilindro, de forma que sea accionada por el vástago o por otro órgano a él acoplado o accionado. Observemos el esquema: con el pistón contra el cabezal posterior, la válvula antes mencionada debe posicionarse de manera que sea accionada cuando el pistón llegue al final del recorrido positivo; dicha posición se señala con un trazo de línea vertical mientras la válvula se dibuja debajo de la de potencia. Sigamos ahora el desarrollo de los movimientos: 1. con el circuito con presión, todas las válvulas están alimentadas pero el A/C

sólo puede pasar y llegar a la cámara negativa del cilindro solamente a través de la válvula 5/2.

2. el operario aprieta y mantiene la acción sobre la válvula de mando que deja pasar aire directo al dispositivo neumático Z de la válvula de potencia; esta. a su vez, se conmuta y envía aire a la cámara positiva del cilindro mientras se descarga la de la cámara opuesta a través de la misma válvula.

3. cuando el cilindro ha alcanzado el final del recorrido positivo, acciona el dispositivo mecánico de la segunda válvula de mando la cual, mediante su conexión interna P con A envía aire al dispositivo neumático y de la válvula de potencia.

4. con el fin de que esta señal tenga un efecto inmediato sobre la corredera. es preciso que la señal opuesta que llega de la válvula de mando manual esté ya en descarga. - por tanto, la intervención del operario en la fase 2 debe ser inmediata y no

prolongada como en la fase 3 (para no impedir la conmutación de la válvula de potencia).

El funcionamiento descrito se define como ciclo individual o semiautomático en cuanto que en cada intervención manual el cilindro completa un solo ciclo.

115

LOS CIRCUITOS ELEMENTALES - Ciclo continuo o automático

En el circuito anterior, con una válvula de accionamiento mecánico colocada al final del recorrido, ha sido posible obtener el retorno automático del cilindro. Es normal preguntarse si la segunda válvula de mando, también dotada de un dispositivo mecánico colocado al final de recorrido opuesto, puede transformar el ciclo en continuo o automático. Esto no sólo es factible sino que es el modo más sencillo para obtener la repetición de los ciclos sin la pérdida de tiempo de las intervenciones manuales y, sobre todo, sin necesitar la presencia continua del operario.Es preciso, sin embargo, la colocación de una tercera válvula de dimensiones y características iguales a las otras pero con dispositivo de accionamiento manual. Observamos estas válvulas en el esquema: son del tipo 3/2 NC y cada una tiene una función diferente:

- una válvula de comienzo del ciclo (I.C.):- no está conectada a Ia red de distribución pero recibe aire de otra válvula.

- su condición es estable si observamos la ausencia de muelle) - una válvula ya accionada (observamos las conexiones en el cuadrado que está

junto al mando). - uno válvula no accionado (los conexiones se encuentran en el cuadro que está

al muelle).

116

Veamos el funcionamiento sirviéndonos de las figuras: 1) el A/C presente a la entrada de todas las válvulas, logra pasar sólo:

- en la válvula 5/2 que alimenta la cámara negativa del cilindro. - en la válvula 3/2 ya accionada (conexión P con A) que alimenta lo válvula

de comienzo de ciclo - las otras válvulas, no accionadas, mantienen la conexión de A con R.

2) cuando el operario desplaza la palanca del dispositivo de accionamiento de la válvula I.C., el aire llego al dispositivo neumático Z de la válvula de potencia que conmuta la entrada del aire en las cámaras del cilindro.

- el movimiento que deriva de esta, libera el dispositivo mecánico de la primero válvula de final de recorrido, poniendo en conexión A con R permitiendo la descarga del aire procedente del dispositivo Z a través de la válvula I.C., con conexión P con A.

3) con el cilindro en la final de recorrido positivo, se acciona lo segundo válvula que envía un impulso al dispositivo neumático y de la válvula de potencia, lo cual se conmuta inmediatamente porque la señal en Z ha sido ya descargada. 4) si el operario no interviene sobre la válvula I.C. el ciclo se repite de modo automático alternándose los accionamientos de las dos válvulas de final de recorrido, gracias al movimiento continuo del cilindro. En caso de emergencia o de interrupción programada, el operario podrá intervenir sobre la válvula l.C.; el cilindro continuará, sin embargo, su movimiento hasta completar el ciclo que está realizando conforme a las dos situaciones:

- si la intervención se realizó durante el recorrido positivo, el cilindro no vuelve sino que continúa hasta el final del recorrido, para regresar después a la posición de partida y pararse.

- si la intervención se realiza durante el recorrido de vuelto el cilindro se detiene nada más alcanzada la posición de partida.

117

REPRESENTACION LITERAL Y GRAFICA DEL MOVIMIENTO DE VARIOS CILINDROS – 1a parte

El ciclo de un cilindro A es la sucesión de los dos movimientos del vástago: el positivo (+) el negativo (-): este ciclo puede representarse de dos formas diferentes:

- literal: con la letra y el signo correspondiente a la sucesión de los dos movimiento es decir A+ /A- o bien A- /A+.- la barra inclinada indica que las fases son dos con un movimiento para

cada fase; y no puede ser diferente en el caso de un solo cilindro - gráfica: encontrándonos frente a un movimiento, las magnitudes que entran

en juego son: - el espacio a recorrer, es decir el recorrido del vástago. - el tiempo necesario.Suponiendo que los tiempos de los dos recorridos sean iguales, los diagramas que podemos obtener son dos: fig., 1: ciclo A+ IA- en el caso de un retorno inmediato. fig., 2: el mismo ciclo pero con un intervalo entre los dos recorridos. El eje de ordenadas no tiene nunca en cuenta la longitud del recorrido; por el contrario, puede ser necesario mostrar en el eje de abscisas las posibles variaciones del tiempo por cada recorrido de un mismo cilindro o entre varios cilindros; en dicho caso, el eje puede ser dividido en segundos (como se indica en la fig. 3)

118

Para el caso de varios cilindros en un mismo circuito, cada uno indicado con una letra mayúscula diferente, la representación literal· que los une sigue los mismos principios antes indicados; analicemos unos ejemplos: A + B + IA- B- : el ciclo se desarrolla en dos fases y en cada una se verifican dos

movimientos simultáneos de diferentes cilindros A + /B + IA- B- : el ciclo se desarrolla en tres fases, en la primera y segunda el

movimiento es uno solo, mientras que en la tercera fase son dos a la vez.

Los mismos ciclos pueden representarse tanto en sentido «horizontal» como en sentido «vertical», escribiendo una fase para cada línea; analicemos los ejemplos:

A + B + IA- B- A + B + A + /B + IA- B- A+ A – B – B+

A – B –Para la representación gráfica de varios cilindros, aconsejamos proceder según la sucesión indicada en las figuras: como ejemplo tomemos el ciclo A+ / B+ / A – B –:

fig., 4) preparamos los diagramas de base, separando los recorridos del cilindro A de los recorridos del cilindro B.

- dividamos el segmento horizontal en partes iguales y en un número superior a las fases.

fig. 5) en los dos tramos anteriores a la primera división, representamos la posición de los dos cilindros «en reposo» (la posición es la contraria a la indicada por el ciclo). fig. 6) señalamos con el número 1 la primera fase del ciclo, advirtiendo que hay que escribirlo en el lado izquierdo para indicar la partida del movimiento

- dibujamos el movimiento del cilindro A (A+) que participa en la fase y prolongamos el tramo del cilindro B que queda parado.

fig., 7) numeramos la segunda fase y dibujamos el movimiento B+, prolongando el correspondiente al cilindro A en descanso. fig., 8) numeramos la tercera fase y dibujamos los dos movimientos que participan A - y B -. fig. 9) indicamos la «longitud del ciclo» comprendido entre la 1° y 3° fase.

- prolongamos los movimientos durante al menos dos fases sucesivas, iniciando, sin embargo, desde el principio la numeración de las fases (sólo en el caso de ciclos continuos).

119

REPRESENTACION LITERAL Y GRAFICA DEL MOVIMIENTO DE VARIOS CILINDROS – 2a parte El movimiento del vástago de uno o varios cilindros hay que considerarlo siempre en función de la instalación en la que deberá utilizarse. La acción individual es igual para todos los cilindros; recorrido positivo y negativo. Debido a la sucesión de los movimientos es por lo que obtenemos diferentes resultados a igualdad del número de cilindros. De aquí la necesidad de conocer, ante todo, los movimientos requeridos por la instalación con el fin de definir el número de cilindros para luego analizar las condiciones de intervención de cada uno. En otras palabras, es necesario partir de la descripción del funcionamiento de la instalación para llegar a la representación literal o gráfica de los movimientos relativos a los cilindros, es decir, al «ciclo secuencial». Ejemplo No. 1 Unas piezas de chapa, colocadas manualmente en posición, deben someterse a las siguientes operaciones automáticas: bloqueo, plegado y punzonado. La posición de los tres cilindros necesarios es la de la fig. 1. La simplicidad del ejemplo nos conduce directamente a la definición del «ciclo

120

secuencial» (también lo llamaremos «secuencia»), es decir, a la sucesión de los movimientos y al número de fases; sin embargo, seguiremos igualmente un razonamiento tipo que puede ser útil en cada circunstancia:

- el cilindro A debe descender y pararse para mantener bloqueada la pieza: recorrido A +

- el cilindro B puede efectuar la operación de plegado: recorrido B+ - el cilindro B debe volver para permitir el movimiento siguiente: recorrido B- - el cilindro C puede efectuar su operación de punzonado: recorrido C+ - el cilindro C debe volver: recorrido C- - el cilindro A puede dejar la pieza y volver: recorrido A-

Con las descripciones antes indicadas resulta evidente que ningún recorrido es «simultáneo» con otro; por ello, los movimientos descritos corresponden a otras tantas fases de la «secuencia»; esta puede expresarse, en sentido horizontal, del modo siguiente:

A+/B+/B-/C+/C-/A-

La representación gráfica es la de la fig. 2.

Ejemplo No. 2 Es una operación semiautomática de marcado de piezas; queremos que el cilindro A, cada vez que ha desplazado una pieza que no necesite ser bloqueada, vuelva simultáneamente con el avance del cilindro B el cual efectúa la operación requerida. El cilindro C debe volcar cada pieza después del marcado para dejar libre el acceso a la pieza siguiente. Analicemos los movimientos teniendo en cuenta las dos condiciones insertadas en la descripción y en el dibujo:

- la simultaneidad de los dos movimientos de los cilindros A y B. - la posición de partida requerida de los cilindro C. - el cilindro A posiciona la pieza: recorrido A + - el cilindro B efectúa el marcado mientras A vuelve: recorrido B + A- - el cilindro B vuelve: recorrido B- - el cilindro C vuelve para volcar la pieza: recorrido C- - el cilindro C vuelve a su posición: recorrido C +

En la descripción aquí indicada, la simultaneidad de los movimientos de varios cilindros debe resultar siempre en la misma línea, con el fin de poder determinar las fases de cada ciclo, en el caso que hemos examinado las fases son cinco. La secuencia puede expresarse de la siguiente forma literal:

121

A+ /B+ A-/B-/C-/C+

y la representación gráfica es la de la fig., 4.

122