Neumática industrial con festo

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CD. MENDOZA, VER.

PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL

DE LA CARRERA:

INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA

TITULO DEL TEMA:

AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA INDUSTRIAL PRÁCTICA CON

EQUIPO FESTO

MODALIDAD:

MONOGRAFÍA

NOMBRE DE LOS ALUMNOS:

ÁNGEL SÁNCHEZ GONZÁLEZ

HERIBERTO DELGADO GÓMEZ

JOSÉ MIGUEL LÓPEZ BENÍTEZ

AUTOMATIZACION NEUMATICA INDUSTRIAL PRACTICA CON EQUIPO FESTO

AGRADECIMIENTO: ÁNGEL SÁNCHEZ GONZÁLEZ.

A DIOS.

Por darme la fuerza y el coraje durante y al termino de esta etapa de mi vida. Por

permitirme concluirla rodeado de toda mi familia y permitirme vivir junto a ellos

este maravilloso momento gracias DIOS.

A MIS PADRES.

Ya que gracias a ellos todo esto es posible. Mi madre que con su infinito amor y

comprensión me ah apoyado en cada momento, con su sacrifio y bondad me ah

demostrado que todo puede ser alcanzado, gracias por amarme, estar conmigo

durante todo este camino y aconsejarme en los momentos difíciles, no dejarme

caer y siempre darme fortaleza. Mi padre que me ah demostrado que con

perseverancia y dedicación se pueden lograr grandes cosas a pesar de todos los

obstáculos que se presenten, gracias a su ejemplo me motiva a seguir

superándome y tener el éxito que él tiene. Gracias a ambos porque por ustedes

soy un hombre de bien con ganas seguir logrando metas y superándome los amo

gracias por apoyarme en todo momento.

A MIS HERMANOS.

Por apoyarme y darme consejos en los momentos difíciles porque con sus logros

me motivaron aun mas a alcanzar esta meta gracias por apoyarme en todo

momento e impulsarme a seguir adelante.

A MI NOVIA.

Por su amor y comprensión incondicional en esta etapa final, por darme consejos

en los momentos difíciles y no dejarme caer, porque con su cariño y paciencia me

motivo aun mas a alcanzar esta meta. Por mantenerme centrado y apoyarme sin

miramientos por contribuir a hacerme una mejor persona.


Agradecimiento: HERIBERTO DELGADO GOMEZ

A DIOS: gracias por permitirme llegar a esta etapa y permitir estar con vida por

darme una familia hermosa que a pesar de las adversidades hemos salido

adelante unidos como familia gracias dios por todo lo maravilloso que me has

dado.

A mi abuela: Esperanza Rodríguez Castillo gracias a tu lucha y esfuerzo se ha

logrado este objetivo tú eres la pieza importante en mi vida eres como una madre

para mí. Gracias por todo tu cariño y amor

A mi padre: gracias por todo tu apoyo de todo corazón te agradezco sé que no te

fue fácil finalmente se cumplió el objetivo que nos propusimos tú y yo.

Gracias por todos los consejos que me has dado y por el buen ejemplo que me

has dado a seguir como padre.

A mi madre: gracias por todo tu cariño y amor que me diste, tal vez fue poco

tiempo que convivimos pero fue hermoso, le doy gracias a dios el haberme dado

una madre como tú aun que ya no estás conmigo te llevo en mi corazón dios te

tenga en su santa gloria mama ahora puedo decirte que tu esfuerzo valió la pena.

A mis hermanos: gracias por todo su apoyo, gracias por confiar en mí, me siento

orgulloso el tener unos hermanos como ustedes gracias por permanecer unidos a

pesar de todas las adversidades. El camino no fue fácil pero les puedo decir que

unidos como familia podemos llegar muy lejos Dios los bendiga y proteja.

A mi novia: gracias por estar conmigo en los buenos y en los malos momentos,

gracias por confiar en mi gracias por todo tu amor, cariño y comprensión gracias

por formar parte de mi vida.

A mi amigo: Jesús arenas Pérez gracias por tu amistad y apoyo para que no me

desanimara te lo agradezco de todo corazón eres como mi hermano aun que la

vida nos lleve por diferentes caminos siempre te recordare como un gran amigo.


AGRADECIMIENTO; JOSÉ MIGUEL LÓPEZ BENITEZ.

Agradezco principalmente a dios puesto que el me brinda sabiduría, amor,

paciencia, y valores que me fortalecen como persona.

De igual manera agradezco a mis padres, hermano y novia, puesto que me

brindaron apoyo y fortaleza, en el desarrollo y transcurso de mis estudios,

ayudándome a concluirlos satisfactoriamente.

También agradezco a los ingenieros involucrados en este proyecto de titulación,

por brindarme su apoyo durante la realización de este trabajo.


ÍNDICE

INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................. 1

CAPITULO I .......................................................................................................................................... 3

INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA. ..................................................................... 3

1.1 HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION NEUMÁTICA ..................................................................... 3

1.2 AUTOMATIZACIÓN. ................................................................................................................... 4

1. 3 CONCEPTOS BASICOS DE LA NEUMATICA ................................................................................ 5

1.3.1 Neumática. ......................................................................................................................... 5

1.3.2 Automatización neumática. ............................................................................................... 5

1.3.3 Neumática industrial .......................................................................................................... 5

1.3.4 aplicación de la neumática. ................................................................................................ 6

1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA. ....................................................................... 7

1.5 MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE MEDIDA. ...................................................................... 8

1.6 LEY DE NEWTON. ..................................................................................................................... 11

1.7. LEY DE BOYLE MARIOTTE. ...................................................................................................... 13

1.8 PRIMERA LEY DE GAY – LUSSAC. ............................................................................................. 14

1.8.1 Segunda Ley de Gay – Lussac. .......................................................................................... 15

1.9 LEY GENERAL DE LOS GASES. .................................................................................................. 15

1.10 GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO ..................................................... 16

1.10.1 Propiedades del aire. ...................................................................................................... 16

1.10.2 Preparación del aire comprimido. .................................................................................. 16

1.11 GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO. ...................................................... 18

1.11.1 Compresor de Embolo. ................................................................................................... 18

1.11.2 Compresor de Doble embolo. ........................................................................................ 19

1.11.3 Compresor de Membrana. ............................................................................................. 20

1.11.4 Compresor Radial. .......................................................................................................... 20

1.11.5 Compresor axial.............................................................................................................. 21

1.11.6 Compresor Rotativo Multicelular. .................................................................................. 21

1.11.7 Compresor de Hélices Bicelular...................................................................................... 22

1.11.8 Compresor de Roots. ...................................................................................................... 22


1.11.9 Grafica de Eficiencia de los Diferentes Tipos de Compresores ...................................... 23

1.11.10 Acumulador. ................................................................................................................. 24

1.11.11 Secador. ........................................................................................................................ 24

1.11.12 Secadores por Enfriamiento. ........................................................................................ 25

1.11.13 Secador por absorción. ................................................................................................ 26

1.11.14 Secadores por Adsorción.............................................................................................. 26

1.11.15 La Red de Aire Comprimido.......................................................................................... 28

1.11.16 Tipos de Redes Neumáticas. ........................................................................................ 28

1.11.17 Elementos Indispensables para la Distribución. .......................................................... 30

CAPÍTULO II. ...................................................................................................................................... 35

EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA NEUMÁTICA. ......................................................... 35

2.1 ELEMENTOS DE TRABAJO NEUMÁTICOS. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

....................................................................................................................................................... 35

2.2 ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES. CILINDROS NEUMÁTICOS. ........................................ 36

2.2.1 Cilindro de simple efecto ................................................................................................. 37

2.2.2 Cilindro de doble efecto ................................................................................................... 39

2.2.3 Cilindros sin vástago ......................................................................................................... 42

2.2.4 Cilindro tándem ................................................................................................................ 43

2.2.5 Cilindro de doble vástago ................................................................................................. 44

2.3 ACTUADORES GIRATORIOS ..................................................................................................... 45

2.3.1 Actuador de giro de paleta ............................................................................................... 46

2.3.2 Actuador de giro cremallera - piñón ................................................................................ 47

2.3.3 Motores de paletas. ......................................................................................................... 48

2.4 ELEMENTOS DE MANDO O DE CONTROL. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

....................................................................................................................................................... 49

2.4.1 Válvulas de vías o distribuidoras ...................................................................................... 49

2.4.1.1 Válvulas de 2/2 vías ....................................................................................................... 51

2.4.1.2 Válvula de tres vías ........................................................................................................ 51

2.4.1.3 Válvula de cuatro vías ................................................................................................... 52

2.4.1.4 Válvula de cinco vías ..................................................................................................... 52

2.4.2 Nomenclatura de válvulas de vías .................................................................................... 53


2.4.3 Accionamiento de las válvulas ......................................................................................... 56

2.4.3.1 Accionamiento por fuerza muscular ............................................................................. 57

2.4.3.2 Accionamiento mecánico .............................................................................................. 58

2.4.3.3 Accionamiento neumático o por aire comprimido ....................................................... 58

2.4.3.4 Accionamiento eléctrico................................................................................................ 59

2.4.3.5 Accionamiento combinado ........................................................................................... 60

2.4.4 Activación directa de cilindros ......................................................................................... 61

2.4.4.1 Accionamiento de un cilindro de simple efecto ............................................................ 61

2.4.4.2 Accionamiento de un cilindro de doble efecto ............................................................. 62

2.4.5 Características constructivas de las válvulas distribuidoras ............................................ 63

2.4.6 Válvulas de asiento ........................................................................................................... 63

2.4.6.1 Válvula de 3/2 vías con asiento de bola ...................................................................... 634

2.4.6.2 Válvula de 3/2 vías; cerrada en reposo con asiento plano ......................................... 635

2.4.6.3 Válvula de 3/2 vías; abierta en reposo con asiento plano .......................................... 636

2.4.6.4 Válvula de 4/2 vías; con asiento plano ........................................................................ 637

2.4.6.5 Válvula de impulsos 5/2 vías; asiento de plato suspendido ....................................... 638

2.4.6.6 Servopilotaje ............................................................................................................... 639

2.4.6.7 Válvula distribuidora 3/2, sevopilotada de accionamiento por palanca con rodillo .... 70

2.4.7 Válvula de corredera ........................................................................................................ 71

2.4.7.1 Válvula de 5/2 vías biestable de memoria o impulsos .................................................. 72

2.4.7.2 Válvula de 5/3 vías (centro cerrado) ............................................................................. 73

2.5 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO ............................................................... 74

2.6 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA COMBINATORIA. FUNCIONES

LÓGICAS. ........................................................................................................................................ 75

2.6.1 Función identidad: “SI” o igualdad lógica. ....................................................................... 76

2.6.2 Función negación: “NO” (Inversión o complemento). ..................................................... 77

2.6.3 Función conjunción: “Y” / “AND” ..................................................................................... 78

2.6.4 Función disyunción: “O” / “OR” ....................................................................................... 80

2.6.5 Función OR - Exclusiva (XOR) ........................................................................................... 82

2.7 VÁLVULAS DE CIERRE, DE CAUDAL Y DE PRESIÓN. SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y

APLICACIONES. .............................................................................................................................. 83


2.7.1 Válvulas de cierre ............................................................................................................. 84

2.7.1.1 Válvulas de antirretorno ............................................................................................... 84

2.7.1.2 Válvulas de llave ............................................................................................................ 85

2.7.2 Válvulas de caudal ............................................................................................................ 86

2.7.2.1 Válvula estranguladora ................................................................................................. 86

2.7.2.2 Elementos de mando. Válvula reguladora de caudal (unidireccional) ......................... 87

2.7.2.3 Válvula de escape rápido .............................................................................................. 88

2.7.2.4 Válvulas combinadas ..................................................................................................... 90

2.7.2.4.1 Válvula temporizadora ............................................................................................... 90

2.7.3 Válvula de presión ............................................................................................................ 91

2.7.3.1 Válvulas reguladoras de presión ................................................................................... 92

2.7.3.2 Válvula limitadora de presión ....................................................................................... 92

2.7.3.3 Válvula de secuencia ..................................................................................................... 92

2.8 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA SECUENCIAL. ......................... 95

2.9 NORMA DE LA NEUMÁTICA: NORMA DIN ISO 1219. .............................................................. 96

CAPITULO III ...................................................................................................................................... 99

PROBLEMAS DE APLICACIÓN REALES DE AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA. ..................................... 99

CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 108

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................. 110


INDICE DE IMÁGENES Y FIGURAS

CAPITULO I ............................................................................................................ 3

Tabla 1.1 Unidades fundamentales. ........................................................................ 8

Tabla 1.2 Unidades derivadas ................................................................................. 9

Figura 1.2 Comportamiento de presión ................................................................. 10

Figura 1.3 F= P*A .................................................................................................. 11

Figura 1.4 P= F/A .................................................................................................. 12

Figura 1.5 A un área mayor menor presión y a un área menor mayor presión. .... 13

Figura 1.6 Representación de flujo de aire. ........................................................... 13

Figura 1.7 Comportamiento de la presión respecto al volumen en el cual se ejerce.

.............................................................................................................................. 14

Figura 1.8 Comportamiento de la temperatura respecto al volumen. .................... 14

Figura 1.9 Volumen constante. .............................................................................. 15

Figura 1.10 Diagrama de compresores. ................................................................ 18

Figura 1.11 Compresor de embolo. ....................................................................... 19

Figura 1.12 Compresor de doble embolo. ............................................................. 19

Figura 1.13 Compresor de membrana. ................................................................. 20

Figura 1.14 Compresor radial. ............................................................................... 20

Figura 1.15 Compresor axial. ................................................................................ 21

Figura 1.16 Compresor rotativo multicelular. ......................................................... 21

Figura 1.17 Compresor de hélices bicelular. ......................................................... 22

Figura 1.18 Compresor de roots. ........................................................................... 22

Figura 1.19 Tabla de compresores. ....................................................................... 23

Figura 1.20 Símbolo del acumulador. .................................................................... 24

Figura 1.21 Símbolo del secador. .......................................................................... 25

Figura 1.22 Secador por enfriamiento. .................................................................. 25


Figura 1.23 Secador por absorción. ...................................................................... 26

Figura 1.24 Secador por adsorción. ...................................................................... 27

Figura 1.25 Distribución del aire ............................................................................ 27

Figura 1.26 Desnivel en la red............................................................................... 28

Figura 1.27 Red lineal ........................................................................................... 29

Figura 1.28 Red anular .......................................................................................... 29

Figura 1.29 Red múltiple o de rejilla. ..................................................................... 30

Figura 1.30 Unidad de mantenimiento. ................................................................. 30

Figura 1.31 Filtro de aire ....................................................................................... 31

Figura 1.32 Purga manual y automática. ............................................................... 32

Figura 1.33 Regulador de presión. ........................................................................ 32

Figura 1.34 Lubricador. ......................................................................................... 33

Figura 1.35 Lubricador de cámara de goteo y válvula de escape ......................... 33

Figura 1.36 Unidad de mantenimiento. ................................................................. 34

Figura 1.37 Unidad de mantenimiento con y sin lubricador. .................................. 34

CAPITULO II ......................................................................................................... 35

Figura 2.1 Actuadores linéales. ............................................................................. 35

Figura 2.2 Actuadores giratorios ........................................................................... 35

Tabla 2.1 Nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores. ........................ 37

Figura 2.3 Cilindro de simple efecto y símbolo ...................................................... 38

Figura 2.4 En estado de reposo ............................................................................ 38

Figura 2.5 En estado activado ............................................................................... 38

Figura 2.6 Partes internas de un cilindro de simple efecto. ................................... 39

Figura 2.7 Cilindro de doble efecto y símbolo. ...................................................... 40

Figura 2.8 En estado de reposo. ........................................................................... 40

Figura 2.9 En estado activo. .................................................................................. 40

Figura 2.10 Partes internas de un cilindro de doble efecto. .................................. 41

Figura 2.11 Cilindro de doble efecto sin amortiguamiento .................................... 41

Figura 2.12 Cilindro de doble efecto con amortiguamiento. .................................. 42

Figura 2.13 Cilindro sin vástago y símbolo norma DIN 1219 ............................... 42


Figura 2.14 Cilindro tándem y símbolo norma DIN 1219. ...................................... 44

Figura 2.15 Cilindro de doble vástago y símbolo Norma DIN 1219. ...................... 45

Figura 2.16 Actuador giratorio de paleta y símbolo norma DIN 1219. ................... 46

Figura 2.17 Actuador giratorio (cremallera y piñón) y símbolo norma DIN 1219. .. 47

Figura 2.18 Corte seccionado. .............................................................................. 47

Figura 2.19 Rotor de un motor de paleta ............................................................... 49

Figura 2.20 Esquema de una válvula de dos vías dos posicione. ......................... 51

Figura 2.21 Esquema de una válvula de tres vías dos posiciones ........................ 52

Figura 2.22 Esquema de una válvula de cuatro vías dos posiciones. ................... 52

Figura 2.23 Esquema de una válvula de 5 vías, 2 posiciones ............................... 53

Figura 2.24 Rectángula que representa la válvula. ............................................... 53

Figura 2.25 Posiciones de válvula de vías. ........................................................... 54

Figura 2.26 Tipos de vías de una válvula .............................................................. 54

Figura 2.27 Entrada y escape de aire. .................................................................. 54

Figura 2.28 Posición de reposo de una válvula de vías. ....................................... 55

Figura 2.29 Conexiones de la válvula de vías. ...................................................... 55

Tabla 2.2 Nomenclatura de conexiones. ............................................................... 56

Figura 2.30 Ejemplo de la fórmula. ........................................................................ 56

Figura 2.31 Tipos de accionamiento por fuerza muscular. .................................... 57

Figura 2.32 Tipos de accionamientos mecánicos. ................................................. 58

Figura 2.33 Tipos de accionamiento neumáticos .................................................. 59

Figura 2.34 Tipos de accionamiento eléctrico. ...................................................... 60

Figura 2.35 Accionamiento combinado. ................................................................ 60

Figura 2.36 Ejemplos de la formula completa. ...................................................... 60

Figura 2.37 Activación de un cilindro de simple efecto. ......................................... 61

Figura 2.38 Activación de un cilindro de simple efecto .......................................... 62

Figura 2.39 Válvula de 3/2 vías con asiento de bola. ............................................ 64

Figura 2.40 Válvula de 3/2 vías cerrada en reposo con asiento plano. ................. 65

Figura 2.41 Válvula de 3/2 vías abierta en reposo con asiento plano. .................. 66

Figura 2.42 Válvula de 4/2 vías. ............................................................................ 67


Figura 2.43 Válvula de impulsos de 5/2 vías, asiento de plato suspendido. ......... 69

Figura 2.44 Funcionamiento del servopilotaje. ...................................................... 70

Figura 2.45 Válvula de 3/2 vías con servopilotaje. ................................................ 71

Figura 2.46 Válvula de impulsos biestable de 5/2 vías. ......................................... 73

Figura 2.47 Válvula biestable de 3/5 vías. ............................................................. 74

Figura 2.48 Estructura básica de un sistema neumático. ...................................... 75

Tabla 2.3 Función de identidad: "SI" o igualdad lógica. ........................................ 76

Figura 2.49 Estado inactivo ................................................................................... 77

Figura 2.50 Estado activo ...................................................................................... 77

Tabla 2.4 Función negación .................................................................................. 77



Tabla 2.5 Función AND. ........................................................................................ 79




Tabla 2.6 Función OR. .......................................................................................... 81

Figura 2.57 Pistón inactivo .................................................................................... 81

Figura 2.58 Pistón activo ....................................................................................... 81



Tabla 2.7 Función OR-Exclusiva (XOR). ............................................................... 83

Figura 2.61 Válvula real, y símbolo ....................................................................... 85

Figura 2.62 Corte seccionado. .............................................................................. 85

Figura 2.63 Válvula de llave y Símbolo. ................................................................ 86

Figura 2.64 Válvula real, corte seccionado y su respectivo símbolo. .................... 87

Figura 2.65 Regulador de caudal unidireccional y su símbolo. ............................. 87

Figura 2.66 Corte seccionado de una válvula unidireccional. ............................... 88

Figura 2.67 Válvula de escape rápido y símbolo ................................................... 89

Figura 2.68 Corte seccionado, válvula de escape. ................................................ 89


Figura 2.69 Válvula temporizadora real y símbolo ................................................ 90

Figura 2.70 Corte secccionado .............................................................................. 91

Figura 2.71 Válvula reguladora de presión. ........................................................... 92

Figura 2.72 Corte seccionado de un regulador de presión con orificio de escape. 93

Figura 2.73 Válvula de secuencia y símbolo ........................................................ 94

Figura 2.74 Corte seccionado de la válvula de secuencia. ................................... 95

Tabla 2.8 Nomenclatura de las normas. ................................................................ 98

CAPITULO III ........................................................................................................ 99

Figura 3.1 Banda de cartones ............................................................................. 100

Figura 3.2 Croquis de situación. .......................................................................... 102

Figura 3.3 Diagrama de movimiento ó de espacio-fase. ..................................... 102

Figura 3.4 Solución mediante el software FluidSim-P ......................................... 103

Figura 3.5 Croquis de situación ........................................................................... 105

Figura 3.6 Diagrama espacio fase ....................................................................... 106

Figura 3.7 Solución mediante el software FluidSim-P. ........................................ 106


Página 1

INTRODUCCIÓN.

Dentro del campo de la producción industrial, la neumática tiene una aplicación

creciente en las más variadas funciones. No solo entra a formar parte en la

construcción de máquinas, si no que va desde el uso doméstico hasta la utilización

en la técnica de investigación nuclear, pasando por la producción industrial.

En si las aplicaciones de la neumática en la industria son cada vez más

numerosas. Pues es una tecnología que al servicio del hombre permite controlar o

automatizar procesos industriales como: alimentación, ensamblaje y manipulación,

sistemas robotizados o industrias de procesos continuos, son automatizados, en

gran parte neumáticamente.

La extensión de la automatización de forma sencilla en cuanto a mecanismo y

además bajo costo, se ha logrado utilizando técnicas relacionadas con la

neumática, la cual se basa en la utilización del aire comprimido, y es empleada en

la mayor parte de las maquinas modernas.

A través de componentes neumáticos, la automatización industrial, es una de las

soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la

industria. Hoy por hoy la necesidad de automatizar la producción no afecta

únicamente a las grandes empresas, sino que también a la pequeña industria.

El objetivo principal de la automatización es aumentar la competitividad de la

industria por lo que requiere la utilización de nuevas tecnologías, por tal motivo,

cada vez es más necesario que toda persona relacionada con la producción

industrial tenga conocimiento de estas.

Actualmente, el mercado ofrece una gran variedad de componentes neumáticos

adaptados a cualquier aplicación. Estos componentes neumáticos están

prácticamente involucrados en todo proceso industrial de producción.


Página 2

Este trabajo presentará conceptos básicos de automatización neumática industrial,

se describirá su importancia y pertinencia en el sector industrial. Además se

detallarán los componentes básicos que conforman a los sistemas de

automatización neumática y se desarrollarán ejemplos de aplicación que son útiles

y de uso frecuente en el sector industrial, aplicando las metodologías vigentes

empleadas por la empresa de automatización Festo Neumatics. Por último, se

demostrarán las ventajas en la utilización del software FluidSim-P para la

elaboración y simulación de los sistemas de automatización diseñados

previamente, para la reducción de tiempos de diseño y la puesta a punto de tales

sistemas.

En los próximos capítulos, presentamos de forma práctica y general la aplicación

de la neumática en la automatización industrial, simbología básica normalizada de

la neumática, equipos e instrumentos utilizados para esta, así como ejemplos de

aplicación práctica en la industria de circuitos neumáticos reales para facilitar al

lector su introducción en el campo de la Neumática.

El objetivo principal de este trabajo es describir los componentes básicos que

conforman un sistema neumático industrial y presentar ejemplos de aplicación de

uso frecuente en dicho sector para demostrar su importancia y servir como fuente

de consulta básica para los estudiantes de la Facultad.

La justificación de este trabajo es motivada por la necesidad de complementar los

conocimientos sobre automatización neumática industrial que se adquieren

durante el curso de la carrera. En la región existe una gran cantidad de empresas

que poseen sistemas de automatización neumática que utilizan entre sus

componentes equipo de la empresa FESTO y por ello es muy importante que los

egresados de la carrera de Ingeniería Mecánica Eléctrica e Ingeniería Industrial

estén familiarizados con su uso. Esta monografía presentará las metodologías

básicas para la creación de sistemas de automatización con ejemplos de

aplicación en la industria.


Página 3

CAPITULO I

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN A LA AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA.

1.1 HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION NEUMÁTICA.

La automatización puede ser considerada como el paso más importante del

proceso de evolución de la industria en el siglo XX, al permitir la eliminación total o

parcial de la intervención humana. (1) (pág. 7)

Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma

que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con

sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron

capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento,

mareas, o un flujo de agua por energía humana.

Según su actual definición, la neumática es una técnica moderna, pero según su

concepción original es una de las formas de energía más antiguas de entre las

conocidas por el hombre. Existen manuscritos del siglo I de nuestra era donde se

describen mecanismos accionados por aire caliente en el transcurso de los siglos

siguientes fueron diseñados dispositivos generalmente con fines bélicos. La

neumática moderna con sus grandes posibilidades, se inicia en Europa a partir de

la mitad del siglo XX debido a la acuciante necesidad de una automatización

racional del trabajo. Desde entonces la neumática ha ido evolucionando, y lo

seguirá haciendo según las necesidades de la industria, ofreciendo en la

actualidad una extensa gama de productos.

En la industrialización, la automatización es el siguiente paso, después de la

mecanización. La mecanización le provee al operador humano con la maquinaria

necesaria para hacer trabajos que requieren esfuerzo muscular, la automatización

disminuye de gran manera la necesidad de que un humano atienda


Página 4

constantemente la maquinaria. La automatización se vuelve cada vez más

importante en la economía mundial y la experiencia diaria.

1.2 AUTOMATIZACIÓN.

El diccionario de la Real Academia Española define a la Automatización como:

“La disciplina que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la

sustitución del operador humano por un operador artificial en la ejecución de una

tarea física o mental proveniente programada”. (9) (Pág.8)

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción,

realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos

tecnológicos.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

Parte de Mando.

Parte Operativa.

La Parte Operativa; es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los

elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.

Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las

máquinas como motores, cilindros, compresores y finales de carrera etc.

La Parte de Mando; suele ser un autómata programable (tecnología programada),

aunque hasta hace poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas

electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema

de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del

sistema.

Dentro de la automatización tenemos como objetivos principales:

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la

producción y mejorando la calidad de la misma.

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos

riesgosos e incrementando la seguridad.


Página 5

Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

Mejorar la disponibilidad de los productos, logrando proveer las cantidades

necesarias en el momento preciso.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes

conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

1. 3 CONCEPTOS BASICOS DE LA NEUMATICA

1.3.1 Neumática.

La neumática se define como la utilización de aire comprimido como medio de

trabajo en la industria, o como la generación, preparación, distribución y utilización

del aire comprimido para realizar un trabajo y con ello controlar un proceso. (2)

(Pág.7)

1.3.2 Automatización neumática.

La automatización neumática se realiza usando las propiedades del aire

comprimido. Las señales deben traducirse a ausencia o presencia de presión

neumática. El tratamiento de las señales de salidas son, generalmente, posiciones

de cilindros neumáticos o componentes neumáticos, y así ser una de las

soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la

industria.

1.3.3 Neumática industrial.

La neumática industrial entonces, consta del flujo y la presión de gases en

sistemas de potencia fluida, es decir, transmisión de potencia mediante aire

comprimido o gases.

Desde el punto de vista tecnológico, La neumática en la industria es la tecnología

que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria

para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por

tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá


Página 6

la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases

ideales. (10) (Pág.3)

1.3.4 aplicación de la neumática.

Numerosos procesos de fabricación no serían posibles sin la neumática, ya que

ésta se encuentra presente en sectores industriales automotriz, electrónica,

manipulación, procesos, alimenticias etc.

En la figura 1.1 se observan los diferentes procesos de fabricación en la industria

de la neumática.

Figura ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.

A continuación se presenta una lista de diferentes aplicaciones de la neumática

en la industria, dependiendo al tipo de proceso en el cual se utilizara:

Técnicas de Fabricación:

Dentro de esta técnica de fabricación las aplicaciones más comunes son: perforar,

tornear, fresar, cortar, acabar, deformar, controlar.


Página 7

Técnicas de procesos:

Dentro de esta técnica de procesos las aplicaciones más comunes son: llenar,

dosificar, bloquear, accionar ejes, abrir y cerrar puertas.

Técnicas de manipulación:

Dentro de esta técnica de manipulación las aplicaciones más comunes son:

desplazamiento, sujeción de piezas, posicionamiento, orientación, embalaje. Girar

piezas, prensar, separar piezas, estampar, deformar, cortar materiales, transportar

materiales. (2) (Pág. 14-15)

1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA.

Ventajas de la neumática.

A primera vista puede sorprender que el uso de la neumática se allá extendido de

forma tan intensa y rápida en un espacio de tiempo tan corto. Esto se debe a sus

ventajas:

Cantidad.

Transporte.

Acumulación / almacenamiento.

Temperatura.

Seguridad.

Desventajas de la neumática.

Para poder delimitar exactamente los campos de aplicación de la neumática, es

necesario indicar no solamente las ventajas, sino también los inconvenientes del

aire comprimido, los cuales son:

Costos.

Preparación / Acondicionamiento.

Compresión.

Limpieza

Construcción / Composición.

Velocidad.

Resistencia sobre cargas


Página 8

Fuerza

Escape. (2) (Pág. 16-17)

1.5 MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE MEDIDA.

Para facilitar el entendimiento de las leyes físicas se incluye a continuación una

lista de las magnitudes físicas. Los datos corresponden al “sistema internacional

de unidades” (SI).

En la tabla 1.1 se muestran las unidades fundamentales, para comprender mejor

el comportamiento del aire a presión.

Unidades fundamentales.

MAGNITUD DIMENSION NOMBRE Y SIMBOLO

Longitud I Metro (m)

Masa M Kilogramo (kg)

Tiempo T Segundo (s)

Temperatura T Kelvin (K, 0°C=273,15 K)

Tabla 1.1 Unidades fundamentales.


Página 9

En La tabla 1.2 se muestran las unidades derivadas.

Unidades derivadas.

MAGNITUD DIMENSION NOMBRE Y SIMBOLO

Fuerza F Newton (N), 1 N = 1 kg • m/s2

Superficie A Metro cuadrado (m2)

Volumen V Metro cubico (m3)

Caudal Q (m3/s)

Presión P Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2,

1 bar = 105 Pa.

Tabla 1.2 Unidades derivadas

El Sistema Internacional de Unidades ha establecido al kilogramo (Kg) como

unidad de masa, en sentido general, se designa a la masa como peso. Por

ejemplo: Una pieza de acero de 1Kg de peso, tiene una masa de 1Kg.

Como resultado de tener una unidad de masa, tenemos por motivos físicos una

unidad de Fuerza. El físico inglés Isaac Newton que descubrió la siguiente ley

natural: (Fuerza = Masa por Aceleración).

amF

La unidad de fuerza que resulta de la ley anterior es el Newton (N) que es:

2s

m1Kg1N

NOTA: La aceleración de la gravedad en la Tierra es de 9.81 m/s2.

La presión es otra magnitud física, la cual representa a la fuerza que se encuentra

distribuida sobre una superficie:

2m

N

A

FP


Página 10

La unidad del SI derivada para expresar la presión, es llamada Pascal (abreviado

Pa). Un Pascal ejerce una presión pequeñísima, por lo que se suelen emplear sus

correspondientes múltiplos KPa (Kilopascal = 103) o MPa (Megapascal = 106).

La presión de 1MPa corresponde como magnitud a la presión de 10 veces la

presión atmosférica, es decir: 1MPa = 10Pamb

En neumática se suele usar otra unidad de presión, equivalente a una décima

parte del MPa denominada Bar, es decir: 0.1MPa = Pamb

En la práctica ha resultado conveniente utilizar la unidad Bar por tener la magnitud

de la presión atmosférica, es decir 0.1MPa = 1Bar

Los datos de presión se entienden siempre relacionados con una presión de

referencia, que en general es la presión atmosférica.

Pamb = Presión atmosférica

Pe = Presión excedente

Pabs = Presión absoluta

Tanto en neumática como en hidráulica los datos de presión se refieren a la

presión atmosférica. Por lo cual se emplea el símbolo Pe. Siendo Pe = 0 el nivel de

la presión atmosférica. En la figura ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..2 se

muestra lo dicho anterior mente. (2) (Pág. 18-25).

Figura 0.1.2 Comportamiento de presión


Página 11

1.6 LEY DE NEWTON.

La segunda ley de newton determina que si se aplica una fuerza aun cuerpo este

se acelera, la aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada

y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. (3) (pág. 3).

Es decir, Fuerza es igual a masa por aceleración:

amF

Dónde:

F = Fuerza. m = Masa. a = Aceleración.

Pero también, fuerza es igual a presión por área.

APF

Dónde:

F = Fuerza. P = Presión. A = Área. (2) (pág. 27).

En la Figura 1.3 se ejemplifica la formula F= P * A. Que se refiera a la fuerza que

se ejerce por cada unidad de área.

Figura 1.3 F= P*A


Página 12

La presión es otra magnitud física, la cual está definida como la fuerza que se

aplica a un cuerpo por unidad de área. Es decir presión es igual a fuerza sobre

área. (3) (pág. 3).

La fórmula es:

A

FP

Dónde:

P = Presión. F = Fuerza. A = Área.

En la Figura 1.4 se ejemplifica la formula P= F/A Que se refiera a la presión que

se ejerce por cada unidad de área.

Figura 1.4 P= F/A

Entonces tenemos que la presión es directamente proporcional a la fuerza e

inversamente proporcional al área. Por lo tanto tenemos que, al aplicar una fuerza

sobre un área pequeña tendremos mayor presión, y aplicando la misma fuerza

sobre un área de mayor tamaño tendremos una menor presión. En la Figura 1.5

se muestra lo dicho anteriormente. (2) (pág. 28-29).


Página 13

Figura 1.5 A un área mayor menor presión y a un área menor mayor presión.

1.7. LEY DE BOYLE MARIOTTE.

Antes de conocer la ley de BOYLE MARIOTTE es necesario tener bien en claro

los siguientes conceptos:

Caudal (Q): Es la cantidad de aire que fluye a través de una tubería por unidad de

tiempo, el caudal se expresa como: Q=V/t. En la Figura 1.6 se muestra la

direccion del caudal en un determinado conducto.

Figura 1.6 Representación de flujo de aire.

La fuerza de los actuadores neumáticos esta determinada por la presión del aire

comprimido. La velocidad de los actuadores neumáticos está determinada por el

caudal de aire comprimido.

Despues de tener en claro estos conceptos basicos, BOYLE MARIOTTE nos dice

que “El aire puede comprimirse y tiene tendencia a expandirse” y señala que a

temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es


Página 14

inversamente proporcional a la presión absoluta del mismo. En la figura 1.7 Se

puede apreciar que a mayor volumen es menor la presion y a menor volumen es

mayor la presion.

Figura 1.7 Comportamiento de la presión respecto al volumen en el cual se ejerce.

1.8 PRIMERA LEY DE GAY – LUSSAC.

Mientras no cambia la presión, el volumen de un gas contenido en un depósito

cerrado es proporcional a la temperatura absoluta.

En la figura 1.8 se observa que a una menor temperatura un menor volumen y a

una mayor temperatura un mayor volumen.

Figura 1.8 Comportamiento de la temperatura respecto al volumen.


Página 15

1.8.1 Segunda Ley de Gay – Lussac.

Mientras no cambia el volumen, la presión de un gas contenido en un depósito

cerrado es proporcional a la temperatura absoluta.

En la figura 1.9 se observa que a menor temperatura, menor presión y a mayor

temperatura, mayor presión.

Figura 1.9 Volumen constante.

1.9 LEY GENERAL DE LOS GASES.

La siguiente ecuación general considera básicamente todas las propiedades de

los gases: “En un gas contenido en un recipiente cerrado, el producto de la presión

y el volumen, dividido por la temperatura, es constante”.

Recurriendo a esta ecuación general se obtienen las leyes mencionadas

anteriormente, suponiendo que se mantiene constante uno de los tres factores: (2)

(pág. 31-39).

Presión P constante → Cambios isobáricos

Volumen V constante → Cambios fisocóricos

Temperatura T constante → Cambios isotérmicos


Página 16

1.10 GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO.

1.10.1 Propiedades del aire.

El aire es una mezcla de gases y su composición es la siguiente:

Aprox. 78 % en volumen de nitrógeno.

Aprox. 21 % en volumen de oxígeno

Además, el aire contiene rastros de vapor, dióxido de carbono, hidrógeno, argón,

neón, helio, criptón y xenón. El aire se caracteriza por su baja cohesión, lo que

significa que las fuerzas entre las moléculas del aire son mínimas. Al igual que

todos los gases, el aire tampoco tiene una forma determinada. Su forma cambia si

se aplica la más mínima fuerza y, además, siempre ocupa el máximo espacio

disponible.

1.10.2 Preparación del aire comprimido.

Para garantizar la fiabilidad del sistema neumático, es necesario que el aire

alimentado a éste tenga un nivel de calidad suficiente. Para ello es necesario

garantizar tres factores los cuales son: Presión correcta, aire seco y aire limpio.

Es necesario tratar el aire comprimido porque éste contamina el sistema. De no

tratar correctamente el aire comprimido, se puede resultar en tiempos de paro de

máquinas y costos excesivos de servicio y mantenimiento.

Para garantizar que el aire comprimido sea eficiente se deben de tomar en cuenta

los siguientes factores: Presión correcta, pocas partículas (impurezas), menor

condensación y lubricación adecuada.


Página 17

Presión correcta

Al no hacer un ajuste correcto en la presion esto puede derivar en diversos

problemas como son: Desgaste temprano del equipo, más fugas de aire, mayores

costos de operación, vibraciones de la máquina y baja calidad del producto.

Impurezas.

Al haber una gran cantidad de impurezas en el sistema están pueden causar

daños tales como: Desgaste temprano del equipo, caidas de presión, lineas de

presión o elementos bloqueados, mal funcionamiento del equipo.

Las impurezas también pueden presentan en forma de polvo como pueden ser: el

carbón negro, la materia corrosiva y las partículas de desgaste.

Mayor condensación.

Al tener una mayor condensación en el sistema se pueden ocasionar problemas

tales como: corrosión, bajas velocidades y bloqueo de líneas de presión (lodo).

El agua es una de las principales causantes de la condensación. Está siempre

presente en el aire en forma de humedad natural, ésta se libera cuando el aire

comprimido se enfría. El aire a 20°C con 100% de saturación, contiene 17.15 gr de

agua por m3. Los inconvenientes que esta causa pueden ser o se traducen en:

Hinchamiento o destrucción de empaques y congelación de empaques o de aire

en los elementos.

Lubricación adecuada.

Es muy importante elegir un buen lubricante ya que el mal ajuste o la mala

selección del lubricante puede resultar en: desgaste temprano del equipo,

eliminación del aceite especial, hinchamiento de los sellos y coloración del

producto.


Página 18

Debemos de tener en cuenta que Puede tratarse de aceite proveniente del

compresor (aún en el caso de compresores que trabajen sin aceite), o bien de

aerosoles presentes en el aire. (2) (pág.40-48).

1.11 GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO.

La generación del aire comprimido empieza por la compresión del aire. Existen

diferentes tipos de compresores y se clasifican por su construcción interna: De

embolo alternativo, de embolo giratorio, de flujo.

En la figura 1.10 se representa el diagrama de los diferentes tipos de compresores

y su clasificación.

Figura 1.10 Diagrama de compresores.

1.11.1 Compresor de Embolo.

Durante el movimiento de descenso, el émbolo aspira aire a través de la válvula

de aspiración: lo comprime durante el movimiento ascendente y lo expulsa por la

válvula de presión. La Presión: De una etapa, es de aproximadamente 600KPa (6

bar).


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En la figura 1.11 se muestra el accionar del compresor de embolo.

Figura 1.11 Compresor de embolo.

1.11.2 Compresor de Doble embolo.

Durante el movimiento de descenso, el émbolo aspira aire a través de la válvula

de aspiración; lo comprime luego durante el movimiento ascendente y lo expulsa

por la válvula de presión hacia una segunda cámara dónde se enfría y

posteriormente se repite el ciclo con un segundo émbolo de diámetro menor. La

presión de dos etapas, es aproximadamente 1500 KPa (15 bar).

En la Figura 1.1 se muestra el accionar del doble embolo.

Figura 1.12 Compresor de doble embolo.


Página 20

1.11.3 Compresor de Membrana.

Funciona bajo el mismo principio que el compresor de émbolo, sin embargo, una

membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto

con las piezas móviles. Por tanto, el aire comprimido estará exento de aceite

En la Figura 1.1 se muestra el accionar de un compresor de membrana.

Figura 1.13 Compresor de membrana.

1.11.4 Compresor Radial.

El aire es acelerado en sentido radial por las paletas que giran rápidamente.

La energía cinética del aire se transforma en energía de presión, fuerza centrífuga

Presión: En varias etapas, aproximadamente 1000KPa (10 bar)

En la Figura 1.1 se muestra el accionar de un compresor radial.

Figura 1.14 Compresor radial.


Página 21

1.11.5 Compresor axial.

El aire es acelerado axialmente por las paletas que giran rápidamente.

La energía cinética del aire se transforma en energía de presión. La presión:

Aproximadamente 600 KPa (6 bar).

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor axial.

Figura 1.15 Compresor axial.

1.11.6 Compresor Rotativo Multicelular.

Chapas correderas existentes en un rotor colocado excéntricamente dividen la

cámara de compresión en células cerradas. El aire se comprime al disminuir el

tamaño de las células durante el proceso de circulación. Presión de una etapa

aprox. 400 KPa (4 bar). De dos etapas aprox. 800 KPa (8 bar).

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento d un compresor rotativo multicelular.

Figura 1.16 Compresor rotativo multicelular.


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1.11.7 Compresor de Hélices Bicelular.

Es también conocido como compresor de tipo helicoidal. El aire es transportado al

lado de presión por medio de dos rotores que giran a alta velocidad.

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor de hélices bicelular.

Figura 1.17 Compresor de hélices bicelular.

1.11.8 Compresor de Roots.

En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea

modificado. Su ventaja radica en el hecho que puede proporcionar un gran caudal,

lo que lo hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad

de aire, su uso es muy limitado.

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor roots.

Figura 1.18 Compresor de roots.

.


Página 23

1.11.9 Grafica de Eficiencia de los Diferentes Tipos de Compresores

En la Figura 1.1 se muestra la eficiencia de los diferentes compresores.

Figura 1.19 Tabla de compresores.

Esta grafica nos muestra la eficiencia de los diferentes tipos de compresores. (2)

(pág. 50-60).


Página 24

1.11.10 Acumulador.

Después de pasar por el compresor y el enfriador, el aire comprimido llega al

acumulador. Un acumulador o tanque de almacenamiento cumple con varias

funciones: Reduce las caídas de presión en la línea, sirve como respaldo de

energía neumática, evita el funcionamiento del compresor de manera continua,

ayuda a eliminar la humedad, provocando condensados debido .al enfriamiento

que provoca su gran volumen.

El tamaño del acumulador depende de los siguientes criterios: caudal del

compresor, cantidad de aire requerida por el sistema, red de tuberías, regulación

del compresor, oscilación permisible de la presión en el sistema.

Nota. Durante el proceso de enfriamiento, el agua se condensa, por lo que el

acumulador deberá tener un grifo de purga de condensados.

En la Figura 1.200 se muestra el simbolo del acumulador el cual es regido por la

Norma DIN 1219.

Figura 1.20 Símbolo del acumulador.

1.11.11 Secador.

Al comprimir un gas, su temperatura aumenta en la misma proporción que se ha

comprimido. Para eliminar la humedad en el aire comprimido utilizamos

dispositivos secadores de aire. Entre los principales tenemos: Secador por

enfriamiento (90-95% eficiencia). Secador por absorción (55-60% eficiencia).

Secador por adsorción (70-75% eficiencia).

En la Figura se muestra el símbolo del secador el cual es regido por la Norma DIN

1219.


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Figura 1.21 Símbolo del secador.

1.11.12 Secadores por Enfriamiento.

Con el secado por enfriamiento se logran puntos de condensación a presión entre

+2°C y +5°C. Este es el secador empleado más frecuentemente. Su

funcionamiento es fiable y presenta bajos costos de mantenimiento.

En la figura 1.22 se muestra la distribución del aire en el enfriador.

Figura 1.22 Secador por enfriamiento.


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1.11.13 Secador por absorción.

Es un proceso químico, la humedad presente en el aire se une a una masa de

secado y la masa de secado se disuelve y debe ser sustituida. Presenta altos

costos de funcionamiento, pero tiene una instalación sencilla y no requiere de

fuentes de energía externas.

En la Figura 1 se muestra la distribución del aire en un secador por absorción.

Figura 1.23 Secador por absorción.

1.11.14 Secadores por Adsorción.

Es un proceso físico, la humedad existente en el aire se deposita en la superficie

porosa de la masa de secado su regeneración es por medio de corriente de aire

caliente y pueden lograrse puntos de condensación a presión hasta -900 C. (2)

(pág. 61-68).

En la Figura 1.24 se muestra la distribución de aire en el secador por adsorción.


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Figura 1.24 Secador por adsorción.

Justo antes de que el aire comprimido alimente los elementos neumáticos, debe

ser tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua

que haya podido condensarse en el último tramo antes de llegar al punto de

utilización. Gran parte de estas impurezas se separan en los recipientes de

condensación con una adecuada instalación de la red general, pero las partículas

más pequeñas son arrastradas en forma de suspensión por la corriente de aire. (1)

(pág. 25-26).

En la Figura 1.25 se muestra la forma de tratamiento del aire para poder eliminar

todas las impurezas posibles. (2) (pág. 69).

Figura 1.25 Distribución del aire


Página 28

1.11.15 La Red de Aire Comprimido.

Para que la distribución del aire comprimido sea confiable, es recomendable

acatar una serie de puntos como:

Las dimensiones correctas del sistema de tuberías.

La dimensión correcta de los actuadores.

La resistencia del caudal de aire.

El material de las tuberías.

La configuración de la red neumática. (2) (pág. 71).

En la Figura 1.2 de muestra el desnivel que tiene que llevar la red el cual es de 1 –

2% por cada 10 metros de la red, para una correcta distribución del aire así como

sus demás componentes.

Figura 1.26 Desnivel en la red

1.11.16 Tipos de Redes Neumáticas.

La conducción de aire comprimido se realiza a través de la red de aire

comprimido. Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las

tuberías que parten del depósito, colocadas de modo que queden fijamente unidas

entre sí, y que conducen el aire comprimido a los puntos de conexión para los

consumidores individuales.


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Para tener una red adecuada esta deberá tener, una mínima perdida de presión,

mínima perdida de aire por fugas y una mínima cantidad de agua en la red y en los

puntos de utilización. Para determinar el diámetro correcto de las redes de aire es

necesario considerar diversos factores como: El caudal de aire, la caída de

presión admisible, la longitud de tubería y la presión de trabajo. (1) (pág. 27)

Existen diferentes tipos de redes neumáticas, como son red lineal, red anular, y la

red múltiple o de rejilla.

En la Figura 1.2 se observa la red lineal la cual consta de una alimentación, un

desfogue y una válvula de paso. Se le llama red lineal por su forma ya que es

recta y no tiene retorno del aire.

Figura 1.27 Red lineal

En la figura 1.28 se muestra la red anular la cual consta de una alimentación, un

desfogue y una válvula de paso, en esta red existe recirculación del aire debido a

la forma de la red.

Figura 1.28 Red anular


Página 30

En la Figura 1.2 se muestra una red multiple o de rejilla la cual consta de una

alimentación, varias salidas de aire cerradas y varias válvulas de paso. (2) (pág.

73-75).

Figura 1.29 Red múltiple o de rejilla.

1.11.17 Elementos Indispensables para la Distribución.

En la Figura 1.30 se muestran por separado el filtro y purga de condensados, el

regulador de presión y el lubricador los cuales conforman la unidad de

mantenimiento. (2) (pág. 79).

Figura 1.30 Unidad de mantenimiento.


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Filtro de aire a presión

El aire a presión pasa de izquierda a derecha a través del filtro. Un disco deflector

hace que el aire gire. Debido a la fuerza centrífuga se apartan las gotas de agua y

las partículas sólidas. El aire previamente limpio pasa a través de un cartucho

filtrante. (6) (pág. 56).

En la Figura 1.31 se muestra el filtro aire real y su corte seccionado con su

respectivo símbolo, de acuerdo a la Norma DIN 1219.

Figura 1.31 Filtro de aire

Todos los filtros de línea FESTO están equipados con elementos filtrantes de 40

micras. Generalmente para el 90% de las aplicaciones, esta capacidad de filtrado

es adecuada pero en algunas ocasiones no es suficiente, ya que el más del 80 %

de los contaminantes es menor a 2 micras.

En el caso de querer eliminar partículas muy pequeñas se recomienda el filtrado

por etapas para evitar la saturación del cartucho en corto tiempo.

El filtro debe ser cambiado cuando existe una caida de presión entre la entrada y

la salida de la unidad de mantenimiento.

Lo mejor es instalar un indicador de caida de presión, cuando ésta se active es

señal de que el filtro deberá ser cambiado.


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Purga de condensados

En la Figura se observan las formas mediante las cuales se puede purgar el filtro

ya sea manualmente o automáticamente.

Figura 1.32 Purga manual y automática.

Regulador de presión.

En la Figura se muestra el regulador de presión con su respectivo símbolo de

acuerdo a la Norma DIN 1219.

Figura 1.33 Regulador de presión.

Lubricador.

Lo más recomendable es no usar aceite en el lubricador sin embargo hay sistemas

con altas oscilaciones en dispositivos de trabajo que lo necesitan para estos

dispositivos se les recomienda usar: Aceite hidráulico con una viscosidad igual a

32 mm2/s.


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En la Figura se muestra el lubricador con su respectivo símbolo de acuerdo a la

Norma DIN 1219.

Figura 1.34 Lubricador.

En la Figura 1.3 se muestra el corte seccionado del lubricador con cámara de

goteo y con válvula de escape.

Figura 1.35 Lubricador de cámara de goteo y válvula de escape

Se recomienda que para un buen funcionamiento el vaso deba estar a la mitad

para que el aire ayude a que el aceite suba a la mirilla y desde ahí se controla la

caída de las gotas: 1 o 2 gotas por minuto para oscilaciones bajas, 3 o 4 por

minuto gotas a oscilaciones altas.


Página 34

Unidad de mantenimiento

En la Figura se muestra ya la unión total de los elementos anteriores los cuales

forman la llamada unidad de mantenimiento.

Figura 1.36 Unidad de mantenimiento.

En la figura 1.37 se muestra el símbolo de las unidades de mantenimiento con

lubricador y sin lubricador. (2) (pág. 80-92).

Figura 1.37 Unidad de mantenimiento con y sin lubricador.


Página 35

CAPÍTULO II.

CAPITULO II

EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA

NEUMÁTICA.

2.1 ELEMENTOS DE TRABAJO NEUMÁTICOS. SIMBOLOGÍA,

FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

En un sistema neumático los receptores son los llamados actuadores neumáticos

o elementos de trabajo neumáticos. Los elementos de trabajo neumáticos, son

elementos que transforman la energía neumática del aire comprimido en energía

mecánica. (1) (pág. 31).

Se clasifican, según cuál sea su clase de movimiento, en actuadores lineales,

normalmente llamados cilindros, en actuadores de giro y en motores. (4) (pág. 1).

ACTUADORES LINEALES: pistones, músculos, etc. En la figura 2.Figura

0.1 se muestran los actuadores lineales.

Figura 2.1 Actuadores linéales.

ACTUADORES GIRATORIOS: motores, rotics. En la Figura 2.2 se puede

observar la imagen de los actuadores giratorios. (2) (pág. 95).

Figura 2.2 Actuadores giratorios


Página 36

2.2 ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES. CILINDROS

NEUMÁTICOS.

Los cilindros neumáticos son, por regla general, los elementos que realizan el

trabajo. Su función es la de transformar la energía neumática en trabajo mecánico

de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso.

A los cilindros neumáticos se les conoce también con el nombre de actuadores

neumáticos lineales.

Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado

en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales se desliza un émbolo que

separa dos cámaras. Al embolo va unido un vástago que, saliendo a través de una

o ambas tapas permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la

presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo.

Los dos volúmenes de aire en que queda dividido el cilindro por el émbolo reciben

el nombre de cámaras. Si la presión de aire se aplica en la cámara posterior de un

cilindro, el émbolo y el vástago se desplazan hacia adelante (carrera de avance).

Si la presión de aire se aplica en la cámara anterior del cilindro, el desplazamiento

se realiza en sentido inverso (carrera de retroceso).

Según la forma en que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen

en:

Cilindros de simple efecto.

Cilindros de doble efecto. (1) (pág. 31-32).

Existen otros modelos de cilindros neumáticos, pero el funcionamiento práctico del

cilindro no varía nada, en absoluto, solo su aspecto exterior y en realidad muy

poco porque nunca deja de tener forma cilíndrica.


Página 37

En la tabla 2.1 se muestran la nomenclatura normalizada de los tipos de

actuadores.

Nombre Símbolo Norma DIN 1219

De simple efecto, retorno por muelle

De simple efecto retorno, por fuerza externa

De doble efecto

De doble efecto con amortiguador

Cilindro sin vástago

Cilindro tándem

Cilindro de doble vástago

Actuador angular

Actuador giratorio de ángulo limitado

Tabla 2.1 Nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores.

2.2.1 Cilindro de simple efecto

El cilindro de simple efecto tiene una sola conexión de aire, el aire se alimenta en

un solo lado y puede ejecutar un trabajo en un solo sentido. (2) (pág. 97).


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En la Figura 2.3 se observa la imagen real de un cilindro de simple efecto con su

respectivo símbolo.

Figura 2.3 Cilindro de simple efecto y símbolo

Es decir, el desplazamiento del émbolo por la presión del aire comprimido tiene

lugar en un solo sentido. Para que el cilindro retroceda, debe descargarse primero

el aire contenido en la cámara para que se mueva el vástago por la fuerza que

ejerce el resorte incorporado. La carrera activa es la de “vástago saliente”. En la

Figura 2.4 y 2.5 se muestran los dos tipos de estados del cilindro de simple efecto.

Figura 2.4 En estado de reposo Figura 2.5 En estado activado

Figura 2.5 En estado activado

En la práctica existen varios tipos. Los más empleados son los cilindros de

émbolo. El movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presión que obliga a

desplazarse al émbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presión, el

muelle hace que regrese a su primitiva posición de reposo. Por eso los cilindros

de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una sola

dirección. Hay que tener presente que existe aire a la presión atmosférica en la

cámara opuesta, pero puede escaparse a la atmosfera a través de un orificio de

escape.


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Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los

cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera los

100 mm. Por razones prácticas, son de diámetro pequeño y la única ventaja de

estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse como

elementos auxiliares en las automatizaciones. (1) (pág. 32-33).

Un cilindro de simple efecto está conformado de la siguiente manera. En la Figura

2.6 se muestran las partes internas de un cilindro de simple efecto.

Figura 2.6 Partes internas de un cilindro de simple efecto.

Estos cilindros tienen aplicaciones como: sujetar, expulsar, marcar, apretar y

levantar piezas. (2) (pág. 97).

2.2.2 Cilindro de doble efecto

Reciben aire comprimido en ambos lados, por lo que pueden ejecutar un trabajo

en ambos sentidos. Antes de ejecutarse el movimiento en el sentido contrario, es

necesario descargar primero el aire contenido en la cámara del lado opuesto. En

la Figura 2.7 se observa el símbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto.


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Figura 2.7 Cilindro de doble efecto y símbolo.

El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso

que, el de los cilindros de simple efecto.

Algunas de las aplicaciones de estos cilindros de doble efecto son: Elevar o

mecanizar piezas. (2) (pág. 101).

El cilindro de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de émbolo y

posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. Al

aplicar aire a presión en la cámara posterior y comunicar la cámara anterior con la

atmosfera a través de una válvula, el cilindro realiza la carrera de avance. La

carrera de retroceso se efectúa introduciendo aire a presión en la cámara anterior

y comunicando la cámara posterior con la atmosfera, igualmente a través de una

válvula para la evacuación del aire contenido en esa cámara del cilindro. En la

Figura 2.8 y 2.9 se observa el estado de reposo y el estado activo del cilindro de

doble efecto.

Figura 2.8 En estado de reposo. Figura 2.9 En estado activo.

Figura 2.9 En estado activo.


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Un cilindro de doble efecto está conformado de la siguiente manera. En la figura

2.10 se muestran las partes internas de un cilindro de doble efecto.

Figura 2.10 Partes internas de un cilindro de doble efecto.

Los cilindros de doble efecto pueden ser:

Cilindro de doble efecto: Sin amortiguación. En la Figura 2.11 se muestra el

símbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto sin amortiguación.

Figura 2.11 Cilindro de doble efecto sin amortiguamiento

Cilindro de doble efecto: Con amortiguación. En la Figura 2.12 se observa

el símbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto con

amortiguación.


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Figura 2.12 Cilindro de doble efecto con amortiguamiento.

En la práctica, el empleo de unos u otros depende de factores como la carga y la

velocidad de desplazamiento. Por ejemplo, cuando la carga viene detenida por

topes externos pueden aplicarse los cilindros sin amortiguación. Sin embarga

cuando la carga vienen detenida por tales topes se debe recurrir a la utilización de

los cilindros con amortiguación. (1) (pág. 33-34).

2.2.3 Cilindros sin vástago

A los cilindros sin vástago se les aplica aire a presión alternativamente por ambos

lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos. La fuerza del embolo es

idéntica en ambos sentidos. (2) (pág. 107).

Estos cilindros se componen esencialmente de un cuerpo especial en aluminio,

ranurado longitudinalmente. Esta ranura permanece estanca tanto a la presión

interior como a la suciedad exterior mediante dos juntas longitudinales de material

plástico que encajan una con otra. La transmisión de fuerza se realiza mediante el

carro guía que va unido al embolo. Los cilindros sin vástago son cilindros de doble

efecto, con amortiguación regulable.

En la figura 2.13 se observa la imagen real de un cilindro sin vástago y su símbolo

conforme a la norma DIN 1219.

Figura 2.13 Cilindro sin vástago y símbolo norma DIN 1219


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En comparación con los cilindros neumáticos convencionales, estos cilindros

cuentan con varias ventajas importantes:

Requieren poco espacio. Un cilindro convencional, provisto de vástago,

ocupa siempre más del doble de la longitud de la carrera.

No hay riesgo de pandeo del vástago. (peligro de que el vástago pueda

retorcerse).

A diferencia de los cilindros convencionales, admiten grandes momentos

torsores y esfuerzos laterales

Como el movimiento esta guiado, en muchas aplicaciones no es necesario

utilizar dispositivos adicionales de guiado del móvil. (1) (pág. 84-86).

Los cilindros sin vástago se componen de la siguiente:

Cursor y embolo fijos mecánicamente.

Cinta hermética para sellar la carrera.

Con amortiguamiento en los finales de carrera en ambos extremos.

El campo de aplicación de estos cilindros sin vástago son áreas restringidas y a

gran distancia. (2) (pág. 107).

2.2.4 Cilindro tándem

Los cilindros tándem están constituidos por dos cilindros de doble efecto,

colocados en serie, montados en un mismo tubo. Estos dos cilindros reciben

simultáneamente aire a presión, con lo que se obtiene prácticamente una fuerza

doble a la obtenida con un cilindro neumático del mismo diámetro. No obstante, la

longitud que se precisa es doble. (1) (pág. 87).

En la Figura 2.14 se observa la imagen real de un cilindro tándem con su referente

símbolo de acuerdo con la norma DIN 1219.


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Figura 2.14 Cilindro tándem y símbolo norma DIN 1219.

Algunas de las características de los cilindros tándem son las siguientes:

Duplicación de la fuerza mediante el acoplamiento de dos émbolos

Múltiples posiciones

Los cilindros tándem se emplean en aquellos casos en que se precisa un diámetro

pequeño y una fuerza superior a la de su diámetro correspondiente. Como puede

ser una área restringida y gran fuerza. (2) (pág. 109).

2.4.5 Cilindro de doble vástago

Para mejorar la capacidad de guía se puede, dotar al cilindro de doble vástago.

Las tapas, guías eje y vástago son los mismos que se utilizan en los cilindros

normales. Los cilindros de doble vástago poseen un vástago hacia ambos lados,

normalmente, el vástago tiene el mismo diámetro en las dos extremidades, por lo

tanto, desarrolla una fuerza igual en ambos sentidos.

Es preferible que el vástago sea de una sola pieza, ya que si, son dos vástagos

separados, existe la posibilidad de que no estén en línea recta y entonces no

estén exactamente alineados con respecto a las guías, circunstancia que provoca

un frenado o incluso el bloqueo del vástago. (1) (pág. 81-82).

Estos cilindros de doble vástago pueden ser con vástago hueco para el manejo

de ventosas o de doble apoyo para evitar el pandeo del vástago.

En la Figura 2.15 se muestra la imagen real de un cilindro de doble vástago con su

referente símbolo de acuerdo con la norma DIN 1219.


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Figura 2.15 Cilindro de doble vástago y símbolo Norma DIN 1219.

Los cilindros de doble vástago se usan para aplicaciones tales como: la

manipulación. (2) (pág. 110).

2.3 ACTUADORES GIRATORIOS

Los actuadores rotativos o giratorios realizan la función de transformar la energía

neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro

tiene un ángulo limitado o no se forman dos grupos a analizar:

Actuador giratorio de ángulo limitado

Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una

revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón –

cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro

de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente). Existen

dos tipos fundamentales según su construcción: actuador de giro de paleta y

actuador de giro piñón-cremallera. (4) (pág. 4).

Motores neumáticos

Los motores neumáticos son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio

constante. Realizan la función de transforman la energía neumática en energía

mecánica de rotación. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de

revoluciones por minuto, son ligeros y compactos, el arranque y paro es muy

rápido, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control

complejo y baja inercia. En neumática se emplean principalmente los motores de

paleta, también se utilizan con menor frecuencia los de pistones. (1) (pág. 39).


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2.3.1 Actuador de giro de paleta

Estos actuadores realizan un movimiento de giro de 0 a 270 grados, incorporando

unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro.

Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que

delimita las dos cámaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que

atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el

trabajo, en este caso en forma de movimiento angular limitado.

El funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al

aplicar aire comprimido a una de sus cámaras, la paleta tiende a girar sobre el eje,

siempre y cuando exista diferencia de presión con respecto a la cámara contraria

(generalmente comunicada con la atmósfera). Si la posición es inversa, se

consigue un movimiento de giro en sentido contrario. (4) (pág.4-5).

En la Figura 2.16 se observa la imagen real de un actuador de giro de paleta con

su respectivo símbolo de acuerdo con la norma DIN 1219.

Figura 2.16 Actuador giratorio de paleta y símbolo norma DIN 1219.

Las características principales de este actuador giratorio de paleta son:

Par relativamente pequeño.

Similar al de doble efecto.

Ángulo de giro de 0 a 270 grados, ajustable.

Los actuadores giratorios de paleta se emplean en aplicaciones tales como:

limpiadores y para transportar piezas en ensamble. (2) (pág. 111).


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2.3.2 Actuador de giro cremallera - piñón

Se trata de un cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que acciona

un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia la

izquierda o hacia la derecha, según el sentido del émbolo.

En la figura 2.17 se observa la imagen real de un actuador giratorio de ángulo

limitado de cremallera y piñón con su símbolo de acuerdo con la norma DIN 1219.

Figura 2.17 Actuador giratorio (cremallera y piñón) y símbolo norma DIN 1219.

Los ángulos de giro pueden llegar hacer de 360 grados como máximo, pero

generalmente es menor, por ejemplo 180º y 290º. Es posible determinar el margen

de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste que ajusta la

carrera del vástago. El par de giro es función de la presión, de la superficie del

émbolo. Los accionamientos de giro se emplean para voltear piezas, doblar tubos

metálicos, regular acondicionadores de aire, accionar válvulas de cierre, etc. (4)

(pág. 5).

En la Figura 2.18 se muestra el corte seccionado de un actuador giratorio de

cremallera y piñón.

Figura 2.18 Corte seccionado.


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Las características principales de estos actuadores de cremallera y piñón son las

siguientes:

Par mayor que el de las paletas.

Angulo de giro de 0 a 90°, ajustable.

Los actuadores giratorios de cremallera y piñón se usan en aplicaciones como:

estampado y orientación de piezas robustas (2) (pág. 112).

2.3.3 Motores de paletas.

Son muy simples y su utilización está muy extensa, estos motores son de

construcción análoga a la de los compresores de paletas. El rotor esta igualmente

montado excéntricamente en el cuerpo del motor. El par de giro sobre la carga se

desarrolla cuando el aire a presión actúa sobre la sección libre de las paletas y las

empuja haciendo girar el rotor. Cuando la cámara, entre las paletas, con el aire

comprimido alcanza la abertura de de salida, se produce la correspondiente

expansión a la atmosfera.

Los motores de paletas se construyen para potencias comprendidas entre 0,1 y 20

CV. Es frecuente la utilización de estos motores acoplados con un reductor, lo que

permite multiplicar el par y que el motor pueda trabajar a velocidades elevadas,

con lo que se consigue un mejor control de la velocidad frente a variaciones de las

cargas. El número de revoluciones de marcha en vacio se halla entre 1000 y

5000rpm. La regulación del número de revoluciones se efectúa ajustando el

caudal de alimentación.

Los motores de paletas, además de su utilización como elemento motriz puro, se

emplean también en herramientas neumáticas tales como taladradoras,

atornilladores y esmeriladoras. (1) (pág. 40).

En si su campo de aplicación son en áreas restringidas y gran distancia. Estos

motores de paleta se componen principalmente de la siguiente manera:


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Cursor y embolo fijos mecánicamente

Cinta hermética para sellar la carrera

Con amortiguamiento en los finales de carrera en ambos extremos. (2)

(pág.114).

En la Figura 2.19 se muestra el funcionamiento y rotor de un motor de paleta.

Figura 2.19 Rotor de un motor de paleta

2.4 ELEMENTOS DE MANDO O DE CONTROL. SIMBOLOGÍA,

FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

Los circuitos neumáticos o mandos neumáticos están constituidos por los

actuadores que efectúan el trabajo y por aquellos elementos de señalización y de

mando que gobiernan el paso del aire comprimido, y por lo tanto la maniobra de

aquellos, denominándose de una manera genérica válvulas.

Estos elementos tienen como finalidad mandar o regular la puesta en marcha o el

paro del sistema, el sentido del flujo, así como la presión o el caudal del fluido

procedente del depósito regulador. Según su función las válvulas se subdividen

en los grupos siguientes:

En Válvulas de vías o distribuidoras, válvulas de caudal, válvulas de

bloqueo, válvulas temporizadoras y válvulas de presión. (5) (pág.1).

2.4.1 Válvulas de vías o distribuidoras

Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de seguir el

aire comprimido en cada momento, gobernando el arranque, paro y el sentido de


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desplazamiento de los actuadores. Trabajan en dos o más posiciones fijas

determinadas. En principio, no pueden trabajar en posiciones intermedias. Las

válvulas de vías se emplean como: elementos de mando, elementos de

procesamiento o elementos de entrada.

Para llevar a cabo la elección de una válvula neumática es conveniente recurrir a

ciertos criterios de elección, los cuales pueden abarcar los conceptos siguientes:

Numero de vías y posiciones

Sistema de accionamiento

Características de caudal

Se entiende por número de vías el número máximo de conductos que pueden

interconectarse a través del distribuidor. El número de posiciones es el de

conexiones diferentes que pueden obtenerse de manera estable entre las vías del

distribuidor.

Las válvulas distribuidoras se denominan por su número de vías o conexiones con

el exterior y el de posiciones posibles, separadas por una barra; por ejemplo una

válvula 3/2 vías quiere decir que tiene tres conexiones o vías con el exterior (una

con un actuador, otra la alimentación y la tercera el escape) y que puede ocupar

dos posiciones de maniobra diferentes. Hay que observar que la primera cifra es

siempre indicativa. (1) (pág.43).

Las válvulas de vías conmutan reaccionando ante las señales de salida de la

unidad de control y bloquean o abren el paso en la parte funcional. Estas válvulas

pueden ser de dos, tres, cuatro y cinco vías, convenientes a las zonas de trabajo

y a la aplicación de cada una de ellas, estará en función de las operaciones a

realizar. Las tareas más importantes de las válvulas de vías son las siguientes:

Abrir o bloquear a la alimentación de aire comprimido.

Permitir que los cilindros avance y retrocedan. (2) (pág.135).


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2.4.1.1 Válvulas de 2/2 vías

Estas válvulas difícilmente pueden llamarse distribuidores ya que de hecho solo

abren y cierran un conducto. Las válvulas 2/2 vías tienen dos conexiones o vías:

un orificio para la entrada de aire y otro para la utilización, y dos posiciones de

trabajo. Evidentemente solo admiten dos posiciones: vías cerradas o vías abiertas.

Si está en reposo, la válvula sin accionar y las vías están cerradas, se denomina

válvula normalmente cerrada, impide el paso del aire, en caso contrario

normalmente abierta, es decir al ser accionada deja pasar el aire.

En la Figura 2.20 se representa el esquema de una de una válvula de dos vías

dos posiciones, conforme a la norma ISO 1219.

Figura 2.20 Esquema de una válvula de dos vías dos posicione.

.

2.4.1.2 Válvula de tres vías

Una válvula de tres vías consta de un orificio de entrada otro de salida y un tercer

orificio para la descarga del aire. El accionamiento de la válvula comunica la

entrada con la salida, quedando el escape cerrado. Al retornar la válvula a su

posición inicial, se cierra la entrada de aire y se comunica la salida con el escape.

Por lo general las válvulas de tres vías son de dos posiciones 3/2 aunque también

pueden ser de tres vías tres posiciones 3/3 quedando en su posición central o de

reposo todas las vías cerradas. Normalmente esta válvula se emplea para el

mando de cilindros de simple efecto, en casos excepcionales se pueden utilizar las

válvulas de tres vías para el mando de un cilindro de doble efecto; para ello se


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utilizan dos válvulas. Una de ellas alimenta a una de las cámaras del cilindro con

aire a presión, simultáneamente la otra comunica la cámara contraria a escape.

En la Figura 2.21 se representa el esquema de una de una válvula de tres vías


Figura 2.21 Esquema de una válvula de tres vías dos posiciones

2.4.1.3 Válvula de cuatro vías

Consta de un orificio para la entrada, dos salidas para la utilización de servicios y

un escape. Se utiliza para el control de de cilindros de doble efecto o para

accionamiento de válvulas piloto de mayor tamaño.

En la Figura 2.22 se representa el esquema de una de una válvula de cuatro vías


Figura 2.22 Esquema de una válvula de cuatro vías dos posiciones.

2.4.1.4 Válvula de cinco vías

Las válvulas de cinco vías constan de un orificio para la entrada de aire, dos

salidas para la utilización de servicios y los dos escapes correspondientes. Todas

las válvulas de cinco vías son de embolo deslizante. Cada desplazamiento de éste

comunica la entrada con una u otra salida, quedando la otra salida conectada al

exterior mediante el escape correspondiente. Se utiliza para el control de doble


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efecto o para el accionamiento de válvulas piloto de mayor tamaño. Aparte de las

válvulas 5/2, existen dos versiones de 5/3 posiciones: una con ambas salidas a

escape en posición central, que deja el cilindro libre y puede usarse para hacer la

descarga previa, y otra con todas las vías cerradas para dejar el cilindro

inmovilizado o bloqueado en posición central. (1) (pág.43-45).

En la figura 2.23 se representa el esquema de una de una válvula de cinco vías


Figura 2.23 Esquema de una válvula de 5 vías, 2 posiciones

2.4.2 Nomenclatura de válvulas de vías

La representación que se utiliza corresponde a la norma ISO 1219. Se trata de

una representación que refleja la función y el funcionamiento de las válvulas de

una manera muy significativa. A continuación se relacionan las cuestiones más

importantes.

La válvula se representa con un rectángulo en posición horizontal. En Figura 2.24

se muestra la imagen de dicho rectángulo que representa una válvula.

Figura 2.24 Rectángula que representa la válvula.

El rectángulo se puede dividir en varios cuadrados, el número de cuadrados

yuxtapuestos representan el número de posiciones de la válvula. En la Figura 2.25

se muestran algunas posiciones de una valvula de vías.


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Figura 2.25 Posiciones de válvula de vías.

Las flechas representan las vías (pasos de aire) mientras que los bloqueos de aire

son representados por "T". En la Figura 2.26 se muestra unos ejemplos de vías

que puede adaptar una válvula distribuidora.

Figura 2.26 Tipos de vías de una válvula

Los triángulos representan la entrada de aire, mientras que los triángulos

invertidos representan los puertos por donde el aire es expulsado. En la Figura

2.27 se observa los triángulos que representan las entradas y salidas del aire.

Figura 2.27 Entrada y escape de aire.

Las válvulas de vías tienen siempre una posición de reposo y se identifica por ser

la 2° posición de izquierda a derecha. En la Figura 2.28 se observa la posición de

reposo de una válvula de vía de acuerdo a la norma ISO 1219.


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Figura 2.28 Posición de reposo de una válvula de vías.

Estando en la posición de reposo:

La segunda vía inferior de derecha a izquierda será siempre la alimentación

y será denotado por el número 1

Las restantes vías inferiores serán siempre los escapes de aire, denotados

por los números impares (3,5,...) y se escribirán de derecha a izquierda.

Las vías superiores serán siempre los servicios, salida o utilizaciones y se

denotan por los números pares (2,4,...) y se escribirán de derecha a

izquierda.

En Figura 2.29 Se observan las conexiones externas, las cuales se identifican por

medio de números.

Figura 2.29 Conexiones de la válvula de vías.

Para evitar errores durante el montaje y además para identificar las conexiones

externas, estas se identifican por medio de letras mayúsculas o números: En la

Tabla 2.2 se describe la nomenclatura de las válvulas conforme a las siguientes

normas.


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DIN ISO ANSI

Presión P 1 IN

Salidas A,B 2,4 OUT1, OUT2

Escapes R,S 3,5 EXH1, EXH2

Pilotajes Z,Y,X 10,12,14 PIL1, PIL2

Tabla 2.2 Nomenclatura de conexiones.

Para nombrar correctamente una válvula de vías, se utiliza la siguiente fórmula:

Válvula de # vías, # posiciones

En la Figura 2.30 se observan ejemplos de la manera correcta para nombrar una

válvula de vías, empleando la formula anterior. (2) (pág.136-142).

Figura 2.30 Ejemplo de la fórmula.

2.4.3 Accionamiento de las válvulas

Una característica importante de toda válvula es su clase de accionamiento,

debido a que, de acuerdo con ello, dentro de la cadena de mando de un equipo

neumático se la empleará como elemento emisor de señal, órgano de control o de

regulación.

El mismo accionamiento puede ser montado opcionalmente en una válvula de 2,

3,5 vías con dos o tres posiciones de maniobras según el tipo. En casos

excepcionales, una determinada forma de accionamiento va unidad por razones

técnicas a un determinado tipo de válvulas. Los accionamientos comprenden dos


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mecanismos el de mando y el de retorno, que pueden ser distintos o iguales. Los

retornos pueden ser automáticos, entrando en función al cesar la acción contraria.

La clase de accionamiento de una válvula de vías no depende de su función ni de

su forma constructiva, si no del dispositivo de accionamiento que se agrega a la

válvula básica. De una manera general podemos dividir los accionamientos en:

2.4.3.1 Accionamiento por fuerza muscular

Por medio de este mando es posible supeditar una acción neumática a lo

ordenado por el operario que se encarga de accionarla. Entre estos

accionamientos figuran todos los que son realizados con la mano o con el pie

como pueden ser por medio de botón pulsador, por palanca, pedal, palanca

enclavable.

En la Figura 2.31 se observa los tipos de accionamiento manual.

Figura 2.31 Tipos de accionamiento por fuerza muscular.

2.4.3.2 Accionamiento mecánico

El accionamiento mecánico es necesarios en todas aquellas partes en las que la

válvula deba ser accionada mediante un órgano mecánico del equipo, por ejemplo:


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levas en el vástago de un cilindro, carros de las maquinas etc. A veces las

válvulas con este dispositivo de mando actúan como finales de carrera. En estos

accionamientos habrá que tener en cuenta una serie de precauciones para prever

la protección de los mecanismos de mando del distribuidor.

En la Figura 2.32 se observan los tipos de accionamientos mecánicos.

Figura 2.32 Tipos de accionamientos mecánicos.

2.4.3.3 Accionamiento neumático o por aire comprimido

Estos accionamientos utilizan aire a presión, se utilizan en accionamientos a

distancia. En el mando a distancia de un distribuidor el elemento emisor de

señales está separado del punto de accionamiento.

El accionamiento neumático puede realizarse por impulso de aire a presión,

accionamiento o pilotaje positivo o por reducción de la presión, accionamiento o

pilotaje negativo. Las válvulas accionadas por medios neumáticos con posición de

reposo automática, utilizan exclusivamente pilotaje positivo debido a que debe ser

vencida la fuerza del resorte.

Las tuberías de mando en las válvulas de accionamiento neumático no deben ser

demasiado largas, pues de lo contrario se hacen demasiado largo los tiempos de

respuesta y el consumo de aire también es demasiado grande.

En la figura 2.33 se observan los tipos de accionamiento neumático.


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Figura 2.33 Tipos de accionamiento neumáticos

2.4.3.4 Accionamiento eléctrico

El accionamiento eléctrico se efectúa con la fuerza que se provoca al hacer pasar

una corriente eléctrica alrededor de una bobina con un núcleo de hierro

desplazable en su interior. Tiene muchas ventajas frente al resto de

accionamientos y da lugar a una tecnología conocida como electroneumática.

Por medio de este mando se subordina una acción neumática por el paso de la

corriente a través de un electroimán. Las válvulas provistas de este sistema de

mando reciben el nombre de válvulas magnéticas o electroválvulas.

También se pueden clasificar los accionamientos en directos o indirectos, según el

mecanismo exterior actué directamente sobre el elemento de inversión o sobre

una pequeña válvula interna, que a su vez pilota al elemento de inversión de la

válvula principal.

Las válvulas de accionamiento indirecto o de mando previo están compuestas por

dos válvulas montadas en una sola unidad. La primera válvula sirve

exclusivamente para la inversión de la segunda, que es la válvula principal. (1)

(pág.48-53). En la Figura 2.34 se muestran los tipos accionamientos eléctricos.


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Figura 2.34 Tipos de accionamiento eléctrico.

2.4.3.5 Accionamiento combinado

El accionamiento puede ser con doble bobina, servopilotaje y pilotaje manual

auxiliar. En la Figura 2.35 se observa el tipo de accionamiento combinado.

Figura 2.35 Accionamiento combinado.

Para nombrar completamente una válvula de vías, la fórmula es la siguiente:

Válvula de # vías, # posiciones, activada por _____ y retorno por____.

En la Figura 2.36 se muestran unos ejemplos de la manera correcta para nombrar

completamente una válvula de vías. (2) (pág. 146-147).

Figura 2.36 Ejemplos de la formula completa.


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2.4.4 Activación directa de cilindros

Un actuador neumático es accionado por lo general mediante una válvula de vías.

La selección de la válvula depende en cada caso de la aplicación concreta.

2.4.4.1 Accionamiento de un cilindro de simple efecto

El vástago de un cilindro de simple efecto deberá avanzar al accionarse un

pulsador, volverá automáticamente a la posición normal cuando este se suelte.

Características del cilindro de simple efecto:

Trabaja en un sólo sentido

Muelle de reposición

Cuenta con una conexión para alimentación y un orificio de escape

Accionamos el cilindro mediante una válvula 3/2 vías manualmente, reposicionada

por muelle. La válvula cambia de posición normal a posición conmutada al

accionarse el pulsador. En la Figura 2.37 se observa el accionamiento del cilindro.

Figura 2.37 Activación de un cilindro de simple efecto.

El conexionado de la válvula de 3/2 vías consta de la conexión de aire a presión,

de la tubería de trabajo y, además, de la conexión de evacuación de aire.


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2.4.4.2 Activación de un cilindro de doble efecto

El vástago de un cilindro de doble efecto deberá avanzar al accionarse un

pulsador y deberá retroceder cuando este se suelte. El cilindro de doble efecto

trabaja en ambos sentidos. Cuenta con dos conexiones para la alimentación.

Accionamos el cilindro mediante una válvula 5/2 vías manualmente reposicionada

por muelle. En la Figura 2.38 se observa la activación de un cilindro de doble

efecto. (8) (pág. 32-33).

Figura 2.38 Activación de un cilindro de simple efecto

2.4.5 Características constructivas de las válvulas distribuidoras

La simbología de los elementos neumáticos nos muestra el comportamiento que

tienen los componentes de manera funcional. Sin embargo dicha simbología no

nos indica la construcción interna que tienen dichos elementos.

Las características constructivas de las válvulas determinan su forma de trabajar,

la fuerza de accionamiento requerida, el desplazamiento del obturador, su grado

de estanquidad, sus conexiones externas, su tamaño, su robustez y posible

duración y otras características. Según su construcción se distinguen las válvulas

de asiento y las válvulas de corredera. (5) (pág. 4).


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2.4.6 Válvulas de asiento

El principio de las válvulas de asiento asegura un funcionamiento, sin coincidencia

con el escape, es decir, durante el proceso de conmutación el escape de aire se

cierra antes de que pueda pasar el aire que entra.

En las válvulas de asiento el paso es abierto o cerrado mediante placas, bolas o

conos, obteniendo una perfecta estanqueidad de una manera muy simple. La

estanqueidad del asiento de la válvula se realiza casi siempre con juntas elásticas.

Normalmente cuentan con un muelle incorporado para el reposicionamiento y se

requiere una fuerza de accionamiento relativamente elevada para vencer la

resistencia de éste y de la presión del aire. Sin embargo, el desplazamiento

necesario del obturador para pasar de posición abierta a cerrada es muy reducido.

El tiempo de respuesta de las válvulas de asiento es muy corto, pues con una

pequeña elevación del cierre queda libre toda la sección de la válvula.

Las válvulas de asiento son poco sensibles a la suciedad, tienen pocas piezas

sometidas al desgaste, por lo tanto estas válvulas tienen gran duración y poseen

una buena estanqueidad. Se construyen con asiento de bola y con asiento plano.

(1) (pág. 46).

2.4.6.1 Válvula de 3/2 vías con asiento de bola

Estas válvulas con asiento de bola son de concepción muy simple y, por tanto,

muy económicas, pero como no siempre está garantizada la estanqueidad quedan

relegadas para funciones secundarias. Se distinguen por sus dimensiones muy

pequeñas.

Un muelle mantiene apretada una semiesfera contra el asiento; el aire comprimido

no puede fluir del empalme 1 (P) hacia la tubería de trabajo 2 (A). La conexión 2

(A) está comunicada a lo largo del taqué con el orificio de salida de aire 3 (R).

Posición cerrada en reposo.


Página 64

Al accionar el taqué, la bola se separa del asiento. Primero se cierra la conexión

para salida de aire 3 (R); luego se abre el paso de la conexión 1(P) a la conexión

2 (A). Posición abierta en reposo. Es necesario vencer al efecto la resistencia del

muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido

En la Figura 2.39 se representa el funcionamiento de la posición cerrada en

reposo y la posición abierta en reposo de una válvula de 3/2 vías con asiento de

bola.

Figura 2.39 Válvula de 3/2 vías con asiento de bola.

Este tipo de válvulas distribuidoras pueden ser de 2/2 vías o bien 3/2 vías con

escape a través del taqué de accionamiento. El accionamiento puede ser manual

o mecánico. (5) (pág. 5).

2.4.6.2 Válvula de 3/2 vías; cerrada en reposo con asiento plano

Las válvulas de asiento plano son más utilizadas por ofrecer mejores condiciones

de estanquidad. Pueden estar construidas como válvulas de 2/2, 3/2 y 4/2 vías.

Sin accionamiento estas válvulas se mantienen en posición normalmente

cerradas, provocada por el muelle de retroceso. Estas válvulas tienen el

inconveniente de que la fuerza de maniobra resulta elevada, ya que es necesario

vencer la fuerza de los muelles y la presión. (1) (pág. 47)


Página 65

Disponen de una junta simple que asegura la estanquidad necesaria. El tiempo de

repuesta es muy pequeño puesto que con un desplazamiento corto se consigue

un gran caudal de paso. También estas válvulas son insensibles a la suciedad y

tienen, por eso, una duración muy larga de servicio. (5) (pág. 5)

Un plato bajo la presión de un resorte bloquea el paso de la conexión de aire a

presión 1 (P) a la conexión de trabajo 2 (A). La conexión de trabajo 2 (A) está

comunicada con el orificio de salida de aire 3(R). Posición cerrada en reposo. (6)

(pág. 64)

En estas válvulas al accionar el taqué se bloquea primero el orificio de salida de

aire de A (2) hacia R (3), porque el taqué asienta sobre el disco, antes de abrir el

conducto de P (1). Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire

puede circular de P (1) hacia la conexión A (2). Posición abierta en reposo. Las

válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o

para el pilotaje de servoelementos. (5) (pág. 6)

En la Figura 2.40 se representa el funcionamiento de la posición cerrada en

reposo y de la posición abierta en reposo de la válvula de 3/2 vías con asiento

plano.

Figura 2.40 Válvula de 3/2 vías cerrada en reposo con asiento plano.


Página 66

2.4.6.3 Válvula de 3/2 vías; abierta en reposo con asiento plano

En el caso de una válvula de 3/2 vías; normalmente abierta o abierta en reposo,

con asiento plano, un plato bajo la fuerza de un resorte cierra el orificio de salida

de aire 3 (R). La conexión para aire a presión 1 (P) está comunicada con la

conexión de trabajo 2 (A). Posición abierta en reposo.

Al accionar el taqué se cierra con un disco primero la conexión de aire a presión

de 1 (P) hacia 2(A). Al seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento luego

y abre el paso de la conexión 2 (A) hacia la conexión 3 (R). El aire puede escapar

entonces por 3 (R). Posición cerrada en reposo. Al soltar el taqué, los muelles

reposicionan el émbolo con los discos estanquizantes hasta su posición inicial.

En la Figura 2.41 se muestra el funcionamiento de la posición abierta en reposo y

de la posición cerrada en reposo de la válvula de 3/2 vías; abierta en reposo, con

asiento plano

Figura 2.41 Válvula de 3/2 vías abierta en reposo con asiento plano.

Estas válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos

mecánicos, eléctricos o neumáticos. (5) (pág.6-7)


Página 67

2.4.6.4 Válvula de 4/2 vías, con asiento plano.

Es una válvula de 4 conexiones de trabajo, 2 posiciones. Cuenta con 2 émbolos

de mando. Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación

de dos válvulas 3/2 vías, una de ellas normalmente cerrada y la otra normalmente

abierta alojadas dentro de la misma carcasa. Estas válvulas de 4/2 vías se

emplean para controlar cilindros de doble efecto. (6) (pág. 74).

Esta válvula funciona de la siguiente manera. Los conductos de 1 (P) hacia 2 (A) y

de 4 (B) hacia 3 (R) están abiertos. Al accionar simultáneamente los dos taqués,

se cierra el paso de 1 (P) hacia 2 (A) y de 4 (B) hacia 3 (R). Al seguir apretando

los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de

reposicionamiento, se abren los pasos de 1 (P) hacia 4 (B) y de 2 (A) hacia 3 (R).

Esta válvula regresa a su posición inicial por fuerza de los muelles.

En la Figura 2.42 se observa el funcionamiento de una válvula de 4/2 vías, asiento

de plato. (5) (pág. 7)

Figura 2.42 Válvula de 4/2 vías.

2.4.6.5 Válvula de impulsos 5/2 vías, asiento de plato suspendido

Esta válvula tiene 5 conexiones de trabajo, 2 posiciones. Utiliza una junta de plato

suspendido con movimientos de conmutación relativamente pequeños.


Página 68

Se invierte alternativamente por pilotaje mediante aire comprimido y permanece en

la posición correspondiente hasta que recibe un impulso inverso. Se dice que es

una válvula biestable. Al recibir presión, el émbolo de mando se desplaza. En el

centro de dicho émbolo se encuentra un disco con una junta de asiento que une

los conductos de trabajo 2 o 4 con el empalme de presión 1(P) o los separa de

este. Las juntas secundarias del embolo unen las conexiones de evacuación de

aire con las conexiones de escape. El escape se realiza a través de 3 o 5. Se

utilizan para control los cilindros de doble efecto. La válvula tiene en ambos lados

una unidad de accionamiento manual para controlar el movimiento del émbolo.

Aunque en un principio pudiera parecer que se trata de una válvula de corredera

se trata de una válvula de asiento, pues aunque dispone de una corredera la

estanquidad se consigue mediante asiento. Si se comparan con las válvulas de

corredera longitudinal, son pequeños los recorridos de accionamiento. (5) (pág. 8).

Las válvulas neumáticas 5/2 vías tienen capacidad de memoria; para modificar el

mando basta con una breve señal (impulso). Esta válvula conmuta de la conexión

14(Z) a la conexión 12(Y) por efecto de señales neumáticas alternativas. Es decir:

Una señal neumática aplicada a la conexión de pilotaje 12 abre el paso de la

conexión 1 a la conexión 2. Una señal neumática aplicada a la conexión de pilotaje

14 hace que haya paso de la conexión 1 a la conexión 4. Cuando hay señales en

ambas conexiones de pilotaje, domina la primera señal recibida. (6) (pág. 80).

En la Figura 2.43 se muestra el funcionamiento de una válvula de impulsos de 5/2

vías, asiento plano suspendido.


Página 69

Figura 2.43 Válvula de impulsos de 5/2 vías, asiento de plato suspendido.

2.4.6.6 Servopilotaje

Cuando la válvula tiene un diámetro medio o grande se requiere un esfuerzo de

accionamiento superior al que en determinados casos es factible. Para obviar esta

dificultad se utiliza el denominado servopilotaje que consiste en actuar sobre una

pequeña válvula auxiliar, que abierta deja paso al aire para que actúe sobre la

válvula principal. Es decir el servopilotaje es simplemente un multiplicador de

esfuerzos. (5) (pág. 9)

Las válvulas con servopilotaje se emplean para poder disminuir las fuerzas de

accionamiento. Las válvulas con servopilotaje constan de 2 válvulas:

La válvula auxiliar o de servopilotaje (válvula de 3/2 vías) de diámetro

pequeño.

Y la válvula principal

Un canal de aire de pequeño diámetro comunica la conexión de aire a presión 1

de la válvula principal con la válvula servopilotada. Al accionar la leva de la válvula

servopilotada, pasa aire a presión al émbolo de mando de la válvula principal, y

ésta conmuta. El escape de la válvula servopilotada tiene lugar a través del

casquillo-guía de la leva. (6) (pág. 70).

En la Figura 2.44 se observa el funcionamiento del servopilotaje.


Página 70

Figura 2.44 Funcionamiento del servopilotaje.

2.4.6.7 Válvula distribuidora 3/2, servopilotada de accionamiento

por palanca con rodillo.

Es una válvula de 3 conexiones de trabajo, 2 posiciones. La válvula con

servopilotaje, posee en su interior un pequeño conducto con una válvula auxiliar

que conecta presión 1 (P) con la cámara del émbolo que acciona la válvula.

Cuando se acciona el rodillo, se abre la válvula auxiliar de servopilotaje, el aire

comprimido circula hacia la cámara superior del émbolo que al desplazarlo

modifica la posición de la válvula principal 3/2. La palanca con rodillo se activa por

ejemplo por medio de una leva. Gracias al servopilotaje, la fuerza de

accionamiento requerida es menor.

La inversión se realiza en dos fases. En primer lugar se cierra el conducto de 2 (A)

hacia 3 (R). Posición cerrada en reposo. Y luego se abre el 1 (P) hacia el conducto

2 (A). Posición abierta en reposo. La válvula se reposiciona por muelle al soltar el

rodillo. Se cierra el paso de la tubería de presión hacia la cámara del émbolo y se

purga de aire. El muelle hace regresar el émbolo de mando de la válvula principal

a su posición inicial.

Este tipo de válvula puede emplearse opcionalmente como válvula normalmente

cerrada o normalmente abierta. Tan sólo invirtiendo las conexiones 1 (P) y 3 (R), y

girando la parte superior del cuerpo en 180°. (5) (pág. 10).


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En la Figura 2.45 se observa el funcionamiento de la posición normalmente

cerrada y de la posición normalmente abierta de la válvula de 3/2 vías con

servopilotaje de accionamiento por palanca con rodillo.

Figura 2.45 Válvula de 3/2 vías con servopilotaje.

2.4.7 Válvulas de corredera

En estas válvulas, las conexiones externas se relacionan unas con otras o se

cierran por medio de una corredera longitudinal o giratoria, que se desplaza o gira

dentro de un cuerpo de válvula.

Válvula de corredera longitudinal

El elemento de mando de esta válvula es un émbolo que realiza un

desplazamiento longitudinal, uniendo o separando al mismo tiempo los

correspondientes conductos. Es decir el elemento móvil, un embolo, se desliza

perpendicularmente al eje del orificio que debe cerrar.

La corredera está formada por cilindros y discos coaxiales de diferente diámetro

dispuestos consecutivamente. La fuerza de accionamiento requerida es reducida,

porque no hay que vencer una resistencia de presión de aire o de muelle, como en


Página 72

el caso de las válvulas de asiento. La válvulas de corredera longitudinal pueden

accionarse manualmente o mediante medios mecánicos, eléctricos o neumáticos.

Estos tipos de accionamiento también pueden emplearse para reposicionar la

válvula a su posición inicial. La carrera es mayor que en las válvulas de asiento.

En este tipo de válvulas la estanquidad es más imperfecta que en las válvulas de

asiento. (5) (pág. 10).

Estas válvulas de corredera son las más empleadas por la sencillez de su

concepción y fabricación, además son de fácil mantenimiento. Estas válvulas

prestan funciones generales, destacando entre ellas el mando de cilindros que

requieren 5 vías, para lo que se disponen versiones de 5/2 y 5/3. Las fuerzas de

accionamiento son pequeñas, incluso a presiones elevadas. (1) (pág. 47).

2.4.7.1 Válvula de 5/2 vías biestable de memoria o impulsos

Esta válvula tiene 5 conexiones de trabajo, 2 posiciones. La válvula funciona como

válvula de memoria; para modificar el mando basta con una breve señal (impulso).


conexión 1 a la conexión 2.


conexión 1 a la conexión 4. Cuando hay señales en ambas conexiones de pilotaje,

domina la primera señal recibida. El escape se realiza a través de 3 ó 5.

Estas válvulas se utilizan para controlar cilindros de doble efecto. A continuación

se mencionan sus características.

Grandes recorridos de accionamiento

Se necesita poca fuerza para el accionamiento. (6) (pág. 78)

En la Figura 2.46 se observa el funcionamiento de una válvula de impulsos

biestable de 5/2 vías.


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Figura 2.46 Válvula de impulsos biestable de 5/2 vías.

2.4.7.2 Válvula de 5/3 vías (Centro cerrado)

Esta válvula tiene cinco conexiones: presión, dos con trabajo y dos con la

atmósfera, y puede adoptar 3 posiciones. Las conexiones 14 ó 12 accionan la

válvula mediante aire comprimido. En la parte superior de la Figura 2.47 se

muestra en su posición estable intermedia.

La válvula se centra por efecto de los muelles, cuando no se produce ninguno de

los pilotajes. En este caso las 5 vías se encuentran cerradas. Seguidamente se

muestra la válvula de 5/3 vías después de haber aplicado una señal de pilotaje en

14. El aire fluye de 1 a 4. La conexión 2 se descarga por la 3, mientras que la 5

queda libre. En último lugar aparece la misma válvula después de haber aplicado

la señal de pilotaje en 12. El aire fluye de 1 a 2. La conexión 4 se descarga por la

5 y 3 queda libre. (5) (pág.11)

En la Figura 2.47 se observa el funcionamiento de la válvula de 5/3 vías (Centro

cerrado).


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Figura 2.47 Válvula biestable de 3/5 vías.

2.5 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO

Los elementos en el sistema neumático son representados por símbolos que

indican la función del elemento en el sistema. Los símbolos de los componentes

se organizan de acuerdo a los niveles del sistema, estos niveles están dispuestos

según el flujo de señales, bien sea en el circuito neumático (de mando) o en el

circuito eléctrico (de control). En la estructura de los sistemas neumáticos el flujo

de las señales es de abajo hacia arriba.

La alimentación de energía es mediante tubo flexible o tubería. En un sistema de

control pueden diferenciarse los componentes como pertenecientes a cinco grupos

primarios. (2) (pág. 166).

En la Figura 2.48 se observa el flujo que se lleva para el diseño de un diagrama

neumático.


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Figura 2.48 Estructura básica de un sistema neumático.

2.6 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA

COMBINATORIA. FUNCIONES LÓGICAS.

Es la técnica en la cual los mandos lógicos se implementan utilizando solamente

órganos binarios, en donde los elementos solo suministran señales binarias de 0 y

1, estos valores representan el estado lógico de encendido y apagado.

Los órganos binarios se caracterizan por su funcionamiento opuesto, como los

apagadores eléctricos, distribuidores neumáticos, transistores, etc.

En la técnica eléctrica las señales son tensiones, en la técnica lógica de fluidos las

señales son presiones es por eso que se ha convenido que corresponda:

El signo 1 a la puesta en presión. “Cuando está en estado activo”

El signo 0 a la puesta en escape. “Cuando está en estado inactivo”

Las funciones lógicas permiten expresar instantáneamente la relación existente

entre los valores binarios de las presiones de los distintos puntos de un circuito


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neumático. Las células lógicas de fluidos están concebidas para cubrir las

funciones lógicas definidas.

El principio general consiste en reunir en funciones las diversas informaciones

binarias relativas al sistema, por medio de símbolos operativos representantes de

los tipos de funcionamiento característicos. Las funciones obtenidas definen las

condiciones de funcionamiento de los órganos receptores. Estas funciones pueden

ser:

2.6.1 Función identidad: “SI” o igualdad lógica.

Esta función corresponde a una igualdad de estados, es decir la salida siempre

tiene el mismo valor que la entrada.

En la Tabla 2.3 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la

función identidad: SI o igualdad lógica.

Tabla de verdad Ecuación Característica

Tabla 2.3 Función de identidad: "SI" o igualdad lógica.

Por ejemplo, si una célula entrega una presión de salida cuando el orificio de

mando esta a presión, y a la inversa, se dice que hay igualdad entre la señal de

salida A y la señal de mando X.

Es decir si la variable de entrada o señal de mando X es 0 “sin presión”, la señal

de salida será 0. El pistón está en estado inactivo “no hay presión”. En la figura

2.49 se representa el estado inactivo del pistón.


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Si la variable de entrada o señal de mando X, esta a presión, toma el valor de 1,

la señal de salida será 1, es decir el pistón esta en estado activo. En la Figura

2.50 se representa el estado activo del pistón.

Figura 2.49 Estado inactivo Figura 2.50 Estado activo

Figura 2.50 Estado activo

2.6.2 Función negación: “NO” (Inversión o complemento)

Esta función corresponde a una inversión de estados, es decir representa el valor

inverso de la variable o función. Se expresa gráficamente, mediante una raya o

barra colocada encima de la variable o función. En la tabla 2.4 se observa la tabla

de verdad y la ecuación característica de la función negación: “NO”


Tabla 2.4 Función negación


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Por ejemplo si una célula manda una presión de salida cuando el orificio de

mando esta en escape o a la inversa, se dice que hay inversión de salida A de la

señal de mando X.

En esta función se toma el valor 1 como señal de salida, si la variable de entrada o

señal de mando X toma el valor 0. El pistón está en estado inactivo. En la Figura

2.51 se observa el estado inactivo del pistón, con la función negación.

Y viceversa se toma, como señal de salida el valor 0 si, la variable de entrada o

señal de mando X, toma el valor 1. Es decir el pistón está activo. En la Figura 2.52

se muestra el estado activo del pistón, con la función negación.



2.6.3 Función conjunción: “Y” / “AND”

Esta función AND se caracteriza porque la salida es "1" solamente cuando todas

las variables de entrada están a presión, son "1". Tiene dos o más entradas;

combina el estado de las señales de entrada.


función AND, con su representación neumática.


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Tabla de verdad Ecuación

Característica

Representación

Neumática

Tabla 2.5 Función AND.

Por ejemplo una célula manda una presión de salida A si una y otra ósea “ambas”

de las señales de entrada están en presión.

Es decir el pistón está en estado inactivo, cuando la entrada X y la entrada Y,

toman el valor 0, “no tienen presión”, la salida será 0. En la Figura 2.53 se

observa el pistón inactivo con la primera combinación de señales de esta función.

Tampoco se activara si la variable de entrada o señal de mando X toma el valor 0

y la variable señal de entrada Y el valor 1, la salida será 0. En la Figura 2.54 se

observa el pistón retraído con la segunda combinación de señales de esta función.

Figura 2.53 Estado inactivo Figura 2.54 Pistón retraído


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El pistón sigue en estado inactivo, si la entrada o señal de mando X, toma el valor

1 y la entrada Y, toma el valor 0, la salida seguirá siendo 0. En la Figura 2.55 se

observa el pistón inactivo con una tercera combinación de señales de esta función.

En esta función AND, el pistón solo se activa si las variables de entrada X y Y,

están a presión, es decir toman el valor 1, forzosamente. En la Figura 2.56 se

muestra el estado activo del pistón cumpliendo la condición de la función.



2.6.4 Función disyunción: “O” / “OR”

Esta función tiene dos o más entradas; combina el estado de las señales X y Y.

Una célula 0 manda una presión de salida X si una u otra de las señales de

entrada esta a presión (o ambas).

En esta función la condición es que cualquiera de las dos entradas (o las dos) X o

Y, estén a presión para que se active el pistón.


función disyunción “OR”, con su representación neumática.


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Tabla de verdad Ecuación

Característica

Representación

Neumática

Tabla 2.6 Función OR.

En esta función el pistón estará retraído, si las variables de entrada X y Y toman

el valor 0, la señal de salida será 0, no habrá presión. En la figura 2.57 se observa

el pistón inactivo con la primera combinación de las señales de entrada.

Si la señal de mando X toma el valor de 0 y la señal de mando Y toma el valor

de 1, la señal de salida será 1. Es decir el pistón está activo. En la Figura 2.58 se

observa el pistón activo con la segunda combinación de señales de entrada.

Figura 2.57 Pistón inactivo Figura 2.58 Pistón activo

Figura 2.58 Pistón activo


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El pistón se volverá activar si ahora tomamos la variable 1 en la señal de mando

X y en la señal de mando Y la variable 0, esto hará que la señal de salida sea 1.

En la figura 2.59 se observa el estado activo del pistón con otra combinación de

las señales de entrada.

Otra manera de que esta función active el pistón, es accionando las dos entradas

de mando X y Y, lo cual hará que la señal de salida sea1. En la figura 2.60

observa el pistón activo con esta última combinación de las señales de entrada de

la función disyunción.

Figura 2.59 Estado activo Figura 2.60 Estado activo


2.6.5 Función OR - Exclusiva (XOR)

La salida es "1" cuando las entradas están en distinto estado. Es decir una célula

0 manda una presión X si una u otra de las señales de entrada X y Y esta a

presión (pero no ambas).

Esta función se forma con la combinación de dos AND con una OR. (7) (pág.140-

143).


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En la tabla 2.7 se observa la tabla de verdad y la ecuación característica de la

función, exclusiva XOR.


Tabla 2.7 Función OR-Exclusiva (XOR).

2.7 VÁLVULAS DE CIERRE, DE CAUDAL Y DE PRESIÓN.

SIMBOLOGÍA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

Las válvulas neumáticas son las que gobiernan el movimiento de los cilindros.

Pueden clasificarse por: su forma de cierre, la función que realiza la válvula, el

sistema de accionamiento y retorno. Según su forma de cierre pueden ser:

Por deslizamiento

Por asiento

Por cierre giratorio.

Según la función que realizan

Válvulas distribuidoras

Válvulas reguladoras

Válvulas de seguridad

Válvulas de secuencia

Válvulas temporizadoras


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Su sistema de accionamiento y retorno puede ser:

Manual

Eléctrico

Mecánico

Neumático

Las válvulas neumáticas se clasifican a su vez por el número de vías y pueden

ser:

De dos vías, de tres vías, de cuatro o de cinco vías

Existen válvulas que por su estructura interior tiene una concepción distinta y

estas son válvulas especiales, como son válvulas de tres posiciones, de pilotaje

diferencial, de descarga rápida, selectoras de circuito, antiretorno, etc. (7) (pág. 10).

2.7.1 Válvulas de cierre

Las válvulas de cierre bloquean el paso de aire comprimido en una dirección y lo

abren en la dirección contraria. La presión en el lado de la salida ejerce una fuerza

sobre el lado que bloquea y, por lo tanto, apoya el efecto de estanqueidad de la

válvula. Dentro del grupo de las válvulas de cierre, las más utilizadas en los

equipos neumáticos son las siguientes: (5) (pág. 14).

2.7.1.1 Válvula antirretorno

Una válvula antirretorno, tiene como función bloquear el paso de aire en un

sentido, mientras que en sentido opuesto pasa el aire con un mínimo de pérdida

de presión.

En la Figura 2.61 se observa la valvula de antitrretorno con su respectivo simbolo.


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Figura 2.61 Válvula real, y símbolo

La válvula de antirretorno cierra el paso del aire en un sentido y el aire solo puede

pasar a través de la sección regulada. El aire puede pasar libremente en la

dirección contraria a través de la válvula de antiretorno abierta. Es decir, cuando la

presión de entrada en el sentido de paso aplica una fuerza superior a la del resorte

incorporado, abre el elemento de cierre del asiento de la válvula. (2) (pág. 193).

En la Figura 2.62 se observa el funcionamiento de la válvula antirretorno.

Figura 2.62 Corte seccionado.

2.7.1.2 Válvula de llave

Una válvula de llave, abre o cierra el paso de aire en ambas direcciones. Las

válvulas de llave también se conocen como válvulas de paso. (2) (pág. 194).

En la Figura 2.63 se muestra la válvula de llave real, con su respectivo símbolo.


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Figura 2.63 Válvula de llave y Símbolo.

2.7.2 Válvulas de caudal

Estas válvulas influyen sobre la cantidad de circulación de aire comprimido; el

caudal se regula en ambos sentidos de flujo. La válvula de estrangulación es una

válvula de caudal

2.7.2.1 Válvula estranguladora

En una válvula estranguladora, se modifica de modo continuo el flujo del aire. El

efecto es el mismo en ambos sentidos.

Estas válvulas suelen ser regulables. El ajuste correspondiente puede ser fijado.

Son utilizadas para controlar la velocidad de los actuadores. Deberá ponerse

cuidado en que la válvula de estrangulación nunca está cerrada del todo.

En la Figura 2.64 se observa una válvula estranguladora real con su respectivo

símbolo. También se muestra su corte seccionado.


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Figura 2.64 Válvula real, corte seccionado y su respectivo símbolo.

La válvula de estrangulación y antirretorno reduce el caudal de aire solamente en

un sentido. Estas válvulas son utilizadas para regular la velocidad de cilindros

neumáticos. Es recomendable instalarlas lo más cercanas posible a los cilindros.

(8) (pág. 25).

2.7.2.2. Elementos de mando. Válvula reguladora de caudal

(unidireccional)

Es la mezcla entre un regulador de caudal “válvula de estrangulación” en paralelo

con una válvula antirretorno. El estrangulador surte efecto sólo en un sentido, en el

sentido contrario, el estrangulador no surte efecto. El sentido de estrangulación se

indica con una flecha grabada en el componente.

En la Figura 2. 65 se muestra la válvula real, con su respectivo símbolo.

Figura 2.65 Regulador de caudal unidireccional y su símbolo.


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La estrangulación, normalmente regulable desde el exterior, sirve para variar el

caudal que lo atraviesa y, por lo tanto, para regular o aminorar la velocidad de

desplazamiento del vástago de un cilindro de simple o doble efecto. Según como

se disponga la válvula antirretorno consigue regular la velocidad del vástago en

uno u otro sentido. También se conoce con el nombre de regulador de velocidad o

regulador unidireccional.

La válvula antirretorno cierra el paso del aire en un sentido y el aire ha de circular

forzosamente por la sección estrangulada. En el sentido contrario, el aire circula

libremente a través de la válvula antirretorno abierta. Las válvulas antirretorno y de

estrangulación deben montarse lo más cerca posible de los cilindros. (2) (pág. 197).

Figura 2.66 Corte seccionado de una válvula unidireccional.

2.7.2.3 Válvula de escape rápido

Se utilizan para la descarga rápida de aire en elementos de trabajo. La velocidad

del émbolo puede aumentarse casi hasta el valor máximo posible. Debe instalarse

lo más cerca posible del cilindro. (2) (pág. 201).

En la figura 2.67 se observa la válvula de escape rápido real, con su símbolo.


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Figura 2.67 Válvula de escape rápido y símbolo

Estas válvulas tienen la finalidad de aumentar la velocidad de los actuadores. Con

ellas se puede reducir el tiempo de retroceso o retorno, especialmente tratándose

de cilindros de simple efecto. (8) (pág. 24).

Se trata de una válvula que evacua el aire de manera rápida hacia la atmosfera a

través de una abertura relativamente grande. La válvula tiene una conexión

bloqueada de presión “alimentación” 1(P), una conexión bloqueable de escape

3(R) y una conexión de salida 2(A).

En la Figura 2.68 se muestra el funcionamiento de la válvula de escape rápido.

Figura 2.68 Corte seccionado, válvula de escape.

Cuando el aire procede de la alimentación se cierra R y pasa hacia A. Si el aire

procede de A se cierra P y el aire se dirige directamente a R. (5) (pág. 23).


Página 90

2.7.2.4 Válvulas combinadas

Además de las válvulas descritas existen válvulas que se fabrican formando un

solo bloque, con misiones específicas, normalmente muy repetidas en los circuitos

neumáticos. A continuación se explican algunas de las más destacadas.

2.7.2.4.1 Válvula temporizadora

Una válvula temporizadora está compuesta de una válvula neumática de 3/2 vías,

(Pueden tener posición normal de bloqueo o de paso abierto), una válvula de

estrangulación y antiretorno (Regulador de flujo unidireccional) y de un pequeño

acumulador de aire a presión. (2) (pág. 206).

En la Figura 2.69 se muestra una válvula temporizadora real con su símbolo.

Figura 2.69 Válvula temporizadora real y símbolo

Tienen como finalidad la apertura de una válvula después de transcurrido un lapso

de tiempo a partir de su activación. El aire comprimido entra en la válvula por el

empalme P (1) (Figura 2.69 izquierda). El aire del circuito de mando penetra en la

válvula por el empalme Z (12) pasando a través de una válvula antiretorno con

estrangulación regulable; según el ajuste del tornillo de éste, pasa un caudal

mayor o menor de aire al depósito de aire incorporado. De esta manera se va

incrementando la presión en el depósito hasta alcanzar el valor suficiente para

vencer la fuerza del resorte que mantiene cerrada la válvula 3/2. En ese momento

el disco se levanta de su asiento y el aire puede pasar de P(1) hacia A(2). El


Página 91

tiempo en que se alcanza la presión de consigna en el depósito corresponde al

retardo de mando de la válvula.

Para que el temporizador recupere su posición inicial, hay que poner a escape el

conducto de mando Z (12). El aire del depósito sale rápidamente a través del

sentido favorable de la válvula antirretorno a la atmósfera. Los muelles de la

válvula vuelven el émbolo de mando y el disco de la válvula a su posición inicial. El

conducto de trabajo A (2) se pone en escape hacia R(3) y P(1) se cierra. Para que

el temporizador tarde un determinado tiempo en cerrar el paso del aire después de

su activación basta con sustituir la válvula 3/2 NA por otra NC. (5) (pág. 26).

En la figura 2.70 se muestra el corte seccionado de la válvula temporizadora

donde se observa la posición cerrada en reposo y la posición de paso abierto.

Figura 2.70 Corte secccionado

2.7.3 Válvulas de presión

Las válvulas de presión son elementos que se encargan de regular la presión o

que son controladas por presión. Se dividen principalmente en tres grupos:

Válvulas reguladoras de presión

Válvulas limitadoras de presión

Válvulas de secuencia


Página 92

2.7.3.1 Válvulas reguladoras de presión

Son utilizadas para mantener una presión constante, en su salida

independientemente de la presión que exista a la entrada, en los elementos de

trabajo, incluso cuando la presión en el sistema o red de distribución oscila. La

presión de entrada es siempre mayor que la presión de salida. (2) (pág. 210).

En la Figura 2.71 se observa la válvula reguladora de presión real.

Figura 2.71 Válvula reguladora de presión.

Existen dos tipos, con las características que a continuación se explican.

REGULADOR DE PRESIÓN CON ORIFICIO DE ESCAPE

Esta válvula consta de una membrana con un orificio en su parte central

presionada por un muelle cuya fuerza puede graduarse desde el exterior; además

dispone de un estrechamiento en su parte superior que se modifica al ser

desplazado un vástago por la membrana, siendo a su vez retenido por un muelle.

La regulación de la presión se consigue de la manera siguiente. Si la presión de

salida es superior a la definida actúa sobre la membrana oprimiendo el muelle y

dejando pasar el aire hacia el exterior a través del orificio de escape. Cuando se

alcanza la presión de consigna la membrana regresa a su posición normal

cerrando el escape. El estrechamiento de la parte superior tiene como finalidad

producir la pérdida de carga necesaria entre la entrada y la salida. El muelle que

dispone esta válvula auxiliar tiene por objeto atenuar las oscilaciones excesivas.


Página 93

En la figura 2.72 se observa el orificio de escape de este regulador de presión.

Figura 2.72 Corte seccionado de un regulador de presión con orificio de escape.

REGULADOR DE PRESIÓN SIN ORIFICIO DE ESCAPE

La válvula sin orificio de escape es esencialmente igual a la anterior con la

diferencia de que al no disponer de orificio de escape a la atmósfera cuando se

produce una sobrepresión es necesaria que se consuma el aire para reducir la

presión al valor de consigna. (5) (pág. 18-19).

2.7.3.2 Válvula limitadora de presión

Son utilizadas como válvulas de seguridad, ya que evitan que la presión del

sistema sea mayor a la máxima admisible. Estas válvulas se abren y dejan pasar

el aire en el momento en que se alcanza una presión de consigna, se disponen en

paralelo. Al alcanzar en la entrada de la válvula el aire una determinada presión,

se abre la salida y el aire sale a la atmósfera. La válvula permanece abierta hasta

que el muelle, una vez alcanzada la presión ajustada, cierra de nuevo el paso.

Algunas válvulas disponen de un enclavamiento que requiere una actuación

exterior para proceder de nuevo a su cierre. (1) (pág. 68).


Página 94

2.7.3.3 Válvula de secuencia

Son utilizadas en mandos neumáticos cuando es necesario disponer de una

presión determinada para ejecutar una operación de conmutación. Estas válvulas

se componen principalmente de dos elementos:

Válvula de control de presión (limitadora)

Válvula de 3/2 vías (Puede ser NC o NA) (2) (pág. 212).

En la Figura 2.73 se observa una válvula de secuencia real, con su respectivo

símbolo.

Figura 2.73 Válvula de secuencia y símbolo

Su funcionamiento es muy similar al de la válvula limitadora de presión, la

diferencia radica que en vez de salir el aire a la atmósfera al alcanzarse la presión

de consigna, deja pasar el aire para realizar un determinado cometido. La salida

de la válvula de secuencia permanece bloqueada hasta que se alcanza la presión

preseleccionada; solo entonces la válvula se abre y permite circular el aire

comprimido desde la entrada hacia la salida. (1) (pág. 69).

En la Figura 2.74 se observa el funcionamiento de una válvula de secuencia.


Página 95

Figura 2.74 Corte seccionado de la válvula de secuencia.

2.8 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS CON LÓGICA

SECUENCIAL.

Sistemas secuenciales

Un proceso secuencial es aquel que se ejecuta en un orden lógico y cronológico.

Para el diseño de sistemas neumáticos secuenciales existen varios métodos:

Método básico.

Método de rodillo abatible.

Método de cascada.

Método de paso a paso:

Mínimo y Máximo.

Para el desarrollo de sistemas neumáticos en la siguiente unidad se usara el

método básico, el cual se desarrolla de la siguiente manera:

1) De acuerdo con el problema propuesto, dibujar un croquis de situación.

2) Proponer según la aplicación, el diagrama de potencia neumático y los

sensores de final de carrera a utilizar.

3) Realizar el diagrama de movimientos ó de espacio-fase. El cual puede expresar

el funcionamiento y secuencia de varios cilindros de forma gráfica.

4) Indicar y numerar a los elementos de señal (sensores) en el diagrama anterior.


Página 96

5) Utilizar la información anterior para el desarrollo del circuito de control

neumático. (2) (pág. 216).

2.9 NORMA DE LA NEUMÁTICA: NORMA DIN ISO 1219.

Las identificaciones de los orificios de las válvulas neumáticas, reguladores, filtros

etc., tendieron a presentar una gran diversidad entre un fabricante y otro; donde

cada fabricante adoptó su propio método, no teniendo la preocupación de utilizar

un estándar universal. En 1976, el CETOP - Comité Europeo de Transmisión

Óleo-Hidráulica y Neumática, propuso un método universal para la identificación

de los orificios a los fabricantes de este tipo de equipo. El código, presentado por

CETOP, viene siendo estudiado para que se convierta en una norma universal a

través de la Organización Internacional de Normalización - ISO.

La finalidad del código es hacer que el usuario tenga una instalación fácil de los

componentes, relacionando las marcas de los orificios en el circuito con las

marcas contenidas en las válvulas, identificando claramente la función de cada

orificio. Esta propuesta es de forma numérica, según se muestra a continuación:

Los Orificios se Identifican como:

No.1 - alimentación: orificio de suministro principal.

No.2 - utilización, salida: orificios de aplicación en las válvulas de 2/2, 3/2 y 3/3.

Nos.2 y 4 - utilización, salida: orificios de aplicación en las válvulas 4/2, 4/3, 5/2 y

5/3.

No.3 - escape o drenaje orificios de liberación del aire utilizado en las válvulas 3/2,

3/3, 4/2 y 4/3.

Nos.3 y 5 - escape o drenaje: orificio de liberación del aire utilizado en las válvulas

5/2 y 5/3.


Página 97

Orificio número 1 corresponde al suministro principal; 2 y 4 son aplicaciones; 3 y

5 escapes.

Orificios de Pilotaje son identificados de la siguiente manera: 10, 12 y 14. Estas

referencias se basan en la identificación del orificio de alimentación 1.

No.10- indica un orificio de pilotaje que, al ser influenciado, aísla, bloquea, el

orificio de alimentación.

No.12 - liga la alimentación 1 con el orificio de utilización 2, cuando actúa el

comando.

No.14 - comunica la alimentación 1 con el orificio de utilización 4, cuando actúa el

pilotaje.

Cuando la válvula asume su posición inicial automáticamente (regresa por resorte,

por presión interna) no se hace identificación en el símbolo.

Identificación de los Orificios – Medio Literal

En muchas válvulas, la función de los orificios es identificada literalmente. Eso se

debe principalmente a las normas DIN (DEUTSCHE NORMEN), que desde marzo

de 1966 están en vigencia en Bélgica, Alemania, Francia, Suecia, Dinamarca,

Noruega y otros países. Según la Norma DIN 24300, Capitulo 3, Sección 2, Nr.

0.4. de marzo de 1966, la identificación de los orificios es la siguiente:

Línea de trabajo (utilización): A, B, C.

Conexión de presión (alimentación): P.

Escape al exterior del aire comprimido utilizado por los equipos neumáticos

(escape, drenaje): R, S, T.

Drenaje del líquido: L

Línea para transmisión de energía del comando (líneas de pilotaje): X, Y, Z.


Página 98

Los escapes son representados también por la letra E, seguida por la respectiva

letra que identifica la utilización (normas N.F.P.A.). Ejemplo:

EA: significa que los orificios en cuestión son el escape o drenaje del punto de

utilización A.

EB: escape del aire utilizado por el orificio B. La letra D, cuando es utilizada,

representa el orificio de escape del aire del comando interno.

En resumen, tenemos una tabla de identificación de los orificios de una válvula

direccional. (11) (Pág. 40-41).

En la tabla 2.8 se observa la nomenclatura de las normas.

Orificio Norma DIN 24300 Norma ISO 1219

Presión P 1

Utilización A B C 2 4 6

Escape R S T 3 5 7

Pilotaje X Y Z 10 12 14

Tabla 2.8 Nomenclatura de las normas.


Página 99

CAPITULO III CAPITULO III

PROBLEMAS DE APLICACIÓN REALES DE AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA.

Un número creciente de empresas industriales están aplicando, con evidentes

ventajas, la automatización de su maquinaria mediante equipos neumáticos. En

muchos casos esto comporta una inversión de capital relativamente pequeña.

En el concepto de equipo neumático quedan comprendidos todos los elementos

neumáticos de mando y de trabajo unidos entre sí por tuberías, por lo que el

equipo neumático puede estar constituido por una o varias cadenas de mando

empleados para la solución de un determinado problema. (7) (pág.17).

Todos los ejercicios cuentan con el diagrama movimiento-operación y su diagrama

neumático correspondiente para que el lector compruebe por sí mismo su eficiente

funcionamiento.

En este capítulo se desarrollaran dos ejercicios de aplicación reales con la

industria. La solución de estos problemas se desarrollara por medio del software

FluidSim-P. Demostrando las ventajas en la utilización del software FluidSim-P

para la elaboración y simulación de los sistemas de automatización diseñados

previamente, para la reducción de tiempos de diseño y la puesta a punto de tales

sistemas.

A continuación se presentan los dos ejercicios desarrollados con el método paso a

paso, para resolver un problema práctico en la industria, utilizando elementos

neumáticos para efectuarlo prácticamente en prototipos con equipo FESTO.


Página 100

Ejercicio Número 1: Elevador y Distribuidor de Cartones

de cerveza.

Se realizo el análisis de implementación en una compañía cervecera, en la cual se

tiene un circuito neumático de la siguiente manera: con ayuda de un cilindro

neumático deben ser elevados cartones los cuales vienen vacios del almacén de

cajas, poco antes de llegar a la posición final del cilindro elevador, un segundo

cilindro ha de desplazar horizontalmente los cartones sobre una pista de rodillos

para el llenado de estos con el producto. El mando del movimiento vertical ha de

ser iniciado manualmente, pero el movimiento horizontal ha de ser mandado por el

cilindro vertical en función del movimiento.

En la imagen 3.1 se muestra la banda con los cartones.

Figura 3.1 Banda de cartones


Página 101

Objetivos:

1. Introducción a circuitos neumáticos con lógica secuencial.

2. Introducción al diagrama espacio fase.

3. Armar el circuito y probar su funcionamiento.

Componentes del sistema:

Dos cilindros de doble efecto.

Dos válvulas antirretorno estranguladoras.

Dos Válvulas de 5/2 vías.

Una válvula de simultaneidad (compuerta “AND”).

Una válvula 3/2 vías activada por botón de enclavamiento y retorno por

resorte.

Cuatro válvulas 3/2 vías, cada una activada por rodillo y retorno por resorte.

Unidad de mantenimiento.

Fuente de alimentación (compresor).

Los elementos antes mencionados se desarrollaran en el software FluidSim-P.

Para la solución de este problema.

Condiciones:

1. Al pulsar el botón de inicio el cartón es elevado por el cilindro A (cilindro de

elevación)

2. A continuación es empujado a otro transportador por medio del cilindro B.

(cilindro de transferencia).

3. El cilindro A debe retroceder primero seguido del cilindro B.

4. Los cilindros avanzan y retroceden por medio de válvulas bi-estables.


Página 102

Para el desarrollo y la solución de este problema, de sistemas neumáticos se

usara el método básico, el cual se desarrolla de la siguiente manera:

1) De acuerdo con el problema propuesto, dibujar un croquis de situación. En la

Figura 3.2 se muestra la representacion del croquis de situacion.

Figura 3.2 Croquis de situación.



3) Realizar el diagrama de movimientos ó de espacio-fase. En la Figura 3.3 se

observa el diagrama de movimiento espacio fase del problema.

Figura 3.3 Diagrama de movimiento ó de espacio-fase.


Página 103



neumático.

En la Figura 3.4 se observa el diagrama para la solución del problema, utilizando

el software FluidSim-P.

Figura 3.4 Solución mediante el software FluidSim-P

NOTA: básicamente el principio de funcionamiento de este sistema tiene lugar

en diferentes áreas de aplicación, conectándose con diferentes elementos de

automatización como un PLC y elementos electro neumáticos para ser un sistema

autómata, creando así áreas considerablemente extensas de aplicación.

1 1

2

2

1 3

4 2

5

1

3

4 2

5

1

3

2

1 3

S3

2

1 3

S2

2

1 3

S1

S1 S2 S3 S4

2

1 3

S4

50

%

60

%

cilindro A)cilindro B)


Página 104

Ejercicio Número 2: Distribuidor de Cargas a Líneas de

Producción.

Se realizo el análisis de implementación en una empresa cervecera, en la cual se

tiene un circuito neumático compuesto de la siguiente forma: una banda

transportadora surte de producto denominado “six pack” de cerveza. Los cuales

vienen de la empacadora ya listos para pasar a la banda que transporta el

producto a dos líneas de envasado, las cuales llevan el producto hacia el almacén,

con la finalidad de aligerar la carga y distribución de trabajo a la employadora de

palets de producto terminado y listo para su distribución. Gracias a este proceso

se ha logrado reducir personal, minimizar tiempo, maximizar ganancias e

incrementar la producción.

Condiciones:

1. En posición inicial los cilindros de doble efecto B, C (cilindros de traslado)

deben estar en su carrera final, mientras el cilindro A se encuentra retraído.

2. El cilindro A se desplaza hasta llegar al final de su carrera. (paro de

cartones).

3. Los cilindros B, C retrocederán cuando el cilindro A llegue al final de su

carrera.

4. Los cilindros avanzan y retroceden por medio de válvulas biestable.

Componentes del sistema:

Tres cilindros de doble efecto.

Dos válvula 4/2 vías, biestables, accionadas por pilotaje neumático.

Una válvula de simultaneidad (compuerta “AND”).


Página 105

Cinco válvulas 3/2 vías, cada una de ellas activada por rodillo y retorno por

muelle.

Una válvula 3/2 vías accionada por botón pulsador y retorno por resorte.

Unidad de mantenimiento.

Fuente de alimentación (compresor).

Para el desarrollo y la solución de este problema, de sistemas neumáticos se

usara el método básico, el cual se desarrolla de la siguiente manera:

1) De acuerdo con el problema propuesto, dibujar un croquis de situación. En la

figura 3.5 se muestra la representacion del croquis de situacion.

Figura 3.5 Croquis de situación



3) Realizar el diagrama de movimientos ó de espacio-fase. En la figura 3.6 se

observa el diagrama de espacio-fase.


Página 106

Figura 3.6 Diagrama espacio fase



neumático. En la imagen 3.7 se observa el diagrama para la solución del

problema, utilizando el software FluidSim-P.

Figura 3.7 Solución mediante el software FluidSim-P.

S2S1 S3 S4

2

1 3

2

1 3

S3

2

1 3

S1

2

1 3

S2

4 2

1 3

4 2

1 3

2

1 3

S4

1 1

2

cilindro A) cilindro B) cilindro C)


Página 107

NOTA: al igual que nuestro ejercicio anterior el funcionamiento básico

de este circuito tiene una amplia aplicación en la industria

dependiendo el área en el que se quiera utilizar, y siempre

necesitando de diferentes elementos de automatización para ser

autónomo.


Página 108

CONCLUSIONES

El motivo de la realización de esta monografía fue debido al interés que despertó

en nosotros el curso de automatización neumática para reforzar nuestros

conocimientos aprendidos en la E.E. de “automatización” dentro de nuestra

facultad, por tal motivo se plantearon detalladamente conocimientos básicos

aprendidos en el curso de neumática básica industrial implementada por la

empresa FESTO DIDACTIC.

Al término de este trabajo se concluye que la neumática, asociada con la

automatización es una técnica muy importante y básica, utilizada en diferentes

ramas de la industria. La cual es muy necesaria para:

Simplificar el trabajo, automatizando diferentes procesos de producción, mejorar el

proceso y con ello la calidad del producto, reducción de tiempos en determinada

tarea encomendada, aumentar la producción, simplificar la mano de obra, mejorar

la productividad de la empresa, reducción de costes.

Por lo que afirmamos así que la neumática es una forma fácil de automatizar

ciertas maquinas con ayuda del aire y otros elementos sometidos a movimiento,

por parte de está. La generación, almacenaje, distribución y utilización del aire

comprimido resultan relativamente baratos y además ofrecen un índice de

peligrosidad bajo, es decir ofrece una alternativa altamente segura en lugares de

riesgo. Cabe mencionar que para la utilización del aire esté debe ser previamente

tratado para tener una correcta distribución y un buen funcionamiento en los

equipos alimentados que conforman la red.

Durante el desarrollo de este trabajo se describieron componentes de sistemas

neumáticos como: válvulas, filtros, compresores, accionadores, pistones y otros

componentes neumáticos dependiendo de la amplitud del sistema a desarrollar,

todo esto utilizado para la automatización de ciertos procesos. Y así con la ayuda

del software FluidSim-P se pudo representar y simular algunos ejercicios ya


Página 109

planteados para su mejor entendimiento, para representar de forma práctica y

general la solución de problemas reales en la industria.

Gracias a este software FluidSim-P se puede verificar el correcto funcionamiento

del sistema a utilizar, esto antes de su puesta en marcha físicamente y así tener

un margen de error mínimo durante el montaje.

Y de esta manera se espera que la información aquí plasmada permita reforzar

conocimientos para los interesados. Y comprendan de una manera sencilla y

práctica los principios básicos de las aplicaciones neumáticas en la industria.

Esperando así continuidad de este trabajo, con la realización de un manual de

prácticas de sistemas neumáticos para reforzar prácticamente lo antes redactado.


Página 110

BIBLIOGRAFÍA

1) Guillén Salvador Antonio, “Introducción ala neumática”, Marcombo, 1999,

México.

2) Negrete López Julio César, Seminario “Iniciación a la técnica de Automatización

con neumática”, FESTO DIDACTIC, 2011, México.

3) leberrios.files.wordpres.com/2011/10/leyes-de-newton.pdf.

4)http://cursos.aiu.edu/Sistemas%20Hidraulicas%20y%20Neumaticos/PDF/Tem

a%204.pdf

5)http://www.ehu.es/inwmooqb/NEUMATICA/Neumatica%20y%20electroneumatic

a/CAP4.%20Valvulas%20neumaticas.pdf

6) P. Croser, J. Thomson, F. Ebel, FESTO DIDACTI, “Fundamentos de la

neumática”.

7) Guillén Salvador Antonio, “Aplicaciones Industriales de la Neumática”, 1ra

edición, Marcombo, 1998, México.

8) Neumática Industrial, Libro de texto, Seminario P-111, FESTO DIDACTIC,

2000, Colombia.

9) Piedrafita Moreno Ramón, “Ingeniería de la Automatización Industrial”, RA-MA,

2a Edición, 2004, Madrid.

10)http://www.tlalpan.uvmnet.edu/oiid/download/La%20automatizaci%C3%B3n%2

0neum%C3%A1tica_04_ING_IMI_PIT_E.pdf

11)httpformacion.plcmadrid.esdescargasdocsneumaticaNumatica_Industrial_Parke

r.pdf

Engineering

Neumática industrial con festo