Válvulas neumáticas Introduccións09e85a3b31fd5e07.jimcontent.com/download/version/1413593670/… · 69 Válvulas neumáticas Introducción Genéricamente, se denomina válvula

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Válvulas neumáticas

Introducción

Genéricamente, se denomina válvula a una pieza que sirve para cerrar o abrir un ori-fico o conducto, o para interrumpir la comunicación entre dos órganos.En neumática, la válvula es el elemento de mando que determina las característicasdel circuito, debiendo poseer cualidades decisivas para actuar sobre los elementos oparámetros que intervienen en el proceso operativo del circuito neumático.Las válvulas neumáticas son los dispositivos que dirigen y regulan el aire comprimi-do; gobiernan la salida y la entrada, el cierre o habilitación, la dirección, la presión y elcaudal de aire comprimido. Pudiendo en general clasificarse como válvulas direccio-nales o auxiliares.

Válvulas neumáticas

Según sus propiedades y la función que realiza dentro del sistema, las válvulas neu-máticas se clasifican en los siguientes grupos:

• Válvulas de control de dirección• Válvulas de control de caudal • Válvulas de control de presión

Las válvulas de control de caudal y de presión denominadas válvulas auxiliares seexplicarán en la unidad subsiguiente.

Válvulas: Aspectos de selección

Para llevar a cabo la elección de una válvula neumática, es conveniente recurrir a cier-tos criterios de selección, que posibilitarán la siguiente clasificación:

• Número de Vías: De esta forma llamaremos al número de orificios controladosen la válvula, exceptuando los de pilotaje. Podemos así tener 2, 3, 4, 5 ó más vías(no es posible un número de vías inferior a 2)

• Posiciones: Es el número de posiciones estables del elemento de distribución.Pueden tenerse válvulas de 2, 3, 4 ó más posiciones (no es posible un númerode posiciones inferior a 2)

• Caudal: Es el volumen de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se calcula a partir del flujo, volumen que pasapor un área dada en la unidad de tiempo.

• Sistemas de accionamiento: Una característica importante de toda válvula essu clase de accionamiento ó mando, debido a que de acuerdo con ello, dentro dela cadena de mando de un equipo neumático, se la empleará como elementoemisor de señal, órgano de control o de regulación.

Según ya se ha dicho, las válvulas direccionales se designan de acuerdo al númerode vías y posiciones de la siguiente manera:

5

5 . 1

5 . 1 . 1

N° de vías / N° de posiciones

5 . 2

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<

MANDO MANDOPOSICIONES ESTABLES ADOPTADAS POR EL DISTRIBUIDOR

VINCULACIÓN ENTRE BOCAS DE CONEXIÓN PARA LAS DISTINTAS POSICIONES

De acuerdo con la clasificación indicada podemos tener:

Válvulas:

• 2/2 (dos / dos) 2 vías / 2 posiciones• 3/2 (Tres / dos) 3 vías / 2 posiciones• 3/3 (tres / tres) 3 vías / 3 posiciones• 4/2 (cuatro / dos) 4 vías / 2 posiciones• 4/3 (cuatro / tres) 4 vías / 3 posiciones• 5/2 (cinco / dos) 5 vías / 2 posiciones

Configuración del símbolo de una válvula

El símbolo representa la función de la válvula y su forma de accionamiento. Norepresenta, de ninguna manera, a válvula alguna desde el punto de vista construc-tivo, sólo representa su función. El símbolo se compone de un bloque central, en elque se identifican las posiciones estables del elemento de conmutación y las víasde conexión para cada posición, y de dos bloques extremos que representan losmodos de actuación (mandos)

Escape sin posibilidad de conexión

(orificio no roscado)

Escape con posibilidad de conexión

(orificio roscado)

Cada posición de la válvula se representa por un cuadrado. Habrá tantos cuadradosadyacentes como posiciones de distribución tenga la válvula:

• Las bocas de conexión se representan por trazos uni-dos al cuadrado correspondiente a la posición normalde reposo de la válvula.

• Las vinculaciones entre bocas se representan con líneas y flechas, indicando el sentido de circulación.Las bocas cerradas se indican con líneas transversales.Dicha representación se efectúa para cada posición.

• Las canalizaciones de escape se representan con un triángulo, pudiendo ser:

71VÁLVULAS NEUMÁTICAS 5

< <

5 . 3

5 . 3 . 1

Atendiendo a las funciones del bloque central tendremos los siguientes esquemas:

El símbolo se completa con los esquemas correspondientes a los mandos de las vál-vulas, siendo éstos el medio por el cual se logra la conmutación de sus posiciones:

De una manera general, podemos dividir los accionamientos en:

Mandos musculares, pueden ser: manuales o a botón pulsador, a palanca, a pedal.Mandos mecánicos, a palpador, resorte, rodillo, rodillo unidireccional o abatible.Mandos neumáticos, a presión de mando directo o indirecto.Mandos neumáticos, a descarga de mando directo o indirecto.Mandos neumáticos de áreas diferenciales.Mandos eléctricos con un solenoide, con dos solenoides operando en direccionesopuestas, con dos solenoides operando en direcciones opuestas de acción variable.Mandos electroneumáticos a solenoide y piloto neumático, o mandos electroneumá-ticos por solenoide ó piloto neumático.

RECUERDE que...

Las válvulas con mando neumático o electroneumático suelen tener vías interiores decomando, para alimentar sus mandos (autoalimentación)

Válvulas direccionales. Tipos constructivos de válvulas direccionales

Las válvulas direccionales son aquellas que en un circuito neumático distribuyen oguian el aire comprimido hacia los elementos de trabajo. Por esta razón, también selas conoce como válvulas distribuidoras. Constituyen los órganos de mando de un cir-cuito, es decir, aquellos que gobiernan (mandan) el movimiento de los órganos moto-res del mismo (cilindros, actuadores, etc.)También son utilizadas en sus tamaños más pequeños, como emisoras o captoras deseñales para el mando de las válvulas principales del sistema, y aún en funciones detratamiento de señales.

Conforme al tipo de construcción, las válvulas de vías se perfilan, principalmente, endos modelos:

• Válvulas de asiento.• Válvulas de corredera.

Válvulas de asiento

El principio de la válvula de asiento garantiza un funcionamiento sin interferencia, esdecir, el escape se cierra antes de que se habilite la entrada de aire. Por su sencillaconstrucción, son muy económicas y tienen pocas piezas sometidas al desgaste y lasuciedad interfiere muy poco en su funcionamiento.

5 . 3 . 1 . 1

5 . 3 . 1 . 2

5 . 3 . 2

5 . 3 . 2 . 1

MICRO72

<

Válvulas de asiento esférico

Son generalmente utilizadas para funciones secunda-rias dentro de un sistema, construyéndose normalmen-te como válvula 2/2 ó 3/2.

Válvulas de asiento de disco (poppet)

Se construyen como válvulas 2/2, 3/2, 4/2, 5/2 y más.La estanqueidad puede lograrse mediante discos decierre elásticos y asientos de metal, o directamente dis-cos de cierre y asientos de metal.

Válvulas de corredera

Las más extendidas, y que tienen una preferencia dominante, son las de distribuciónaxial conocidas con el nombre de válvula de corredera, las cuales poseen, como prin-cipio de funcionamiento, un émbolo móvil deslizante que abre o cierra por desplaza-miento longitudinal, las vías de comunicación en función de las condiciones de con-mutación de la propia válvula, cambiando las conexiones.En este tipo de válvula se hace muy difícil la estanqueidad de la corredera, pues laforma geométrica obligada por su función es condicionante. Se fabrican válvulas decorredera con cierre metal sobre metal y con cierre por juntas.

Válvulas de distribuidor axial plano

Poseen un émbolo para la conmutación de la válvula, pero las bocas son controladaspor un distribuidor plano adicional. En la figura se esquematiza una válvula 4/2 deeste tipo, aunque también se las encuentra en versiones 2/2, 3/2, 5/2, 5/3, etc.

Válvula 2/2 NC

Válvula 3/2 NA


< <

Válvulas de distribuidor rotante

Se fabrican como válvulas de mando manual del tipo 3/2, 4/2, y también 4/3. La vin-culación entre las bocas de utilización y descarga se realiza a través de un discorotante con canalizaciones.

Válvulas de distribuidor axial o corredera (spoll)

La distribución del aire comprimido a las diferentes bocas se logra a través de undistribuidor cilíndrico que se desplaza en sentido axial. Existen cuatro técnicas bási-cas de construcción de estas válvulas, en lo referente al logro de la estanqueidaddel distribuidor:

1. Válvulas metal - metalEmpleada comúnmente en hidráulica, requiere un ajuste preciso entre el distri-buidor y el cuerpo de la válvula. Para la utilización en neumática, el juego máximopermitido entre éstos es del orden de 1,5 a 3 micrones, pues de lo contrario lasfugas serían inadmisibles.

2. Juntas tóricas (O´rings) en el cuerpo de la válvulaEs una de las disposiciones más comúnmente adoptada, con el fin de evitar elalto costo que implican las anteriores

3. Retenes labiales en el distribuidorEs otro tipo de ejecución no muy difundido, que utiliza como elementos de estanqueidad del distribuidor pequeños retenes labiales en el mismo.

4. Juntas tóricas (O´rings) en el distribuidorEs la ejecución de mayor difusión y consiste en lograr la estanqueidad, por mediode guarniciones tóricas incorporadas al distribuidor.

Número de vías – número de posiciones (N° de vías / N° de posiciones)

Como vías se consideran la conexión de entrada o alimentación de aire comprimido,conexión/es de utilización para el consumidor y orificios de purga (escape) y se llamaposición a aquella maniobra que toman las partes móviles internas de una válvula trasincluirla en un equipo y establecer la presión de una red.A continuación se presenta una descripción general de los tipos de válvulas direccio-nales, comúnmente utilizados en neumática, en un formato usual.

Válvulas 2/2

Pertenecen a este grupo todas las válvulas de cierre que poseen un orificio de entra-da y otro de salida (2 vías) y dos posiciones de mando. Únicamente se utilizan enaquellas partes de los circuitos neumáticos donde no es preciso efectuar por lamisma válvula la descarga del sistema alimentado, sólo actúan como válvulas de paso.

5 . 3 . 2 . 2

5 . 3 . 2 . 3

5 . 4

5 . 4 . 1

5 . 4 . 1 . 1

5 . 4 . 1 . 2

5 . 4 . 2

5 . 4 . 2 . 1

MICRO74

<

Válvulas 2/2 NC

Son aquellas válvulas que en su posición normal de reposo (aquella determinada porsu reacción, resorte o neumática) no permiten la circulación de fluido. Conducen alser accionado su mando (muscular, neumático, mecánico, eléctrico, etc.)

Válvula 2/2 NC monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvulas 2/2 NA

En su posición normal de reposo permiten la circulación de aire, interrumpiéndolo alser accionado su mando.

Válvula 2/2 NA monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvula 3/2 NC monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvulas 3/2

Pertenecen a este grupo de válvulas aquellas que poseen un orificio de alimentación,uno de utilización y otro de escape (3 vías) y dos posiciones de mando. Sus funcio-nes dentro de un circuito neumático pueden ser muy variadas y van desde el mane-jo de señales hasta el comando de cilindros de simple efecto. A diferencia de lasanteriores, éstas posibilitan la descarga del sistema que alimentan.

Válvulas 3/2 NC

Son aquellas que en la posición normal de reposo no permiten la circulación desde elorificio de alimentación al de utilización, el cual queda conectado a escape. Esta con-dición es invertida al operar su mando, pasando el fluido a la utilización en tanto elescape es bloqueado.


< <

5 . 4 . 2 . 2

5 . 4 . 3

5 . 4 . 4

Válvula 3/2 NA monoestable, mando neumático, reacción resorte

Válvula 5/2 monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvulas 3/2 NA

En su posición normal de reposo permiten el pasaje de fluido de la alimentación a lautilización, el escape es bloqueado. Al operar el mando, se interrumpe el pasaje y elsistema alimentado es puesto a descarga.La diferenciación aludida entre válvulas 3/2 normal cerrada y normal abierta no impli-ca necesariamente que se trate de dos válvulas diferentes, aquellas válvulas 3/2 deltipo de distribuidor axial generalmente admiten ser conectadas de una u otra mane-ra indistintamente.

Válvulas 4/2

Poseen cuatro orificios de conexión (4 vías) correspon-diendo: uno a la alimentación, dos a las utilizaciones y elrestante al escape, éste es común a ambas utilizacio-nes. Poseen dos posiciones de mando, para cada unade las cuales sólo una utilización es alimentada, en tantola otra se encuentra conectada a escape. Esta condi-ción se invierte al conmutar la válvula. Dado que paracada posición existe un pasaje abierto y uno cerrado,carece de sentido hablar de una válvula 4/2 normalabierta o normal cerrada.

Válvulas 5/2

Éstas poseen cinco orificios de conexión y dos posiciones de mando. A diferencia delas 4/2, poseen dos escapes, correspondiendo uno a cada utilización.

Ejemplo

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Válvula 5/2 monoestable,mando neumático, reacción a resorte

Válvula 5/2 monoestable,mando neumático, reacción neumática

RECUERDE que...

En los ejemplos anteriores la función de conmutación de posiciones del distribuidorfue obtenida mediante una acción manual sobre el mando, al efecto de simplificar lainterpretación. Como pudo apreciarse, al cesar la acción, el distribuidor era reposicio-nado mediante un resorte antagónico (reacción por resorte)

La válvula (sin accionar su mando) posee una única posición estable, aquella gober-nada por su reacción. A las válvulas con estas características se las denomina mono-estables (única posición de mando estable)La acción manual sobre el mando puede ser reemplazada por una acción mecánicaleva sobre un rodillo, bocas de pilotaje, dando origen así a las válvulas de mando neu-mático. Recordemos que estas bocas no se contabilizan como vías en la clasificación.En lo que sigue explicaremos los mandos neumáticos sobre válvulas del tipo 5/2, noobstante los conceptos serán aplicables a las del tipo 2/2, 3/2 y 4/2.En la figura puede verse como una señal neumática introducida a través de la bocade pilotaje 14 produce el desplazamiento del elemento de conmutación.Desaparecida la señal el elemento es reposicionado por un resorte.

Ejemplo

Es posible sustituir la acción del resorte por una acción neumática permanente (reac-ción neumática) Esto se logra alimentando el mando correspondiente a la reacciónen forma permanente, pudiéndose hacer a través de una boca externa o simplemen-te utilizando una conducción interna de autoalimentación, que proveen los fabrican-tes y que comunica al citado mando con la boca de alimentación de la válvula. De estemodo, al alimentar con presión a la válvula queda automáticamente establecida lareacción neumática. Como resulta obvio, para desplazar el elemento conmutador conpresiones iguales es necesario disponer en el mando opuesto de un área mayor,dando origen así a las válvulas con mandos por áreas diferenciales.

Ejemplo


< <

5 . 4 . 5

Válvula 5/2 biestable, doble mando neumático.

Válvula 5/2 biestable, con áreas equilibradas

Es posible también comandar ambas posiciones del distribuidor, mediante pulsos deseñal ingresados alternativamente por las bocas 12 y 14. Desaparece así la reacción,obteniéndose ahora una válvula con las dos posiciones estables, es decir, la válvulaconmuta y conserva la posición aún desaparecida la señal que originó el cambio. Laposición opuesta se logrará mediante una señal en el pilotaje contrario. Este tipo decomportamiento recibe el nombre de biestable. También son conocidas como memo-rias o de comando por impulsos.

Ejemplo

Un comportamiento análogo, pero con efecto predominante de una de las posiciones,se obtiene aplicando el concepto anterior a válvulas con mando por áreas diferenciales.En presencia de una señal simultánea en las bocas 12 y 14, el efecto de la señal 14predomina en razón de su mayor área.

Ejemplo

Válvulas 5/3

Las válvulas de dos posiciones de mando sólo permiten condiciones de paradasextremas de los actuadores gobernados, no permitiendo la obtención de paradasintermedias. Para esto último es necesario contar con una tercera posición de mandointermedia, surgiendo así válvulas 3/3, 4/3 y 5/3. En lo que sigue aplicaremos el con-cepto de tres posiciones a válvulas de 5 vías, siendo válido también para las válvulasde 3 y 4 vías.Las funciones extremas de las válvulas de tres posiciones son idénticas a las de dosposiciones, pero a diferencia de éstas incorporan una posición central adicional. Lavinculación entre bocas para esta posición central es en términos generales muyvariada en las válvulas hidráulicas, no así en neumática en donde básicamente se uti-lizan tres tipos de centro: el llamado centro abierto (CA) y el centro cerrado (CC),cuyos esquemas de conexión se muestran a continuación.

5 . 5

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<

Centro cerrado

Centro cerrado

Centro abierto Centro a presión

Existe un tercer centro llamado centro a presión, en el cual cuando la válvula está encondición de reposo, las dos utilizaciones de la misma se encuentran con presión, ypor lo tanto, ambas cámaras del cilindro recibirán la misma presión.

Las válvulas 5/3 admiten también señales neumáticas. En general, éstas se presen-tan en versiones llamadas de centro estable, en donde un conjunto de resortes cen-tradores posiciona el distribuidor al centro en ausencia de señales de mando. Laúnica posición estable de la válvula es la central.

Electroválvulas

Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final decarrera eléctrica o sensor de cualquier tipo (inductivo, capacitivo, óptico, etc.), presóstatoso mandos electrónicos, excitando a un solenoide que por acción magnética provoca el des-plazamiento de un núcleo móvil interno que habilita o no el pasaje de fluido.En válvulas de pequeño porte, este núcleo móvil constituye en si mismo el distribui-dor principal de la válvula, denominándose a esto como mando directo. En válvulas demayores tamaños, el mando directo obligaría al uso de núcleos magnéticos de gran-des dimensiones y en consecuencia de solenoides de elevada potencia y tamaño.

En estos casos resultan convenientes los mandos electroneumáticos, en los que unapequeña electroválvula 3/2 de mando directo comanda la señal neumática que des-plaza al distribuidor principal. En su conjunto el mando resulta indirecto. Resultan asídistribuidores más livianos, solenoides más pequeños y de menor potencia, y más altavelocidad de respuesta.


< <

5 . 5 . 1

5 . 5 . 1 . 1

5 . 5 . 1 . 2

Electroválvula 2/2 NA, monoestable

El avance de la automación en las industrias establece un techo rápido en las aplica-ciones de neumática, por ello lo más común en las instalaciones es la incorporaciónde las electroválvulas en todas sus formas. En general, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extrema-damente largas y cortos tiempos de conexión.

Modelos de electroválvulas

Electroválvulas 2/2

Electroválvula 2/2 NC

Electroválvula 3/2 NA, monoestable

Electroválvula 3/2 NC, monoestable


5 . 5 . 1 . 3

5 . 6

5 . 6 . 1

MICRO80

<

Electroválvulas 5/2 monoestable, mando electroneumático reacción a resorte


Electroválvulas 5/2 monoestable, mando electroneumático reacción

Clase de material aislante Temperatura limite (°C)

Y 90

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

C > 180

RECUERDE que... Una de las misiones de las electroválvulas es la de intervenir como auxiliares en loscircuitos neumáticos, cuando resulta difícil emplear señales neumáticas para elmando de los distribuidores.

Características de solenoides para electroválvulas

Además de las características de tensión y frecuencia y las resultantes corrientenominal (In) y potencia de los solenoides, existen una serie de datos adicionales rela-cionados con su construcción que es necesario observar en la etapa de selección deelectroválvulas, a efectos de garantizar una óptima prestación durante el servicio.

Clases de aislamiento

Ésta define, mediante letras, la calidad del aislante utilizado en el arrollamiento(bobina) y está íntimamente vinculada con la temperatura máxima que puede resis-tir. Las normas establecen los siguientes límites de temperatura, según las distin-tas clases de aislamiento:


< <

Por lo extenso y complicado que resultaría, no hablaremos en este manual de las nor-mas de protección especial, como por ejemplo los grados de protección y caracterís-ticas constructivas de los solenoides para ambientes explosivos.

5 . 6 . 2

Primera cifra Grado de protección

0 Aparato no protegido

1 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. mayor de 50mm

2 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. mayor de 12mm

3 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. o esp. mayor de 2,5mm

4 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. o espesor mayor de 1mm

5 Aparato protegido contra polvo

6 Aparato protegido totalmente contra la entrada de polvo

Primera cifra Grado de protección

0 Aparato no protegido

1 Aparato protegido contra goteo de agua

2 Aparato protegido contra goteos de liquido cayendo en un ángulo de 15° conrespecto a la vertical

3 Aparato protegido contra lluvia

4 Aparato protegido contra salpicadura

5 Aparato protegido contra chorros de agua

6 Aparato protegido contra la acción del mar

7 Aparato protegido contra inmersión en agua

8 Aparato sumergible

Grados de protección

Esta característica queda definida por un código alfanumérico establecido por las nor-mas IRAM 2225, DIN 40050 e IEC 144 y cubre dos aspectos bien determinados dela construcción:

1. Protección contra contacto casual, con partes baja tensión o en movimiento ypenetración de cuerpos sólidos.

2. Protección contra penetración de agua.

El código se establece mediante las letras IP seguidas de dos dígitos. El primero (de0 a 6) define la protección contra contacto casual y penetración de cuerpos sólidos,y el segundo (de 0 a 8) define la protección contra penetración de agua. Las tablassiguientes muestran el significado de las cifras mencionadas.

Tiempo de conexión relativo

Esta característica define porcentualmente el tiempo del elemento conectado (exci-tado) con relación a un ciclo completo de conexión y desconexión, de manera que sutemperatura de régimen no exceda los límites establecidos. Este factor se determinamediante ensayos sobre una base de tiempo de 5, 10, 20 ó 30 minutos, dependien-do del tiempo que demande al elemento alcanzar su régimen térmico.Un ED 20% indica por ejemplo que cada 20 minutos el elemento puede quedar perma-nentemente excitado sólo 4 minutos. Un ED 100% implica que puede permanecerconectado sin riesgo alguno de sobretemperatura en un ambiente a no más de 40°C.

Indicación de estado en electroválvulas

Con la finalidad de facilitar la puesta a punto, detección de fallas y el mantenimientode sistemas con electroválvulas, se han desarrollado diversas formas que permitenvisualizar el estado de excitación de los solenoides.Una de estas formas consiste en un accesorio (indicador para solenoide) que seintercala entre la ficha de conexión y el solenoide. Este elemento posee un LED(Diodo emisor de luz) que se encenderá toda vez que el solenoide se encuentre ener-gizado. De este modo, puede determinarse rápidamente el origen de una falla, ya seasi ésta proviene de la cadena de señales o si el solenoide se encuentra dañado, ytambién permite el seguimiento visual de la secuencia. A menudo, se incluye un sis-tema de protección propio y de los elementos de conmutación del circuito eléctricocontra sobretensiones en el momento de la conexión. Su duración es ilimitada porcarecer de filamento y el consumo eléctrico despreciable.

Selección de las vías internas de comando

En la construcción de válvulas, se presentan en el ámbito internacional dos tenden-cias más o menos definidas:

• Una de ellas orienta la construcción hacia válvulas de concepción específica,para brindar determinadas prestaciones. Cada prestación, en general, implica unmodelo diferente de válvula.

• Un segundo criterio, cada vez más aceptado, es el de la concepción modular porfamilias, en las que sobre un cuerpo base se pueden ensamblar todas las posibi-lidades de mando correspondientes a la familia. Para posibilitar esto, el cuerpobase deberá contener las conducciones internas que permitan lograr todas lasversiones de mando y reacción previstas. Según el modelo a ensamblar podrá sernecesario habilitar determinadas conducciones, en tanto otras deberán resultaranuladas. Con este fin los fabricantes que siguen este criterio han implementadoformas flexibles de seleccionar dichas combinaciones, las que reciben el nombrede selección de pilotaje. Esta selección puede consistir en el cambio de posiciónde una guarnición de geometría específica, o simplemente la rotación de uno delos componentes modulares de la válvula.

5 . 6 . 3

5 . 6 . 4

5 . 7

MICRO82

<


< <

Montaje de válvulas

Montaje de una válvula: Se denomina montaje de una válvula al modo de conexio-nado en sus variadas formas, que tendrán un determinado tipo de válvula para su ali-mentación de aire y sus escapes (exhaustos)Las válvulas direccionales, en su concepción básica, poseen las bocas de conexióndirectamente sobre su cuerpo. Esta forma es adecuada para montajes unitarios o enautomatismos simples con una cantidad reducida de ellas. Esta forma de conexiona-do resultaría antieconómica cuando el número de válvulas aumenta, debido al eleva-do número de accesorios de conexionado que demandan individualmente. El mante-nimiento y recambio de las mismas resulta dificultoso, en razón de tener necesaria-mente que desmantelar todo el conexionado, lo que implica una ardua labor y grancantidad de Hs - hombre.Una mejora sustancial en este último sentido la constituyen las válvulas montadassobre bases unitarias. En las mismas, todas las conexiones se encuentran sobre unabase inferior carente de partes móviles, y por lo tanto, de mantenimiento. La válvulaen si se fija a la base mediante tornillos, existiendo una guarnición de interfaz queimpide fugas entre la válvula y su base. El mantenimiento de la válvula o su recambiono implica tareas de desconexión y conexión de conducciones, con un significativoahorro de mano de obra y tiempo.Tratando de conservar esta última ventaja y a la vez simplificar el conexionado en casode que el número de válvulas sea elevado, se han desarrollado las denominadasbases Manifold o bases para montaje múltiple. Éstas, al igual que las bases unitarias,poseen las conexiones, en tanto la válvula continúa siendo independiente. A diferen-cia de aquellas, éstas al ser agrupadas (una al lado de la otra) forman un canal de ali-mentación común y otro u otros para los escapes. De este modo, con una única ali-mentación del conjunto se tendrán simultáneamente alimentadas todas las válvulasdel montaje y también resultarán únicas las canalizaciones de escape.

5 . 8

Estos Manifold o montajes múltiples sonmodulares y componibles a necesidad, deacuerdo al número de válvulas a instalar.Las conexiones de utilización son general-mente posteriores, lo que posibilita el mon-taje frontal en tableros con sus salidas porla parte posterior del mismo. Existen dife-rentes formas de rigidizar el conjunto debases: mediante tensores acordes con elnúmero de válvulas a instalar, tornillos quevinculan una base a la siguiente, y hastamétodos de acople sin accesorios.Comúnmente se colocan guarnicionesentre bases para impedir fugas.

RECUERDE que...

Las NORMAS ISO 5599/1 y VDMA 24345 normalizan las bases de montaje y lainterfaz base -válvula a efectos de garantizar, además, el intercambio de válvulas entredistintos fabricantes.Para válvulas con conexiones en el cuerpo son también disponibles, en la actualidad,bloque Manifold rígidos (no componibles según el número de válvulas) o los de con-cepción modular componibles, con alimentación y escapes en común. La tendenciamundial parece orientarse hacia esta última solución, en razón del bajo costo compa-rativo de las válvulas con conexiones en el cuerpo, en relación con sus similares paramontajes sobre base.

Características funcionales de válvulas

Además del número de vías y posiciones de una válvula y sus distintas posibilidadesde mando, tema del cual ya nos hemos ocupado, existen una serie de característicasfuncionales que es necesario interpretar y evaluar frente a una elección. Estas carac-terísticas son generalmente suministradas por los fabricantes en sus catálogos.Seguidamente, definiremos el concepto de cada uno de ellas.

Características de caudal

Esta característica está directamente vinculada a la capacidad de circulación de flui-do, a través de la válvula y determina su tamaño (en cuanto a circulación se refiere)

El tamaño de una válvula no queda determinado por el diámetro de sus bocas ymenos aún por sus dimensiones físicas, sino por su característica de caudal, aun-que resulta obvio que existe cierta relación entre ellos. La característica de caudalde una válvula queda evidenciada por los llamados factores de caudal Kv o Cv, o sucaudal nominal Qn.

Factor Kv

Este parámetro se determina mediante ensayos realizados con agua e indica el cau-dal en l/min de dicho fluido que pasa por la válvula cuando la caída de presión en lamisma sea de 1 bar.

5 . 9

5 . 9 . 1

5 . 9 . 1 . 1

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<


< <

5 . 9 . 1 . 2

5 . 9 . 1 . 3

Factor Cv

Es el equivalente británico del factor Kv y significa el caudal de agua, en galones porminuto (gpm), que pasa por la válvula cuando la caída de presión en ella sea de 1 psi(1 lb/pulg2)

Caudal nominal Qn

El caudal nominal representa el caudal de aire normal en l/min, que pasa por la vál-vula con una presión de alimentación de 6 bar y una pérdida de carga de 1 bar, estoes con presión de salida de 5 bar. Este factor es el que ha adquirido últimamente lamayor aceptabilidad entre los fabricantes de componentes neumáticos, como carac-terística de circulación de las válvulas. Suele expresárselo también en otras unidadesequivalentes, tales como m3/h, l/seg, etc.

Existen factores que permiten convertir las características de caudal de un sistema aotro. La tabla siguiente relaciona valores de Qn con los respectivos de Kv y Cv.

Existe otra característica que da idea de la circulación en las válvulas y es el diáme-tro nominal, el cual indica la sección mínima del pasaje principal de la válvula. Estadimensión tomada en forma aislada puede resultar engañosa, puesto que no signifi-ca que la válvula tenga un pasaje equivalente a tal diámetro, y por lo tanto, una pér-dida de carga de acuerdo a eso, sino que su caída de presión dependerá de cuanintrincados sean sus pasajes internos.

Presión de trabajo

Presión de trabajo: Por presión de trabajo se entiende el rango de presiones, den-tro del cual la válvula puede funcionar satisfactoriamente.

Presión de pilotaje

Presión de pilotaje: La presión de pilotaje es el rango de presiones de las señalesde comando, dentro del cual la válvula puede conmutar sus posiciones. Se llama pre-sión mínima de pilotaje ó umbral de pilotaje al mínimo valor de presión necesario paragarantizar la conmutación.

EjemploSe puede tener una válvula cuya presión de trabajo sea de 0 a 10 bar y su umbralde pilotaje de 2,5 bar. Si se desea trabajar esta válvula a 2 bar es posible hacerlopor sus vías principales, pero alimentando independientemente al sistema de seña-les con una presión superior a 2,5 bar.

5 . 9 . 2

5 . 9 . 3

MICRO86

<

Qn (Nl/min) Kv (l/min) Cv (GPM) Qn (Nl/min) Kv (l/min) Cv (GPM)

10 0.150 0.010 550 8.335 0.558

50 0.750 0.051 600 9.085 0.609

80 1.200 0.081 650 9.852 0.660

100 1.517 0.102 700 10.602 0.711

120 1.817 0.122 750 11.369 0.762

150 2.267 0.152 800 12.119 0.813

180 2.717 0.183 900 13.636 0.914

200 3.033 0.203 1000 15.153 1.016

250 3.784 0.254 1200 18.187 1.219

300 4.550 0.305 1500 22.738 1.524

330 5.001 0.335 1750 26.505 1.778

400 6.067 0.407 2000 30.306 2.032

450 6.918 0.457 2500 37.874 2.540

500 7.584 0.508 3000 45.459 3.048

Dimensionado de válvulas

En este punto trataremos de dar respuesta a la siguiente pregunta:

¿Qué tamaño de válvula corresponde utilizar para un determinado accionamiento?

Ya hemos dicho que el tamaño de una válvula no queda precisamente determinadopor el diámetro de sus conexiones y menos aún por sus dimensiones físicas. El tama-ño desde el punto de vista de su utilización, quedaba determinado por los factores Kv,Cv ó Qn. La pregunta entonces será:

¿Qué Qn (Kv ó Cv) deberá tener la válvula para un determinado accionamiento?

El primer paso para lograr la respuesta será determinar el caudal normal requeridopor el accionamiento, el que dependerá fundamentalmente de tres factores: tamañoy velocidad del accionamiento, y presión de operación.


< <

Frecuencia de conmutación

Este es un dato que refleja la rapidez de la válvula para conmutar sus posiciones. Seexpresa generalmente en ciclos/seg. (Hz) y significa la cantidad de veces que en launidad de tiempo la válvula puede cambiar su posición y retornar a la de origen (ciclo),habiendo alcanzado la presión nominal en sus bocas de utilización.Algunos fabricantes dan un dato comparable con la frecuencia y es el llamado tiem-po de respuesta o tiempo de conmutación, siendo la conversión:

tc = 1000/2fDonde tc: tiempo de conmutaciónf = frecuencia (HZ)

No debe interpretarse que una válvula con una frecuencia de 20 Hz pueda producir20 avances y retornos por segundo en un cilindro, dado que hay inercias a vencer eneste último y el llenado y la evacuación de las cámaras y tuberías tienen su propiavelocidad. Este dato cobra importancia cuando existen exigencias de velocidad en latransmisión de señales y su respuesta.En el caso de las electroválvulas también deberán evaluarse las ya mencionadascaracterísticas de los solenoides: clases de aislación, protección, tiempo de conexiónrelativo (ED), etc.

Donde:

5 . 9 . 4

5 . 1 0

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<

Expresando la última fórmula en términos del diámetro del pistón y con las unidadesindicadas, tendremos:

Donde:

El Kv, Cv, o Qn que deberá tener la válvula quedará determinado por las siguientesfórmulas


< <

Conclusión

Para el accionamiento en las condiciones especificadas se requiere una válvula cuyoQn sea como mínimo de 454 Nl/min.

Recomendaciones para el montaje de válvulas direccionales

• Determine qué tipo de roscas posee la válvula. Utilice las conexiones adecuadas.• Si utiliza cinta de teflón u otro sellador para las uniones roscadas, asegúrese

que no queden rastros que puedan penetrar en el interior de la válvula y alterarsu funcionamiento.

• Al realizar el conexionado, asegúrese que no haya cuerpos extraños en el interiorde las tuberías soplándolas previamente con el mismo aire comprimido.

• No instale las válvulas en ambientes con temperaturas distintas al rango especificado por el fabricante.

• En todos los casos asegúrese que el aire que suministre a las válvulas haya sidopreviamente filtrado y lubricado. Una válvula operada con aire sin filtrar ni lubricares propensa a desgastarse más rápidamente e incluso a trabarse.

• Para mayor seguridad en el conexionado, verifique con el símbolo ISO impresoen cada válvula cuál es la boca de presión, cuál son las utilizaciones y cuáles sonlos escapes.

• Las válvulas que tienen las bocas de escape roscadas permiten conducir las descargas, para impedir contaminaciones del ambiente con el aceite presente en el aire comprimido.

• Prevea como norma la utilización de silenciadores en los escapes de las válvulaspor razones de comodidad y seguridad laboral.

• Es recomendable instalar las válvulas lo más cerca posible de los actuadorescomandados.

5 . 1 1

La caída de presión admitida en la válvula ∆P, es un valor que deberá adoptar quienrealiza el cálculo y en líneas generales no deberá exceder el 50% de la presión dealimentación, ya que las fórmulas anteriores pierden validez para valores superiores.Lo corriente y usual es adoptar un valor de ∆P del orden del 5 al 10% del de la pre-sión de alimentación de la válvula.

Ejemplo

Dimensionado de válvulasDeterminar el Qn que deberá tener la válvula para accionar un cilindro de dobleefecto de 63mm de diámetro y 600 mm de carrera, que debe efectuar su recorri-do en un tiempo de 2 seg. La presión disponible en la válvula es de 7 bar.

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6 . 1

6 . 1 . 1

Válvulas auxiliares

Introducción

Las válvulas auxiliares definen el modo de actuar de los accionamientos neumáticos,modificando las condiciones de caudal, posiciones o secuencias, en un circuito. Entre las válvulas podemos nombrar: las reguladoras de caudal, uni o bidireccional, lasválvulas de no retorno o de retención, las válvulas “o” o selectoras de circuito, la vál-vula de escape rápido, la válvula “Y” o de simultaneidad y la válvula de secuencia,entre otras.

Componentes neumáticos auxiliares de circuito

Válvulas reguladoras de caudal o flujo

Las válvulas reguladoras de caudal se utilizan para elcontrol de velocidad de cilindros neumáticos, actuado-res, así como también para la obtención de efectos deretardo de señales neumáticas (temporización neumáti-ca), permitiendo de esta forma la regulación del tiempode presurización de un volumen.

Existen básicamente dos grupos de reguladores de caudal:

• Regulador de caudal bidireccional• Regulador de caudal unidireccional

Regulador de caudal unidireccional

Regulan el caudal en una sola dirección del flujo, per-mitiendo el libre pasaje del aire en sentido contrario.Un regulador de este tipo se muestra en la figurasiguiente.Su principal aplicación es la regulación de velocidadde cilindros y actuadores neumáticos, para lo cual soninstalados sobre las vías que alimentan al cilindro (víasde utilización de la válvula)A los efectos de obtener regulaciones más precisas seaconseja instalarlos lo más cerca posible del elemen-to a regular. Actualmente, para favorecer esta últimacondición, se han desarrollado reguladores unidirec-cionales combinados con el mismo conector, paramontar directamente sobre el cilindro. Comercialmente son conocidos con el nombre dereguladores banjo. Los mismos minimizan accesorios de conexionado ymano de obra de montaje.También son utilizados en combinación con acumula-dores, para obtener efectos de temporización banjoneumáticas.

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91VÁLVULAS AUXILIARES 6

< <

6 . 1 . 2

6 . 2

6 . 3

Regulador de caudal bidireccional

El regulador de caudal bidireccional es comúnmente llamado válvula de aguja. Su fun-ción es la de restringir el paso del aire en ambas direcciones del flujo.

Válvulas de no retorno o de retención

Estas válvulas permiten circulación libre en un sentido, bloqueándola completamenteen el sentido contrario. Existen diferentes tipos constructivos, como ser: con cierre abola, a cono, disco, membrana, anillo, etc.

Existen válvulas de no retorno con cierres de dos tipos:

• Cierre por presión de trabajo.• Cierre con fuerza incorporada: en las cuales la circulación será posible cuando la

presión venza la resistencia del resorte antagónico de cierre.

Cuando es necesario mantener la presión dentro de un cilindro ó depósito o manejara voluntad un volumen acumulado, puede utilizarse una válvula de retención coman-dada, en donde la condición de bloqueo es relevada a voluntad por medio de unaseñal neumática.

Válvula “O” o Selectora de Circuitos

Esta válvula tiene dos entradas y una salida. Cuando el aire comprimido llega por cual-quiera de las dos entradas, automáticamente se obtura la otra y el aire circula haciala salida, ocurriendo lo mismo si el aire penetra por la otra entrada, desempeñando enun circuito la función lógica “O”.

RECUERDE que...Si se desea mandar un cilindro o una válvula de mando desde dos o más puntos, seránecesario montar una Válvula “O” o Selectora de Circuitos.

Válvula de retención con cierre a cono

Válvula de retención comandada

6 . 4

6 . 5

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La figura muestra la utilización de una válvula de escape rápido en un circuito de comando de un cilindro de doble efecto con avance regulado (lento) y retroceso rápido.

Válvula de escape rápido

Esta válvula permite elevar la velocidad de los émbolos de cilindros. Con ella se aho-rran largos tiempos de retorno, especialmente si se trata de cilindros de simple efec-to. Logra obtener la máxima velocidad en los cilindros neumáticos. La misma tienetres vías de conexión correspondiendo: una a la alimentación (desde la válvula), otraa la utilización (al cilindro) y la restante al escape; de modo tal que al alimentar al cilin-dro, una membrana o disco obtura en forma automática el escape. De esta forma, per-mite el pasaje del aire al interior del cilindro. Cuando la válvula es puesta a descarga,la propia presión en el cilindro desplaza la membrana o disco, permitiendo que el airesalga rápidamente por el escape sin recorrer la conducción que comunica a la válvu-la de escape rápido con la válvula de mando, es decir, con muy poca pérdida de carga,lo que implica gran velocidad de descarga y también gran velocidad en el cilindro. Esrecomendable montar este tipo de válvula lo más cerca posible del cilindro.

Se han desarrollado modelos de válvulas de escape rápido, cuya vía de escape enlugar de poseer un orificio roscado hembra, incorporan un elemento silenciador. De este modo, se disminuye notoriamente el ruido que produce la súbita expansióndel aire en la atmósfera característico de estas válvulas.

Válvula “Y” o de Simultaneidad

Esta válvula posee tres vías de conexión, dos de las cuales son entradas y la restan-te es la de utilización. De dicha forma sólo saldrá aire por esta última cuando existapresión simultáneamente sobre las dos entradas. Cuando una de ellas no existe, auto-máticamente se bloquea la entrada de la otra, anulándose la salida de aire por la uti-lización. Cuando las señales están desfasadas en el tiempo, la última recibida es laque pasa a la utilización.Desempeña la función lógica “Y”. Esta función también se logra empleando una vál-vula 3/2 con mando neumático y reacción a resorte.


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En la figura siguiente, en cambio, se trata del accionamiento de un cilindro de suje-ción y uno de trabajo. Este último no debe actuar sin que previamente lo haya hechoel primero desarrollando toda su fuerza. Esto se logra a través de la válvula desecuencia, que sólo permitirá dar una señal de mando a la válvula del cilindro de tra-bajo cuando la cámara del cilindro de sujeción se encuentre a la máxima presión, loque garantiza que este haya actuado.

6 . 6 Válvula de secuencia

Es una válvula de 3 vías normalmente cerrada, que permite la circulación de fluidocuando en la línea de alimentación de la misma se haya alcanzado una presión prede-terminada y regulable a voluntad. En los equipos neumáticos, las válvulas de secuen-cia se prevén en donde deba garantizarse una presión mínima determinada para el fun-cionamiento y por lo tanto debe evitarse la realización de la maniobra con una presióninferior. Además, se emplean también donde deben conectarse consumos preferencia-les, alimentándose los restantes solamente cuando haya suficiente presión.A continuación se ejemplificaran la utilización de dos válvulas de secuencia.La figura muestra un circuito de accionamiento de un cilindro de doble efecto, el cualno deberá retroceder hasta tanto en la cámara no se alcance la presión máximadeterminada por la válvula de secuencia.

Recomendaciones para el montaje de válvulas auxiliares

• Al realizar el montaje, obsérvese cuidadosamente el símbolo que indica la funciónde la válvula, el sentido del flujo y la denominación de los orificios de conexionado.

• Verifique qué tipo de rosca tiene la válvula y utilice siempre los conectores adecuados.

• Al montar las cañerías, asegúrese que estén limpias en su interior, soplándolas si fuera posible antes de su vinculación definitiva.

• Si se utiliza cinta de teflón para sellar las uniones roscadas, asegúrese que noqueden restos dentro del tubo que puedan penetrar en el interior del elemento y alterar su buen funcionamiento.

• Tenga siempre en cuenta, que una válvula reguladora de caudal está diseñadapara restringir el flujo, pero no para bloquearlo totalmente. Por lo tanto, si estoúltimo fuera necesario como condición de aplicación, aconsejamos la instalaciónde una válvula especifica para tal fin.

Vacío

¿Qué entendemos por vacío?

Desde el punto de vista práctico, se llama vacío al campo de las presiones inferiores ala atmosférica. Es decir, a los espacios cuya densidad de aire y partículas es muy baja. El vacío se mide a partir del cero relativo (presión atmosférica) como una presiónnegativa. Como resulta obvio en esta escala el vacío máximo (vacío absoluto) consi-derando la presión atmosférica normal, no podrá ser mayor que –1.013 bar.

Intentaremos dar unos ejemplos simplificados de la presión más baja que la presiónatmosférica:

Un aspirador de limpieza no crea succión por sí mismo, sino que crea una presión másbaja que la atmosférica que le rodea. En consecuencia, el aire y el polvo son forzadospor la presión atmosférica que rodea al aspirador al entrar en su interior.

De la misma manera podemos describir el método de trabajo de una ventosa. Ésta nose adhiere por sí misma a una superficie, sino que es fijada por la mayor presión quela rodea.

Desde el punto de vista de las presiones absolutas, los valores resultarán siemprepositivos como si se tratase de cualquier otra presión y con valores comprendidosentre cero y la atmosférica.La deferencia de presiones entre el vacío y esta última, convenientemente aplicadasobre superficies, arrojará como resultante una fuerza, que sumada a la posibilidad dedesplazamiento, permite obtener trabajo utilizable en la automatización.

La técnica del vacío constituye una arma valiosísima en el campo de la automatiza-ción industrial, aplicable fundamentalmente a operaciones de transporte, manipuleo,embalaje y montaje de piezas mediante el uso de ventosas. El primer requerimientoque la aplicación de esta técnica plantea, es el de obtener de un modo sencillo y eco-nómico el “vacío”. Este puede lograrse mediante las clásicas bombas de vacío, en susdiferentes tipos, o por medio de generadores estáticos utilizando aire comprimidocomo fluido motor.

6 . 7

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Aplicaciones de vacío

Cuando un proceso de manipulación se automatiza, suele suceder que determinadaspiezas o productos deben ser seleccionados, elevados, sujetados, girados, posiciona-dos o fijados en su sitio exacto.Frecuentemente, como hemos visto en otros capítulos, estos movimientos se realizanmediante aire comprimido y las diferentes piezas a manipular se "cogen” con pinzasneumáticas, y con mucha frecuencia mediante la utilización del vacío y sus técnicas.Hasta a hora se utilizaban únicamente bombas de vacío accionadas por motor eléc-trico. Estas bombas tienen ciertos problemas de implantación en máquinas automáti-cas, en cuanto que:

• Complican el sistema al integrar un generador con piezas móviles, sometidas adesgaste y averías.

• Pueden generar ruido molesto.• Ocupan un volumen considerable.• Desprenden calor.

Sistemas usuales de bombas de vacío

Como se ha mencionado anteriormente, el vacío es generalmente creado por diferen-tes tipos de bombas entre las que se encuentran:

• Bombas de pistón• Bombas de tornillo• Bombas de paletas• Ventiladores• Turbinas• Eyectores• Multieyectores

Por su aplicación directa en automatismo neumáticos, en este manual sólo se descri-birán los dos últimos tipos.

Eyectores y bombas de vacío a Multieyector

En sistemas de automatismo neumático en los cuales hay una alimentación de airecomprimido, suele utilizarse los eyectores y bombas de vacío a multieyector, puestoque no precisan un sistema aparte de alimentación de energía, sino que producen elvacío a expensas del propio aire comprimido.Los eyectores son elementos estáticos de producción de vacío, en los cuales sólo elaire comprimido se mueve. Se basan en el Principio de Venturi.El control de producción o no-producción de vacío se efectúa por medio de un sim-ple distribuidor de mando neumático o eléctrico, con lo cual es perfectamente inte-grable a los sistemas neumáticos de automatismo que se vienen tratando a lo largode estos capítulos.

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6 . 7. 2

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Generadores de vacío

Operan basados en el Principio deVenturi y carecen, por lo tanto, de partesmóviles. El aire comprimido pasa por unatobera o difusor a gran velocidad, gene-rando de esta forma vacío en su secciónmas estrecha. Su funcionamiento puedeser gobernado simplemente interrumpiendo o habilitando la circulación de aire com-primido, a través del generador mediante una válvula 2/2; de este modo se podrágenerar vacío en el momento necesario de su aplicación, significando esto un ahorroconsiderable de energía frente al uso de las bombas.

Las versiones más elementales de estos generadores contienen esencialmente sólo eldispositivo Venturi para generar el vacío, debiéndose anexarles como periféricos la válvula2/2 de alimentación, un silenciador en el escape y otros accesorios, tales como vacuosta-tos para el encadenamiento de señales en caso de automatismos más complejos.

Las versiones más completas de estos equipos incluyen en una construcción com-pacta, además del sistema Venturi, una electroválvula 2/2 NC que gobierna la alimen-tación de aire comprimido y por lo tanto, la generación del vacío, un vacuostato queposibilita la obtención de una señal eléctrica cuando el vacío es alcanzado, un filtroen la línea de aspiración, silenciador de escape y a menudo también una electrovál-vula 2/2 de soplado para facilitar el desprendimiento de piezas livianas cuando se uti-licen ventosas de sujeción.

RECUERDE que...El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar porél un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramoscónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha, así, al colocar unmanómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de pre-sión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, sepuede introducir este combustible en la corriente principal.


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Ventosas

¿Qué son las ventosas?

Las ventosas son elementos directamente vinculados con el vacío y constituyen loque podríamos llamar las manos de esta técnica.

Se utilizan en:

• La automatización industrial como elementos de sujeción y transporte de piezas,en dispositivos de carga automática.

• En máquinas herramientas.• En máquinas envasadoras.• En transporte de chapas, vidrios o partes de carro-

cería en la industria automotriz, etc.

En general se emplean en muchas otras aplicaciones endonde el manipuleo resultaría muy dificultoso por otro sis-tema, debido a la geometría. La única condición quedeben satisfacer las piezas al ser tomadas, es que debenser ligeramente rígidas, de superficie lisa y no porosa.Las ventosas son generalmente fabricadas con elastó-meros sintéticos, inalterables frente a los agentesindustriales corrientes y en diferentes tamaños, satisfa-ciendo las necesidades de peso y dimensión de las dis-tintas piezas a manipularPara las piezas muy voluminosas, de forma irregular odemasiado pesadas, se puede recurrir al empleo devarias ventosas alimentadas desde un único generador,con la condición de que el conjunto opere en formasimultánea. De otra manera, si varias o una de las ven-tosas no operan con el conjunto, el vacío se perderá através de ellas, impidiendo la operación de las restantes.Con el objeto de amortiguar el contacto de la ventosacon las piezas a sujetar, mantener una presión constan-te contra las mismas, así como también compensarpequeñas diferencias en la altura de las piezas, se han desarrollado accesorios por-taventosas que permiten una puesta a punto óptima del sistema posibilitando unaregulación fina de la posición.

6 . 7. 2

La performance de estos equipos se evalúa mediante sus curvas características,como las que a título de ejemplo se muestran en la figura siguiente.

En los casos de sujeción con ventosas múltiples, estos accesorios garantizan un con-tacto uniforme de todas las piezas, compensando irregularidades o diferencias mecá-nicas del sistema. Se logra así una mayor seguridad operativa y una prolongada vidaútil de las ventosas.

Elementos de conexionado

El conexionado de los diversos constituyentes de un circuito neumático sea este sim-ple o complejo, reviste una particular importancia por cuanto incide directamentesobre el costo global de la instalación.Cuando decimos costo global, no estamos haciendo referencia exclusivamente alcosto de los componentes, sino que está considerando, inclusive, el de mano de obrapara el armado del equipo, el mantenimiento, la durabilidad y la seguridad operativa.

La elección más rentable no será entonces la más económica en el momento de lacompra, sino aquella que también contemple el resto de los costos involucradosdurante toda la vida útil de la instalación.

Racores o Conectores

Racores o Conectores: son los elementos que permiten vincular los tubos de con-ducción a los componentes neumáticos.

Un gran avance en el campo del conexionado lo constituyen los denominados conec-tores instantáneos, en los cuales la estanqueidad y el cierre se obtienen simplemen-te introduciendo y empujando con la mano el tubo dentro del conector.

Son aptos para presiones de hasta 18 bar (dependiendo del diámetro del tubo y latemperatura) y se suministran para diámetros de hasta 14mm.Por su extraordinaria concepción y facilidad de conexionado, la aplicación resultaideal en circuitos neumáticos complejos, en los cuales la tarea de conexión se venotablemente simplificada, o bien en circuitos que deban ser desconectados con cier-ta frecuencia, para satisfacer necesidades de puesta a punto, mantenimiento, reem-plazos, etc.

En la selección de conectores es importante tener en cuenta el concepto de pasajetotal de los mismos. El conector no debe representar un estrechamiento innecesariorespecto del tubo con que va conectado o el diámetro nominal del componente, de locontrario se produciría una disminución del caudal circulante.

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6 . 8 . 1

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Diámetro D (mm) Fuerza teórica a – 0,7bar (N)

8 1.9

15 7.7

30 2.7

40 27

55 109

75 207

100 407


< <

Roscas de conexión – Roscas cónicas – Roscas cilíndricas

En lo que a roscas de conexión se refiere, en el ámbito mundial coexisten en la actua-lidad varias tendencias: las roscas cónicas en los tipos BSPT (Withworth) ó NPT(americana) y las cilíndricas BSPP Gas y métricas (ISO 261 e ISO 6149), estas últi-mas poco difundidas en los diámetros mayores.

Para el uso de rosca cónica es imprescindible realizar el sellado de la unión en lasroscas mismas, debiéndose colocar sellador químico, cintas de teflón o pastas, con elriesgo de que algún fragmento pueda penetrar el interior de los componentes, alte-rando luego su funcionamiento. Toda vez que la unión sea desarmada debe reempla-zarse el sellador.

La posibilidad de orientar un conector acodado de rosca cónica, involucra el riesgo deque quede flojo, o en el peor de los casos con un excesivo ajuste, que puede llegar afisurar el cuerpo del componente.

Las ventajas de las roscas cilíndricas con guarnición de cierre frontal, la van imponien-do frente a la cónica pues se gana en rapidez y el montaje resulta más seguro y con-fiable. La guarnición de cierre (metálica o plástica) puede usarse reiteradas veces.

La orientación de conectores con rosca cilíndrica de tipo banjo es perfectamente rea-lizable sin perder estanqueidad y sin riesgo de fisurar el componente. Todos estos fac-tores compensan económicamente el costo levemente superior de los conectores,con rosca cilíndrica respecto a los de rosca cónica.

Seguidamente y a título de ejemplo se muestran las distintas variantes de conectoresque integran las diversas líneas comerciales, dejando claro que éstas pueden variarsegún los fabricantes.

Conectores instantáneos

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6 . 8 . 1 . 2

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Conectores universales 6 . 8 . 1 . 3


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<

Accesorios6 . 8 . 1 . 4


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Tubos de conexión

Para una elección correcta de las conducciones del aire comprimido en sistemas neu-máticos, es importante considerar los siguientes factores:

• Presión de trabajo.• Temperatura, tanto del aire como del ambiente.• Pulsaciones de la presión.• Pérdidas de carga.• Esfuerzos mecánicos y movilidad.• Características de agresividad química del ambiente.• Facilidad de montaje y recambio.• Compatibilidad con los conectores.• Costo comparativo.

Normalmente son disponibles dos tipos de conducciones:

• Rígidos • Flexibles

La elección de uno u otro dependerá del análisis de los factores anteriormente enun-ciados. A título orientativo diremos que:

• Las conducciones rígidas son mecánicamente más resistentes y duraderas,soportan altas temperaturas y en general condiciones de servicio más severas.No resultan adecuadas para vincular elementos con movilidad relativa por máspequeñas que sean y demandan una alta carga de mano de obra de montaje.Necesitan ser cortadas a longitud exacta, desbardar sus extremos y el curvadodebe hacerse con herramientas especiales. Son más difíciles de acomodar a los frecuentemente complejos recorridos de lasconducciones en las máquinas. No son compatibles con todos los tipos deconectores, en particular los instantáneos, lo que agrega horas de montaje, resul-tando en general de costo global más elevado.

• Las conducciones flexibles son menos resistentes, la presión de trabajo disminu-ye con la temperatura y el límite de ésta es más bajo que en las rígidas; tienenuna vida útil limitada en razón del envejecimiento natural del material, acentuadoen algunos casos por la temperatura. Pueden ser trabajadas rápidamente sin difi-cultades de curvado y formado y se adecuan bien a recorridos complejos. Soninsustituibles en el conexionado de elementos con movilidad, y compatibles conla gran mayoría de los conectores. Resisten bien los ambientes químicamenteagresivos en general y son de menor costo. La evaluación de ventajas y desven-tajas comparativas hacen que la tendencia actual en neumática esté orientadahacia el uso de tuberías flexibles.

Tanto las conducciones flexibles como rígidas, se encuentran normalizadas por distin-tos entes internacionales. Los tubos rígidos son disponibles en distintos materiales,siendo los más usuales aluminio, cobre y acero inoxidable. El de uso más difundidoes el cobre, reservándose el inoxidable para servicios pesados. El aluminio resultamecánicamente muy vulnerable.El campo de las tuberías flexibles es mucho más amplio con variantes de materialesy tipos. Seguidamente, detallaremos los más difundidos para uso neumático y suscaracterísticas de utilización.

6 . 8 . 2

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Tubos de polietileno

Son tubos de bajo costo, de medianas prestaciones, aptos para instalaciones económi-cas, fijas o móviles, donde no se cuestione la durabilidad y pueda trabajarse en condicio-nes de temperatura ambiente normal y presiones no muy elevadas. Poseen baja resisten-cia a presiones pulsantes y la temperatura acelera notablemente su envejecimiento.

6 . 8 . 2 . 1

6 . 8 . 2 . 2

6 . 8 . 2 . 3

Diam. Ext. Radio mínimo Presión de trabajo (bar)Del tubo de curvatura en frío (mm) (mm) 10 .... 35°C 36 ..... 50°C

4 40 10 6

6 45 10 5

8 65 9 4.5

10 75 9 4.5

12 80 8 4

16 85 8 4

Diam. Ext. Radio mínimo Presión de trabajo (bar)Del tubo de curvatura en frío (mm) (mm) -15 .... 30°C 31..... 50°C 51....70°C

4 10 10 7 5

6 15 10 7 5

8 20 9 6.5 4.5

10 25 9 6.5 4.5

12 35 8 6 4

Tubos de poliuretano

Son tubos de costo moderado, con buenas prestaciones y gran flexibilidad, aptos parainstalaciones fijas o móviles en donde la durabilidad deba considerarse. Se obtienenradios de curvatura pequeños, aún en frío.Se adaptan bien a cambios de dirección y tienen buena resistencia a condiciones depresión pulsante. Poseen un amplio rango de temperaturas de trabajo.

Tubos de poliamida

Es un tubo de excelentes prestaciones, de moderada flexibilidad y gran estabilidad en eltiempo. Posee buena resistencia al envejecimiento y a las acciones mecánicas, con unrango amplio de temperaturas de utilización. Se obtienen radios de curvatura más peque-ños que con los de polietileno, y son compatibles con la mayoría de los conectores.


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Tubos de teflón

Este tubo ofrece unas prestaciones óptimas de resistencia a los agentes agresivos ycorrosivos, así como a las temperaturas elevadas. Se caracteriza por tener una dure-za de 55° Shore D y soportar hasta 150 °C y 20 bar.

Las principales ventajas son:

• Excelente inercia química y resistencia a la temperatura.• Conformidad FDA (calidad alimenticia)• Muy buena resistencia a la abrasión.• Excelente resistencia a los U.V.

Tubos de teflón

Además de los ya vistos reguladores de caudal unidireccionales incorporados a unconector, conocidos como Reguladores Banjo, existen una serie de conectores simila-res que incluyen otras funciones neumáticas específicas, tales como reguladores depresión unidireccionales, válvulas de bloqueo piloteadas y células con función lógica quepermiten detectar el momento en que el cilindro se detiene al final de su recorrido.

Conectores con función

Conector regulador de presión unidireccional – Economizador

Este conector con función permite suministrar a las cámaras del actuador una presiónP2 reducida en un determinado valor respecto a la de alimentación P1 de la válvula.En ciertos cilindros destinados a prensar y a empujar, se debe a menudo limitar elesfuerzo ejercido para no dañar la pieza sobre la que actúa. En otros casos, lascarreras pasivas del actuador pueden ser realizadas con una presión reducida, yaque durante las mismas no es necesario realizar esfuerzo alguno. En todos loscasos la carrera opuesta no debe resultar afectada ni en fuerza ni en velocidad,razón por la cual su acción reguladora de presión es unidireccional, siendo libre elpasaje en sentido inverso. Al adecuar la presión en las cámaras del actuador a losvalores estrictamente necesarios para cada movimiento, se produce un ahorro deaire comprimido (energía sobrante)Los economizadores se instalan directamente sobre las bocas de utilización de lasválvulas o en las vías sobre las cuales se desea ejercer el control de la presión.La economía producida es proporcional a la diferencia de presiones P1 – P2. El usode estos economizadores correctamente implementados, puede significar ahorros deenergía del orden de 25 a 30%.

6 . 8 . 2 . 4

6 . 8 . 3

6 . 8 . 3 . 1

Diam. Ext. Radio mínimo Presión de trabajo (bar)Del tubo de curvatura en frío (mm) (mm) -15.... 35°C 31 ..... 50°C 51....70°C

4 30 18 15 12

6 35 18 15 11

8 55 14 11 8

10 70 14 11 8

12 75 14 11 8

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<

El carácter unidireccional de este conector permite que su instalación sea compati-ble con los reguladores de caudal uni o bidireccional y con las válvulas de escaperápido, logrando conseguir de esta forma la regulación de la velocidad.La regulación de la diferencia de presiones P1 – P2 deseable se efectúa medianteun tornillo superior que lleva asociada generalmente una escala de colores, existien-do una correspondencia entre color y regulación/ economía (P1 – P2)

Conector de bloqueo piloteadoConsiste básicamente en una válvula 2/2 normal cerrada (NC) de pilotaje neumáticoy reacción por resorte, incorporada a un conector de tipo “Banjo”.

Montados en dupla sobre las bocas de conexión de un cilindro neumático, aseguranel bloqueo del movimiento del actuador cerrando simultáneamente la alimentación yla descarga en el momento que le es eliminada la señal de pilotaje.


< <

Funcionamiento: Con el vástago en posición de reposo (retraído), la presión en lacámara delantera será P, en tanto en la cámara trasera será nula (P’ = 0) En estascondiciones el sensor a0 emite una señal, no así a1 por hallarse bajo presión (posi-ción 1 del diagrama de presiones)Al conmutar la válvula e iniciarse el movimiento del pistón, el estado de presiones enlas cámaras se invierte (posición 2 del diagrama)

La cámara trasera quedara sometida a la presión motriz Pm (ligeramente inferior a P),el sensor a= dejará de emitir señal por hallarse bajo presión. En la cámara delanteraactuará Pr >0. El sensor a1 sometido a la presión Pr > 0 tampoco emite señal.

Al completarse el recorrido el pistón sedetendrá (posición 3 del diagrama) Lapresión Pr en la cámara delantera dismi-nuirá hasta cero, cayendo por debajo delumbral de conmutación del sensor a1.Este emitirá en consecuencia la señal a1,tal como lo haría un fin de carrera conven-cional. El sensor a0 no emitirá señal pues-to que quedará sometido a la presión P.

El mismo análisis puede hacerse para la carrera de retorno hasta alcanzar la posiciónde partida. El umbral de conmutación se ubica en torno a los 0,5 bar. Debe quedarclaro que este sensor opera por presión y no por posición. Si el vástago fuera dete-nido accidentalmente en una posición intermedia de su carrera por una acción mecá-nica, el sensor a1 (o el a0 si fuera en la carrera de retorno) emitirán su señal tal comosi el vástago hubiese completado su recorrido normal. Esto no ocurriría en el caso desensores (fines de carrera) por posición, tales como los operados por mandos mecá-nicos, los magnéticos, inductivos, capacitivos, ópticos, etc.

Son compatibles con conectores de cualquier tipo incluyendo los banjos con regula-dor unidireccional y también con el resto de los conectores con función vistos.

Conector - sensor por ausencia de presión

Estos sensores, montados directamente sobre las bocas del cilindro, funcionan comodetectores de fin de carrera, relevando la anulación de la contrapresión de descargadel cilindro cuando el pistón se detiene al final de un recorrido. En estas condicionesemiten una señal neumática.

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MICRO110

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Al aparecer una señal neumática en la boca A(de presión suficiente para vencer al resorte opositor), el pistón se desplazará conmutandolos contactos eléctricos.

Presóstatos y vacuostatos

Los crecientes niveles de automatización que hoy experimenta la industria en sus dis-tintos ramos, sumado a la combinación de tecnologías que deben implementarse enlas diferentes aplicaciones, exigen cada día más de elementos conversores o trans-ductores de señal. Las electroválvulas neumáticas posibilitan la conversión de seña-les eléctricas en neumáticas. Para la conversión inversa, es decir, señales neumáticasen eléctricas, son disponibles los denominados presóstatos.Constan esencialmente de un pequeño pistón neumático o un diagrama, al cual se leopone un resorte. El vástago del pistón opera un conjunto de contactos eléctricos. Unesquema simplificado se muestra en la figura:

En los presóstatos denominados de rango fijo el resorte es calibrado para cada rango.Los presóstatos con rango regulable poseen tornillos de ajuste que posibilitan modi-ficar a voluntad la precarga del resorte, y en consecuencia la presión a la cual seránconmutados los contactos. Normalmente se suministran con uno, dos o más contac-tos de cierre (normales abiertos) y otros tantos de apertura (normales cerrados) Debido a la histéresis de los mecanismos internos la presión de disparo (NET) esdiferente a la de rearme (Reset)

Los equipos más completos permiten regular en forma independiente mediante tor-nillos y resortes los valores de seteo y reseteo de contactos, ampliando o disminuyen-do la histéresis.Para conmutación de contactos eléctricos a presiones negativas (inferiores a laatmosférica) son disponibles equipos de similares condiciones operativas denomina-dos vacuostatos.


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6 . 8 . 5

Con el objeto de atenuar el nivel de ruido de las instalaciones neumáticas, han sidodesarrollados los silenciadores de escape. Los mismos introducen un pasaje laberín-tico en el aire de descarga, atenuando por choque la onda expansiva en forma gra-dual, de modo que el nivel de ruido resulte reducido.Son en general diseñados para una mínima pérdida de carga, tratando de que suinclusión no modifique en manera apreciable las características del sistema. Suelenconstruirse en materiales sinterizados como bronce o inoxidable y también los ínte-gramente plásticos, siendo estos últimos más económicos.Además de atenuar el ruido, los silenciadores evitan el ingreso de polvo o partículasa la válvula, a través de sus escapes. Esto es particularmente importante considerar-lo en industrias con alta contaminación ambiental; tales como acerías, fundiciones,canteras, molinos harineros, y cementeras.

RECUERDE que...

Periódicamente, debe efectuarse la limpieza de los silenciadores dado que sus pasa-jes pueden ir obturándose progresivamente con el uso, aumentando la pérdida decarga hasta llegar a reducir la velocidad de los actuadores. En ambientes industrialescon alta concentración de polvo se debe aumentar la frecuencia de limpieza o reem-plazarlos periódicamente.

Silenciadores

Bien conocida es la importancia del control de los ruidos industriales, para la genera-ción de ambientes de trabajo sanos y confortables. Los escapes de los sistemas neu-máticos suelen ser particularmente ruidosos, sobre todo cuando se trata de actuado-res de grandes dimensiones, o cuando el número de bocas de escape es elevado enrazón de la complejidad de la máquina. El ruido es motivado por la violenta expansión que ocurre en las bocas de escape delas válvulas, al despresurizarse las cámaras de los actuadores.

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Válvulas neumáticas Introduccións09e85a3b31fd5e07.jimcontent.com/download/version/1413593670/… · 69 Válvulas neumáticas Introducción Genéricamente, se denomina válvula