Tema 3. Neumática - e-ducativa.catedu.ese-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/2000/2149/... · que la neumática es un complemento perfecto de la energía eléctrica

Tema 3. Neumática

Introducción

La neumática se empezó a estudiar y analizar hacia finales del siglo XIX, aunque su desarrollo más significativofue durante la segunda mitad el siglo XX, cuando comenzó una verdadera aplicación industrial de la neumáticaen los procesos de fabricación, ante las necesidades surgidas de racionalizar y automatizar los procesos detrabajo, de modo que a día de hoy es impensable que haya instalaciones industriales de cierto nivel en que laneumática no tenga una presencia significativa.

Multimedia 01. youtube. © D.C.L ó IES IES Serra d'Espadà de OndaEjemplo de un sistema neumático.

Actualmente el aire comprimido es un complemento básico de la energía eléctrica; con la utilización deherramientas y máquinas neumáticas, se ha incrementado muy apreciablemente la capacidad del trabajomanual del hombre, mejorando las prestaciones en aquellos trabajos que requieren gran precisión ysensibilidad, los equipos neumáticos son sencillos de manejar, sólidos, ligeros y enormemente seguros.

Donde quizás se haya notado una mayor presencia de la neumática sea en el campo de la automatización detrabajos repetitivos, campo en el que ha sustituido casi totalmente la presencia de operarios, se puede decirque la neumática es un complemento perfecto de la energía eléctrica en un importante número de aplicacioneslaborales.

De forma que la neumática se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatización de laproducción de cualquier sector industrial: Industria del automóvil, textil, petrolífera, calzado, químicas, minería,siderurgia, construcción, alimentación, transporte, embalaje, producción de energía, robótica,…

Mediante circuitos neumáticos se producen movimientos como: Sujeción de herramientas y piezas, elevar ybajar objetos, abrir y cerrar puertas, arrastrar y transportar objetos,…

Unidad 5: Circuitos eléctricos y neumáticos Tema 3: Neumática

Tecnología Industrial I Página 1 de 42

El uso de sistemas neumáticos presenta una serie de ventajas significativas.

Disponibilidad:

El aire está presente en cualquier lugar.

El aire comprimido es muy fácil de transportar a grandes distancias mediante tuberías, sin necesidad delíneas de retorno.

Se almacena fácilmente en depósitos y acumuladores.

Facilidad de utilización.

Las instalaciones son seguras y no precisan elementos adicionales costosos.

Se utiliza tanto en pequeñas instalaciones como en grandes automatizaciones, siendo sencillo ampliar lasinstalaciones con nuevos módulos.

Es el más aconsejado en aquellos ambientes sensibles a campos magnéticos, con riesgos de incendio,explosión o ambientes húmedos.

Manejo:

Las instalaciones son robustas y sus componentes son prácticamente insensibles a perturbaciones.

Facilidad de uso y mantenimiento de los equipos y componentes.

Amplia gama de regulación de fuerza y velocidad de sus componentes.

Es prácticamente insensible a los cambios de temperatura, por muy bruscos que sean.

El aire comprimido es limpio.

Seguridad:

No tiene riesgos de incendio y explosión, lo que le convierten en idóneo para instalaciones madereras,textiles, papeleras, mineras, químicas,…

Admite la sobrecarga de sus componentes, sin que éstos sufran deterioro.

No obstante también el uso del aire comprimido presenta una serie de inconvenientes:

El aire comprimido debe ser procesado para poder ser utilizado, por lo que hay que filtrarlo, deshumedecerlo ylubricarlo.

Es imposible conseguir velocidades uniformes y constantes de trabajo.

Los máximos esfuerzos que se pueden desarrollar están limitados por la presión de trabajo y el tamaño de loscomponentes.

A pesar de que el aire sea abundante y gratuito, su tratamiento y compresión tienen un coste económico.



1. Propiedades del aire. Leyes de los gases perfectos.

El aire tiene una serie de propiedades y características que se deben analizar para su correcta aplicación eninstalaciones neumáticas.

Es capaz de reducir su volumen cuando es sometido a esfuerzos externos de compresión, igualmente cuandoocupa un recipiente elástico, se reparte uniformemente dentro de él y presenta un coeficiente de viscosidadmuy reducido por lo que tiene una gran facilidad de fluir por las conducciones adecuadas.

Caudal, es la cantidad de aire comprimido que atraviesa una sección de la conducción en la unidad detiempo.

Donde:

Q=caudal (m3/s) S=sección (m2) t=tiempo (s)

V=volumen (m3) l=longitud (m) v=velocidad (m/s

Presión, se define como el cociente entre una fuerza aplicada perpendicularmente a una superficie y elvalor de la superficie.

La presión se expresa de distinto modo, según el sistema de unidades utilizado:

En el Sistema Internacional la unidad es: 1 Pascal=1N/1m2

En el Sistema Cegesimal la unidad es 1 baria=1dina/1cm2, esta es una unidad muy pequeña por

lo que se emplea un múltiplo que resulta ser: 1 bar=106 barias.

En el Sistema Técnico la unidad es: 1kp/cm2.

En las aplicaciones neumáticas, según sean los autores de los textos, se emplean indistintamentecualquiera de las unidades, admitiéndose las siguientes equivalencias:

1bar=1atm=1kp/cm2=100KPa=105Pa.

La presión en la superficie de la Tierra es la presión atmosférica que es la que suele tomarse comoreferencia y que suele denominarse presión relativa, por ejemplo si el aire comprimido de unainstalación neumática está a 6 bares, quiere decir que tiene una presión superior a la atmosférica en 6



bares, se mide con unos instrumentos llamados manómetros.

Imagen 01. Elaboración propia Imagen 02. wikipedia. Creative Commons

Leyes de los gases perfectos

Haremos mención a las leyes que tienen más aplicación para el campo de la neumática, para lo que esnecesario interpretar que el aire se comporta como un gas perfecto. Vamos a ver:

El Principio de PascalLey de Boyle-MariottLey de Gay-LussacLey de Charles

Y el resumen de todas ellas que el la Ecuación general de los gases perfectos

Principio de Pascal, según el cual la presión ejercida en un punto cualquiera de una masa gaseosa, setransmite por igual y en todas las direcciones. Es decir en dos puntos distintos de un circuito neumáticose debe cumplir:

En esta ley se basa el principio de las prensas hidráulicas.



Imagen 03. Elaboración propia Imagen 04. wikipedia. Creative Commons

Estos ejercicios son aplicación directa de las leyes explicadas, por lo que no se resuelven, sólo se indicala solución.

Ejercicio

¿Qué fuerza se debe aplicar sobre un émbolo de 10 cm2 de superficie, de un circuito hidráulico, con elque se pretende elevar un automóvil de 1200 kg de masa, que se apoya sobre un émbolo de unasuperficie de 100 cm2?

Ejercicio

En un taller se dispone de dos cilindros unidos mediante una tubería, las secciones de los pistones son:S1= 10 mm2 y S2 = 40 mm2. Si para levantar un objeto se le tiene que aplicar una fuerza F2=40 N sobreel pistón del segundo cilindro. ¿Cuál será la fuerza F1, que se tiene que realizar sobre el primer pistón?

Ejercicio

En una prensa hidráulica, podemos realizar una fuerza máxima de 80 N. sobre el primer pistón, lassecciones de los émbolos son de 40 cm2 y 200 cm2. ¿Cuál es la fuerza máxima que podrá desarrollar elsegundo pistón?

Ley de Boyle-Mariotte, a temperatura constante, el volumen de un gas confinado en el interior de un



recipiente rígido, es inversamente proporcional a la presión absoluta.

Es decir para una determinada cantidad de gas, el producto de la presión absoluta y el volumen, es unacantidad constante.

Ley de Gay-Lussac, si se mantiene la presión constante, el volumen ocupado por una determinadacantidad de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, expresada en grados Kelvin, loque se representa por la expresión:

Ley de Charles, a volumen constante, la presión de una determinada cantidad de masa gaseosa esdirectamente proporcional a su temperatura absoluta, expresada en grados Kelvin, lo que se representapor la expresión:

Ecuación general de los gases perfectos

Todas las leyes anteriores se pueden resumir en la ecuación:

Ecuación general de los gases perfectos



De nuevo, estos ejercicios son aplicación directa de las leyes explicadas, por lo que no se resuelven,sólo se indica la solución.

Ejercicio

Un cilindro contiene 2m3 de aire comprimido con una presión de 300 KPa, se ejerce una fuerza sobre elémbolo lo que provoca una disminución del 20% de su volumen, durante todo el proceso se mantieneconstante la temperatura. Calcula:

a) Cuanto ha aumentado la presión (expresada en bar)

b) Valor de la fuerza aplicada si el émbolo tiene una superficie de 100 mm2.

Ejercicio

Un depósito contiene un volumen de V1=2,5 m3 de aire que se encuentra a una temperatura de 18ºC auna presión de 6 bar. Determina cual será el volumen, si manteniendo constante la presión el aire haadquirido una temperatura de 57ºC.

Si tenemos una jeringuilla que contiene 0,02 m3 de aire comprimido con una presión de 1,5bar, ¿cuálserá el volumen que ocuparía el aire si aumentamos la presión hasta 3 bar?

Un pistón cerrado contiene un volumen de aire de 300 mm3 sometido a una presión de 400000Pascales¿Cuál será su volumen si se incrementa su presión hasta 800000 Pascales?



2. Producción de aire comprimido.

En la historia inicial, te mostrábamos un sistema neumático de recogida de residuos. En el sistema elaire el es que transporta los residuos que viene de nuestras casa.

En el tema no vamos a explicar el aire como “transportador”, más bien cómo “accionador” de dispositivospara hacer algún tipo de trabajo.

Sin embargo, si veremos como en el sistema neumático de recogida de basuras, se puede utilizarcircuitos neumáticos para realizar algunas de las operaciones del proceso.

Los circuitos neumáticos están constituidos fundamentalmente por los siguientes equipos: Compresor, quecapta el aire de la atmósfera y le confiere la presión adecuada, acondicionador de aire, depósito acumulador,redes de distribución y aplicaciones neumáticas, constituidas por elementos de control, y actuadores.

Imagen 01. Elaboración Propia.

Se debe procurar que la captación de aire para alimentar al compresor sea de aire lo más fresco, seco y limpioposible, para procurar alargar la vida de los equipos, por lo que se deben eliminar todas aquellas partículas deproductos indeseables, polvo, humedad, óxidos metálicos,…

A diferencia del aire que transporta residuos de la historia inicial, el de los circuitos neumáticos debe estar lomás limpio posible.

Es muy importante elegir el compresor idóneo para el tipo de aplicación a que se va a destinar.



2.1. El Compresor

Son máquinas rotativas, movidas por motores, generalmente eléctricos, aunque también pueden sertérmicos (de gasolina o diesel), destinadas a captar aire atmosférico y elevar su presión, existen dostipos básicos de compresores:

Volumétricos, en éstos es aire se introduce en una cámara y su volúmenes reduce aumentando lapresión, es el principio en que se basan los compresores de émbolo.

Dinámicos, en éstos el aire aspirado va aumentando la velocidad de trasiego según avanza a través dedistintas cámaras, transformando su energía cinética en energía de presión.

Los compresores más comúnmente empleados son:

Compresor de émboloCompresor de émbolo de dos etapasCompresor de émbolo con membranaCompresor de RootsCompresor radial de paletasCompresor de tornilloTurbocompresor radialTurbocompresor axial

Compresor de émbolo

Imagen 06. www.sapiens.itgo.com. ©

Aspira el aire a la presión atmosférica y lo comprime. Durante el tiempo de admisión, la biela-manivela gira



arrastrando el émbolo hacia abajo y la válvula de admisión deja entrar aire, hasta el punto muerto inferior; en eltiempo de escape la válvula de admisión se cierra, y al ascender el émbolo comprime el aire, abre la válvula deescape y provoca la circulación del aire comprimido.

Compresor de émbolo de dos etapas

Si con una sola etapa de compresión no se alcanza la presión necesaria serecurre a una segunda etapa. Al aumentar la presión provoca una elevaciónde la temperatura, por lo que debe intercalarse entre las dos etapas decompresión un cambiador de calor que reduzca la temperatura del airepara que ésta no sea peligrosa para los equipos:


Compresor de émbolo con membrana


Su funcionamiento es parecido al anterior, aunque en este tipo la aspiración y comprensión la realiza unamembrana, animada por un movimiento alternativo.

Este compresor proporciona aire comprimido absolutamente limpio de aceite, lo que le convierte en elcompresor adecuado para cuando se emplee en instalaciones de industrias alimentarias, farmacéuticas,…

Compresor de Roots




Emplea un doble husillo que al girar toma el aire y lo comprime reduciendo el volumen en la cámara creadaentre ellos y el cuerpo del compresor. Proporciona aire a mayor presión que los anteriores.

Compresor radial de paletas


Un rótor excéntrico, provisto de paletas gira en un hueco cilíndrico, la fuerza centrífuga comprime las paletascontra la pared.

La aspiración se realiza cuando el volumen de la cámara es grande y provoca la compresión al disminuir elvolumen progresivamente hacia la salida.

Se obtienen presiones de hasta1000 kPa (10 bar), con caudales de hasta 15 m3/minuto.

Compresor de tornillo




El proceso de aspiración y compresión es producida por dos tornillos que engranan y giran en sentido opuesto.La compresión se realiza axialmente.

Pueden obtenerse presiones de 1000kPa (10 bar) y caudales elevados, de hasta 20 m3/minuto.

Turbocompresor radial


Este tipo de compresor es una turbina de tres etapas. El aire es aspirado radialmente, y su presión se vaelevando progresivamente en cada etapa.

Este tipo de compresor es recomendable cuando se precisan grandes caudales.

Turbocompresor axial




Funciona según el principio del ventilador. El aire se aspira e impulsa simultáneamente. Se obtiene presionesmuy bajas, pero con caudales muy elevados

Viendo la Imagen 14, ¿de qué tipo de compresor crees que se trata?

Imagen14. monografías.com. ©



2.2. Acondicionamiento del aire.

Las instalaciones de aire comprimido aspiran suciedad, aceite, agua,… Un mal acondicionamiento del aireprovoca en las instalaciones fallos del tipo: Válvulas agarrotadas por el aceite depositado. Silenciadorestaponados. Exceso de agua condensada en el filtro de aire. Desgaste rápido de juntas. Envejecimientoprematuro de los equipos.

Para que el aire comprimido llegue en condiciones óptimas de limpieza, presión y lubricación al circuito.Éste se hace pasar por una serie de elementos que constituyen el equipo de acondicionamiento del aire,formado por:

FiltroRegulador de presiónLubricador

Filtro


Impide que el polvo y las partículas más pesadas, provenientes de restossólidos arrancados de las conducciones, circulen por la instalación. Tambiéncondensa el vapor de agua existente en el aire, que es recogido en la parteinferior y debe ser evacuado a través del tornillo de purga, cuando se hayaalcanzado la cota del nivel adecuado.

Las partículas más finas son retenidas por el cartucho filtrante, por el cualdebe circular el aire comprimido en su fluir hacia la utilización. El cartuchode filtro se debe limpiar o sustituir con la frecuencia necesaria.

Regulador de presión



Ajusta la presión en el circuito a un valor deseado. Cuandoel aire comprimido supera la presión establecida seproduce un escape de aire a la atmósfera para limitarla.

Imagen 18. Elaboracion propia.

Lubricador

El aire es dotado de una fina neblina de aceite, de este modo las piezas móviles de los elementos neumáticosse proveen de lubricante, disminuyéndose el rozamiento y el desgaste.


El símbolo que representa la unidad de acondicionamiento o mantenimiento de aire es cualquiera de losmostrados en las Imágenes NN y NN, en el primero se observan claramente cada uno de los elementosdel equipo, aunque por simplicidad se suele emplear el segundo símbolo. La foto de la imagen NNmuestra el aspecto real de la unidad de acondicionamiento.



Imagen 20. Elaboracion propia. Imagen 21. Elaboracion propia. Imagen 22. spanish.alibaba.com.©

Además de la unidad de acondicionamiento, es necesario disponer de sificiente cantidad de aire para operar.Para ello se una un acumulador.

Acumulador.

Su función es almacenar el aire comprimido que proporciona el compresor una vez acondicionado. Sufunción principal consiste en adaptar el caudal del compresor al consumo de la red de distribución.

Debe cumplir varios requisitos; entre ellos: disponer de una puerta para inspección interior, un grifo depurga, un manómetro, válvula de seguridad, válvula de cierre, e indicador de temperatura.

Puede colocarse horizontal o verticalmente, pero a ser posible alejado de toda fuente calorífica, parafacilitar la condensación del vapor de agua procedente del compresor




2.3. Distribución de aire comprimido.

Las redes de distribución de aire comprimido surgen para poder abastecer de aire a todas las máquinas yequipos que lo precisen, por lo que se debe tender una red de conductos desde el compresor y después dehaber pasado por el acondicionamiento de aire, es necesario un depósito acumulador, donde se almacene airecomprimido entre unos valores mínimos y máximos de presión, para garantizar el suministro uniforme incluso enlos momentos de mayor demanda.

El diámetro de las tuberías se debe elegir para que si aumenta el consumo, la pérdida de presión entre eldepósito y el punto de consumo no exceda de 0,1 bar. Cuando se planifica una red de distribución de airecomprimido hay que pensar en posibles ampliaciones de las instalaciones con un incremento en la demanda deaire, por lo que las tuberías deben dimensionarse holgadamente.

Las conducciones requieren un mantenimiento periódico, por lo que no deben instalarse empotradas; parafavorecer la condensación deben tenderse con una pendiente de entre el 1 y el 2% en el sentido de circulacióndel aire, y estar dotadas a intervalos regulares de tomas por su parte inferior, con las purgas correspondientespara facilitar la evacuación del condensado.

Las tomas para enlazar con los puntos de consumo siempre deben producirse por la parte superior de lastuberías, para evitar el arrastre de agua condensada en las tomas de aire, que lógicamente, debido a su mayordensidad, circulará por la generatriz inferior de la conducción. En general las redes de distribución suelenmontarse en anillo, con conexiones transversales que permitan trabajar en cualquier punto de la red,instalándose válvulas de paso estratégicamente, para poder aislar una zona de la red de distribución en caso deproducirse alguna avería, y que puede continuar trabajándose en el resto de la instalación.






Los materiales adecuados para construir una red de distribución deben cumplir una serie de condiciones: debenasegurar bajas pérdidas de presión, limitación de fugas, ser resistentes a la corrosión, permitir posiblesampliaciones y tener un precio reducido. Por todo ello y para los distintos tipos de instalación, las conduccionespueden ser de: cobre, latón, acero galvanizado, polietileno o poliamida.



Imagen 27. calidadeficienciaairecomprimido.com. ©



3. Actuadores neumáticos.

Hay dos tipos de actuadores, los que producen movimiento lineal (cilindros) y los que producen movimientorotativo (motores). La energía inherente al aire comprimido alimenta a los actuadores neumáticos donde setransforma en movimientos de vaivén, en los cilindros, o en movimiento de giro en los motores.

En los Actuadores lineales encontramos dos tipos fundamentales:

Cilindro de simple efecto: sólo pueden efectuar trabajo en una direcciónCilindro de doble efecto: efectúan trabajo en ambas direcciones

Constructivamente hay diferentes formas de realizar cilindros de simple efecto, buscando la mejor parala función que van a realizar.

Vamos a explicar varios tipos de cilindros resaltando los más habituales.

Cilindro de simple efecto de émbolo

El vástago puede estar replegado o extendido inicialmente, tienen un resorte de recuperación deposición, al suministrarle aire comprimido el émbolo modifica su posición y cuando se purga el aire, elmuelle recupera la posición inicial del émbolo. Debido a la longitud del muelle se utilizan cilindros desimple efecto con carreras de hasta 100 mm.

Imagen 28. Jon Roura. © Imagen 29. Jon Roura. © Imagen 30. Jon Roura. ©



Imagen 31. Jon Roura. ©

Estos cilindros sólo pueden efectuar trabajo en una dirección, el que realiza el aire comprimido, mientrasque el movimiento debido al muelle solamente sirve para recuperar la posición inicial, por ello esapropiado para tensar, expulsar, introducir, sujetar, etc.

Imagen 32. Festo. © Imagen 33. cohimar.com. ©

Cilindro de simple efecto de membrana

Una membrana de goma desempeña las funciones de émbolo. La placa de sujeción asume la función delvástago y está unida a la membrana, el retroceso se realiza por tensión interna de la membrana. Este tipocilindros sólo pueden efectuar carreras muy cortas, por lo que se emplean para remachar, estampar, y sobretodo sujetar.

Imagen 34. Jon Roura. © Imagen 35. Jon Roura. © Imagen 36. Jon Roura. ©

Cilindro de simple efecto de membrana arrollable

La membrana tiene forma de vaso, cuando se introduce aire comprimido la membrana se desarrolla en la paredinterna del cilindro, presenta muy poco rozamiento y son muy estancos, su carrera es muy corta.




Cilindro de doble efecto

Recibe aire comprimido por una cámara, purgándose el lado contrario, con lo que el vástago cambia deposición. Cuando el aire cambia de dirección y se intercambian las cámaras de llenado y de evacuaciónel vástago recupera la posición primitiva.

Imagen 38. Jon Roura. © Imagen 39. Jon Roura. ©

La fuerza del émbolo es mayor en el avance que en el retroceso debido a la mayor sección sobre la quepresiona el aire, ya que en la otra cámara se tiene que descontar la superficie del vástago.

Estos cilindros pueden desarrollar trabajo en las dos direcciones y además pueden presentar carrerassignificativamente mayores a las de los cilindros de simple efecto.

Imagen 40. cohimar.com. ©

Cilindro giratorio

Con este tipo de cilindro (Imagen 38) pueden obtenerse movimientos de hasta 300º, tienen poca capacidadpara desarrollar trabajo, son muy poco empleados debido a que presentan poca estanqueidad.



Imagen 43. www.sapiens.itgo.com.©

Está formado por los tubos cilíndricos y vástago de émbolo. En el avance saleprimero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera los siguientesvástagos. La fuerza a desarrollar está determinada por la superficie del émbolomenor. Son empleados donde se necesitan importantes longitudes de elevacióncon una base cilíndrica de reducidas dimensiones, por ejemplo en plataformaselevadoras, presentan problemas de pandeo.

Imagen 41. www.sapiens.itgo.com. © Imagen 42. www.sapiens.itgo.com. ©

Existe otro tipo de estos cilindros en los que el vástago esta diseñado como cremallera (Imagen 39) queengrana con una rueda dentada, así se consigue desarrollar más trabajo. Este tipo de cilindros son utilizadospara doblado de tubos, accionamiento de compuertas, volteo de piezas,…

Cilindro telescópico

Repasamos lo visto en en siguiente vídeo



Multimedia 03.Festo. © Actuadores lineales

Visualiza el vídeo Multimedia 03. Tras verlo, intenta responder las cuestiones siguientes.

En torno al segundo 50 del vídeo nos dicen las especificaciones que identifican a un cilindro neumático.¿Cuáles son? ¿entre qué valores se encuentran?

En un Cilindro de Doble Efecto ¿la fuerza de avance es igual que la de retroceso? ¿Por qué?

El diámetro de un cilindro ¿afecta a la cantidad de fuerza que puede desarrollar?

Los cilindros de doble efecto con amortiguación de final de carrera ¿qué permiten regular estoscilindros?

Cilindro de doble vástago

Tienen vástagos en ambos lados, en este caso la fuerza que desarrollan en ambas direcciones es la misma,además son capaces de soportar ligeros esfuerzos laterales.




Actuadores de movimiento rotativo

Los actuadores de movimiento rotativo (motores), se usan menos que los lineales ya que en general losmotores eléctricos hacen esta función de forma más eficaz. A pesar de esto en determinadassituaciones (de exigencia de más limpieza o de peligrosidad por peligro de explosión, etc.) también sonutilizados en muchos procesos productivos.

Motor de émbolo radial

Por medio de cilindros de movimiento alternativo, el aire comprimido acciona a través de una excéntrica o deuna biela el cigüeñal del motor, su potencia depende de la presión de alimentación, del número de émbolos y dela superficie y la velocidad de movimiento de estos.


Motor de aletas




Consta de un rotor excéntrico provisto de unas ranuras homogéneamenterepartidas, en ellas se deslizan unas aletas abatibles que son empujadas contrala pared interior del motor. Estos motores tienen una gama de velocidad deentre 3000 y 9000 r.p.m. para potencias de hasta 25 CV.

Turbomotores

Son los que arrastran los tornos de los dentistas, tiene una gama de velocidad muy fácilmente regulable dehasta 500000 r.p.m.

Imagen 47. ravagnanidental. ©



4. Elementos de control, mando y regulación.

En 4º de ESO, en la asignatura optativa de Tecnología, se inicia el estudio de la neumática. Si quieresrepasar lo del curso anterior, o ver una explicación algo más simplificada de cómo nombrar válvulas en elsiguiente PowerPoint.

Para poder controlar los distintos actuadores neumáticos es preciso emplear otros elementos que desarrollanfunciones de mando, a estos elementos se les llama válvulas, las encargadas de distribuir el aire para gobernarel avance y retroceso de los cilindros se denominan válvulas distribuidoras, aunque también hay válvulas deregulación y control.

Representación esquemática de las válvulas

Para representar las válvulas distribuidoras en los esquemas neumáticos se emplean símbolos, quesolamente indican la función que cumplen las válvulas, sin informar acerca de sus aspectos constructivos,en ellas se distinguen:

Las vías, que es el número de orificios de entrada y salida del aire a través de la válvula.

Las posiciones, son las que puede adoptar la válvula distribuidora para dirigir el flujo por una u otra vía,según necesidades de trabajo.

Los accionamientos, son los métodos por los que provocamos que la válvula esté en una u otraposición.

Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. El número de cuadradosadyacentes indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora. Las vías (entradas y salidas) serepresentan por medio de trazos unidos al cuadro que representa la posición de reposo o inicial.

Para identificar a una válvula se emplea el método de indicar: nº vías/nº posiciones. En el caso de la figurasería: 3/2

Imagen 48. Elaboración Propia



El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de los cuadros.

Los conductos que unen las distintas vías se representan mediante líneas rectas. Las flechas indican el sentidode circulación del fluido.

Imagen 49.Elaboración propia

Los conductos obturados se representan mediante líneas transversales y la unión de conductos se representamediante un punto rellenado.

Imagen 50. Elaboración propia

La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.


La posición de reposo es aquella que corresponde a cuando la válvula no está excitada, por ejemplo ladeterminada por un muelle.

La posición inicial es la que tienen las piezas móviles de la válvula después del montaje de ésta, es la posición apartir de la que comienza el programa preestablecido.

Conductos de escape sin empalme de tubo (cuando el aire es evacuado a la atmósfera), se representa por untriángulo directamente unido al símbolo. Conductos de escape con empalme de tubo (cuando el aire esevacuado a un punto), por un triángulo ligeramente separado del símbolo.


Para facilitar las conexiones durante el montaje de los circuitos, los empalmes y racores se identifican,según el tipo de normas que se sigan se emplean los siguientes códigos:

ISO Tipo de vía CETOP

A,B,C,… Conducto de trabajo 2, 4, 6,…



P Alimentación de presión 1

R,S,T Escapes 3, 5, 7,…

L Fuga 9

Z,Y,X,… Conductos de pilotaje 12, 14, 16,…

Según el accionamiento o elemento de pilotaje, las válvulas se pueden gobernar por:

Medios manuales: por pulsador, por palanca o por pedal.Por medios mecánicos: por palpador o leva, por rodillo o final de carrera, o por rodilloescamoteable.Por medios eléctricos, por un electroimán.Por medios neumáticos: por pilotaje neumático con presión, o con depresión.

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Descarga el siguiente archivo pdf. Imprímelo y completa los "huecos" en blanco, con el nombre o con eldibujo de la válvula.

Para hacer el ejercicio minimiza esta ventana y procura hacerlo sin "copiarte" de los apuntes.

El I+D+i (Investigación Desarrollo e innovación) es fundamental en las empresas de tecnología. Lanecesidad de innovar para poder ofrecer mejores productos, más eficientes más baratos y nuevasposibilidades, es vital para la empresas punteras.

Estos desarrollos pueden tener aplicación inmediata o en ocasiones son “ejercicios” de diseño dedesarrollos que no tienen aplicación inmediata, pero que requieren un tipo de componentes o técnicasinnovadoras que pueden mejorar desarrollos previos.

El siguiente vídeo, muestra un curioso “artefacto” neumático volador, desarrollado por FESTO, que imitauna medusa, pero que se mueve en el aire, no en agua como el animal.

Multimedia 04. Festo. ©



5. Tipos de válvulas distribuidoras y su identificación.

Válvulas distribuidoras

Explicamos unos cuantos tipos de válvulas distribuidoras, donde vemos diferencias tanto en el número de víascomo en el accionamiento, etc.

Válvula distribuidora 2/2, monoestable, normalmente cerrada (N.C.).

La bola es empujada por un resorte contra su asiento (Imagen 51), y cierra el paso del aire desde P hacia A. Alejercer fuerza sobre el palpador (Imagen 50), empuja la bola que es separada de su asiento. Para ello debevencerse la fuerza del muelle y la presión ejercida sobre la bola.

Imagen 53. Jon Roura. © Imagen 54. Jon Roura. © Imagen 55. Elaboración propia

Válvula distribuidora 3/2, monoestable, N.C.

La bola (en la Imagen 53 arriba), debido al resorte obtura el paso de P hacia A; esta última se conecta, através del taladro interno de la leva con R a la atmósfera.

Al accionarse la leva (en la Imagen 53 abajo), se cierra primero el paso entre A y R, luego la bola permite elpaso de P hacia A. Al efectuar el movimiento inverso, primero se cerrará el paso P-A y finalmente se abriráA-R.


Válvula distribuidora 3/2, monoestable N.C. (Otra construcción)




Esta válvula, normalmente cerrada en reposo, bascula por aire comprimidoque le llega por la vía de pìlotaje Z. La presión de P y el muelle mantienenel paso cerrado, debe estar dimensionada de forma que se asegure elpilotaje a igualdad de presiones en P y Z.

Un resorte mantiene obturado el conducto entre P y A (Imagen 54 arriba),por medio de un asiento plano, al actuar sobre el palpador (Imagen 54abajo)se vence el efecto del muelle se cierra primero el paso A-R, y luegose abre el P-A.

Aplicación: Control de cilindros de simple efecto y como órgano de señalpara accionamiento de válvulas pilotadas por aire comprimido.

Imagen 57. www.sapiens.itgo.com.

Válvula distribuidora 3/2, pilotaje neumático, monoestable, N.C.

Válvula 3/2, de mando electromagnético, monoestable, N.C.

Los electroimanes se emplean para pilotar válvulas cuando la señal de mando proviene de un elementoeléctrico, tales como un final de carrera, un pulsador, temporizadores o un programador eléctrico. Mientras noesté excitada la bobina del electroimán, la vía P está bloqueada, mientras A está en comunicación con R.

Al excitar el imán, atrae la armadura, cerrando R y poniendo en comunicación P con A.




Válvula distribuidora 3/2 de rodillo, servo pilotada, monoestable, N.C.


Al actuar sobre el rodillo, se abre la conexión de P hacia la membrana del émbolo; ésta cierra A con R y levantael asiento, comunicándose P con A.

Obsérvese que puede transformarse la válvula en normalmente abierta, haciendo el cambio de 180º del cabezalde pilotaje, siendo la entrada por R y el escape por P.

Válvula distribuidora 4/2, accionamiento neumático, monoestable.




Esta válvula bascula alternativamente según que el pilotaje neumático lesllegue por las vías Z e Y, en este caso cuando se pilota desde la vía Z, elórgano móvil se sitúa de modo que la vía de presión P está en contacto conla vía de trabajo A, manteniéndose a escape R la vía B. y en esta posicióncontinuará aunque deje de tener señal de pilotaje en la vía Z, ya que estasválvulas recuerdan la última señal de pilotaje que les llegó, para modificar laposición de la válvula debe pilotarse desde la vía Y, entonces se modifica laposición del órgano móvil y la vía de presión se comunica con B,conectándose a escape R la vía A.

Estas válvulas tiene características de memoria, es decir si le llega señalde pilotaje por una de las vías y sin haber suprimido ésta se pilota desde laotra vía, la válvula hace caso a la primera señal que le llegó, únicamentehará caso a la segunda señal de pilotaje cuando haya sido suprimida laprimera señal, esto se conoce como el problema del doble pilotaje.

Esta válvula, pilotada por aire comprimido, posee dos émbolos de mando. Através del émbolo izquierdo el paso A-R está abierto y a través del derechose permite la conexión P-B.

Para el accionamiento de los émbolos de membrana se impulsan, Pilotandocon aire comprimido a través de Z, se consigue hacer bascular la válvula einvertir las conexiones de sus vías

Recupera su posición inicial cuando deja de haber presencia de aire en lavía de pilotaje Z y el resorte recupera la posición inicial.


Válvula distribuidora 4/2, con doble pilotaje neumático.

Válvula distribuidora 5/2, accionamiento neumático:




Esta válvula bascula alternativamente según que el pilotaje neumático les llegue por las vías Z e Y. El émbolode mando conserva, debido a la tensión de las membranas, la posición de maniobra hasta que se de unacontraseñal en sentido contrario.

Válvula distribuidora 4/3, con enclavamiento.


Estas válvulas tienen tres posiciones y suelen ser accionadas por unapalanca que tiene tres posiciones posibles, una por cada posición de laválvula. En la posición intermedia los conductos de trabajo están obturados,o bien conectados ambos a escape.

Fotos de distintas válvulas.

Veamos imágenes del aspecto real de algunas de las válvulas descritas:

Imagen 65. Festo. © Imagen 66. Festo. © Imagen 67. Festo. ©



En el siguiente vídeo se explica con detalle tanto la activación por electroimán de las válvulas como elconcepto de servo en las válvulas.

Multimedia 03. Festo. © Electroválvulas y utilización de servo-pilotaje

Válvula antirretorno

Estas válvulas obturan el paso de aire en una dirección, permitiendo la circulación libre en la dirección contraria.Un resorte interno mantiene bloqueado el paso en una dirección, en cambio cuando el aire accede desde la víaopuesta, éste tiene la fuerza suficiente como par vencer la acción del muelle y liberar el conducto de paso.


Válvula selectora.




Esta válvula deja fluir el aire comprimido desde X o Y hasta A cerrando la bola la salida situada enfrente. Suaplicación es para el mando a distancia de elementos neumáticos desde el punto X, o desde el punto Y o desdeambos (función “disyunción”, o función “O”).

Válvula de escape rápido.


Estas válvulas sirven para la rápida purga de cilindros y conductos sobretodo en cilindros de gran volumen, la velocidad del movimiento del émbolodel cilindro puede aumentarse muy significativamente.

El asiento cierra el cilindro A cuando el aire fluye de P hacia A abriéndoseal lado de estanqueidad. Al escapar el aire, disminuye la presión en P, elaire comprimido de A impulsa la junta hasta P, fluyendo todo el airedirectamente por P hacia la atmósfera.

Válvula de estrangulamiento con antirretorno.



Estas válvulas con antirretorno y estrangulación regulable permiten el pasofranco de aire comprimido solo en una dirección, en aquella que el aireempuja el asiento sobre el muelle. En la dirección contraria este conductose mantiene bloqueado, por lo que el aire solamente puede circular por elotro conducto paralelo, y lo hace con la limitación de que mediante untornillo se puede estrangular el caudal de paso, que puede variar entre ceroy la sección nominal de paso de la válvula.

Imagen 71. www.sapiens.itgo.com.

Válvula de simultaneidad.

Tiene dos entradas de presión X e Y una salida A. En la salida A solo habrá presencia de aire cuando ambasentradas reciban aire comprimido simultáneamente. Una única señal bloquea el paso (función “conjunción” ofunción “Y”).


Válvulas reguladoras de presión:

La función de estas válvulas es la de controlar la presión del aire que circula por el circuito, desde un valor nulohasta el valor máximo de presión de alimentación. Tienen un aspecto constructivo muy similar, pero según suposición en el circuito, cumplen distintas funciones, con lo que se clasifican en:

Válvulas limitadoras de presión o de seguridad, impiden que la presión de un circuito sobrepase unvalor máximo prefijado de antemano mediante un tornillo. Cuando se sobrepasa ese valor de presión, laválvula abre un conducto a la atmósfera, con lo que la presión disminuye, volviendo a obturarse la vía.

Válvulas de secuencia, el concepto es el mismo que en el caso anterior con la diferencia de que ahoraen lugar de abrir una vía al escape atmosférico, se conecta a una vía de trabajo cuando se alcanza el



valor de presión predeterminado.

Imagen 73. www.sapiens.itgo.com. © Imagen 74. www.sapiens.itgo.com. ©

En la siguiente imagen de una Web de PLC Madrid (si no se visualiza pulsa aquí para intentar abrirlo)puedes ver símbolos de muchos dispositivos neumáticos y una imagen de su aspecto real.





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