AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA II

• RED DE DISTRIBUCIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE

  -RED DE DISTRIBUCIÓN

En un circuito neumático es necesario llevar el aire comprimido desde el lugar donde se produce hasta los componentes que generan trabajo.

La red de distribución es el conjunto de tuberías que conduce el aire comprimido a todos los elementos del circuito neumático. Esta red parte del depósito y garantiza la presión y la velocidad del aire en todos los puntos (Fig. 7.10).

Para ello, las tuberías de la red de distribución deben tener un diámetro que garantice el cumplimiento de estas condiciones. En general, el diámetro de la tubería va en función de:

• La presión de trabajo.
• La velocidad de circulación del aire.
• La pérdida de presión.
• La longitud de la conducción.
• Las estrangulaciones existentes a lo largo de la conducción, originadas por codos o derivaciones.

 

  

  - DEPOSITOS Y ACUMULADORES

En los circuitos neumáticos es necesario mantener el nivel de presión en todos los puntos. Esta es la misión de los depósitos, y lo consiguen acumulando aire a presión en su interior. De este modo, si hay algún fallo en el circuito o se produce una falta de electricidad, el circuito puede seguir funcionando gracias a este aire que estaba almacenado en los depósitos.

Su tamaño debe ir en función del caudal de aire que se consume en el circuito y de la potencia del compresor. Si se tiene alguna duda, siempre es mejor colocar un depósito con el que se cumplan sobradamente las exigencias que tiene el circuito antes que uno que las cumpla de forma escasa. De todas formas, en los catálogos que suministran los fabricantes de depósitos se ofrece la información necesaria para el cálculo de sus características.

                                                

                                         

Los acumuladores son elementos similares a los depósitos, pero de tamaño menor, y sirven para mantener la presión en unos niveles similares en todos los elementos del circuito. En circuitos muy grandes deben colocarse varios acumuladores, cuya misión es compensar las pérdidas de presión que se producen cuando las conducciones son muy largas.

  - TRATAMIENTO DEL AIRE

El aire utilizado para las instalaciones neumáticas es atmosférico, por lo que lleva en suspensión partículas de diferentes tipos y tamaños que podrían influir en el funcionamiento del circuito.

Para que todos los elementos de un circuito neumático funcionen de forma correcta, hay que eliminar estas impurezas total o parcialmente. Así, para lograr la pureza del aire que es necesaria para un circuito neumático, es necesario utilizar una serie de dispositivos auxiliares:

• Filtros: se colocan en puntos estratégicos del circuito neumático, y también a la entrada del compresor, para eliminar las impurezas del aire. Estas, al chocar contra las pare­des del filtro, caen a la parte inferior y se eliminan con el purgador. La Figura 7.13 muestra una unidad de filtrado de aire que, además, facilita la condensación de agua al estar en contacto el aire con las paredes frías.
• Separadores: eliminan las partículas de aceite provenientes del circuito de lubricación.
• Colectores de condensación: su misión es eliminar las partículas de agua que lleva el aire. Este proceso es posible llevarse a cabo con diferentes técnicas y puede llegar a dejar un contenido de agua en el aire de tan solo 0,001 g/m³.
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Si no se realiza este proceso de acondicionamiento del aire, aparecen fallos en el circuito que harán que deje de cumplir su función.
                                               
                                                 

• ELEMENTOS DE TRABAJO

Lo energía del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un movimiento lineal de vaivén, y mediante motores neumáticos, en movimiento de giro.

  - CILINDROS DE SIMPLE EFECTO

Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.
El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el émbolo a su posición inicial a una velocidad suficientemente grande.
En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de éste limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm.
Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc.

  - CILINDROS DE DOBLE EFECTO

La estanqueidad se logra con un material flexible (perbunano), que recubre el pistón  metálico o de material plástico. Durante el movimiento del émbolo, los labios de junta se deslizan sobre la pared interna del cilindro.
En la segunda ejecución aquí mostrada, el muelle realiza la carrera de trabajo; el aire comprimido hace retornar el vástago a su posición inicial.

  - CONSUMO DE AIRE

Para conocer el gasto de energía decidir el grupo compresor adecuado es importante conocer el consumo de aire de una instalación. El cálculo de dicho consumo debe estar referido a condiciones normales de funcionamiento (presión de un bar, temperatura de 20 grados centígrados y humedad relativa de 65 %).
En el supuesto de un cilindro de doble efecto, el volumen de ambas cámaras, según se muestra en la siguiente imagen.

               

  - ESFUERZOS SOBRE EL VÁSTAGO DE UN CILINDRO

En los sistemas de cilindros neumáticos que normalmente manejamos o diseñamos, se requiere conocer de una forma rápida la fuerza que ejerce el cilindro, al igual que el aire consumido, para tener un mayor conocimiento del grado de desarrollo del trabajo para el que este que ha sido diseñado o instalado.

El cilindro neumático de aire comprimido es por lo general el elemento productor de trabajo en un equipo neumático. Tiene por objetivo generar un trabajo durante su movimiento rectilíneo de avance o retroceso.

En los cilindros neumáticos de simple efecto, el émbolo recibe el aire a presión por una sola cámara. Estos cilindros sólo pueden ejercer el trabajo en un sentido (carrera de trabajo). La carrera de retorno del émbolo tiene lugar por medio de un muelle incorporado, o bien por fuerza externa.

En los cilindros neumáticos de doble efecto, el émbolo recibe aire a presión, alternativamente por ambos lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos (carrera de avance y carrera de retroceso). La fuerza producida por un cilindro de doble efecto en el sentido que consideramos avance, no es igual a la fuerza que produce en el sentido retroceso, ya que la superficie sobre la que actúa la presión del aire es diferente, debido al espacio ocupado por el vástago.

  - DIAGRAMA DE PANDEO

                

• ELEMENTOS DE MANDO

Los elementos encargados del mando y regulación en los circuitos neumáticos son las válvulas. Podemos definir válvula como; “Dispositivo para controlar o regular el arranque, parada y sentido así como la presión o el flujo del medio de presión, impulsado por un compresor, una bomba de vacío o depósito acumulador.

Más allá de las formas de construcción de las mismas (de compuerta, de bola, de plato, etc.) la importancia de las mismas radica en la función que puede obtenerse de ellas.

                                                           

• DETECTORES NEUMÁTICOS

Los detectores o captadores son los dispositivos encargados de captar la informaciónde un momento dado, y transmitir ésta al sistema neumático. Estos son los elementosque controlan cada una de las fases de un proceso.

La gran variedad de detectores se pueden agrupar siguiendo diferentes criterios:

-Válvulas neumáticas con accionamiento mecánico.

-Captadores neumáticos

  -de proximidad o réflex

  -de paso o de barrera de aire.

  -de restricción de fuga

-Detectores eléctricos

-Interruptores eléctricos (con accionamiento mecánico).

-Detectores magnéticos

-Detectores de proximidad electrónicos

                  

-Fotocélulas

-Presostatos

• DISEÑO DE CIRCUITOS

1. Diagrama de Grafcet:

                     

   2. Diagrama de movimiento:

   

    3. Diagrama espacio - fase: 

                             

    4. Diagrama espacio - tiempo: 

   5. Esquema de circuitos:

          

    6. Diagrama de mandos:

               

• TIPOS DE MANDO

  - MANDO DIRECTO

En este apartado vamos a ver con qué elementos se pueden mandar directamente los cilindros neumáticos de simple y de doble efecto. Los actuadores, en este caso, solo precisan de una válvula distribuidora que reúne en sí misma todas las funciones de órgano de regulación, elemento de mando y emisor de señales. El mando de las válvulas será manual o eléctrico directo.

MANDO DE CILINDROS DE SIMPLE EFECTO

La forma habitual de mando directo de cilindros de simple efecto consiste en usar válvulas 3/2 monoestables. Por lo general, estas válvulas son normalmente cerradas para que el cilindro mantenga el vástago recogido en su posición de reposo. Al pilotar la válvula, el cilindro sale y se mantiene fuera mientras se mantenga pilotada la válvula. En cuanto desaparece el pilotaje, vuelve a recogerse el émbolo (Fig. 7.48).

Mando directo de un cilindro de simple efecto mediante válvula 3/2 monoestable.

MANDO DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO

Las válvulas que habitualmente se usan para el gobierno de cilindros de doble efecto son las de 4/2 o 5/2, que se disponen para que el cilindro mantenga normalmente el vástago recogido. Mientras se activa 1.1, sale el émbolo y, al desactivarla, regresa. En estas condiciones, la carrera de avance se realiza a menor velocidad porque se tarda más tiempo en llenar la cámara anterior (mayor volumen). En esta carrera de avance se obtiene también una mayor fuerza de trabajo por tener mayor sección la cara del émbolo que da a la cámara anterior.

  - MANDO INDIRECTO

Si el cilindro es de gran tamaño será necesaria una gran fuerza de mando para conmutar las válvulas que lo comandan. La forma con que se obtiene la separación de la parte de información de la parte de trabajo es mediante el pilotaje neumático. Así, la parte del circuito encargada del mando neumático puede funcionar a una baja presión mediante válvula 4/2 monoestable y ahorrará costes; mientras, la parte de potencia, es decir, el elemento de trabajo y la válvula distribuidora de gobierno, funciona a la presión normal. De forma habitual, se usan válvulas 3/2 normalmente cerradas para el pilotaje de las válvulas de gobierno de cilindros, que en este caso son válvulas de accionamiento neumático. Estas pueden ser monoestables (con posición de reposo) o biestables. En el primer caso solo se precisa una válvula de mando.

                                          

Mando directo de un cilindro de doble efecto mediante válvula 4/2 monoestable.

Mientras se activa 1.2, se comanda 1.1 y el cilindro sale. En cuanto se deja de comandar, el cilindro entra.

               

         Mando indirecto de cilindros gobernados por válvulas monoestables.

Hasta ahora, el pilotaje de la válvula de control del cilindro se realizaba indirectamente desde un pulsador monoestable. Otra de las posibilidades es utilizar un pulsador para que el vástago salga y otro distinto para que el vástago se retraiga.
Para implementar esta lógica, se instalarán dos pulsadores de mando. La diferencia con la disposición de dicha figura será que, en este caso, la válvula 2.1 no será monoestable, sino biestable. Esto quiere decir que el pilotaje, que anteriormente se realizaba a través de un muelle, ahora se realizará a través de otro pulsador monoestable.
De este modo, habremos conseguido un mando indirecto que permita sacar o retraer el vástago a través de pulsadores.

  - CONTROL DE VELOCIDAD

La regulación de la velocidad, una vez fijados los componentes del circuito, se puede efectuar con distintos elementos, de forma que se consiga el aumento o la reducción de esa velocidad, e incluso se puede llegar al paro del movimiento del actuador.

El método para el aumento de la velocidad en una carrera es la colocación de una válvula de escape rápido en la salida correspondiente del cilindro de doble efecto. De este modo, en la carrera de avance se evita que el aire pase por el distribuidor. Así, el aire escapa a la atmósfera sin atravesar los conductos que llevan hasta el distribuidor y el propio distribuidor. Esta lógica es especialmente útil cuando el circuito es complejo o los conductos que conectan la salida del cilindro con el escape son muy largos.

Hay varios métodos para reducir la velocidad de los actuadores. El más normal se efectúa a través de válvulas reguladoras de caudal o flujo. Las válvulas reguladoras pueden ser unidireccionales o bidireccionales, dependiendo de los objetivos que se desean conseguir. Lo más habitual es la regulación mediante válvulas reguladoras unidireccionales que, como recordarás, deben actuar sobre el aire de escape con el fin de que la velocidad sea independiente de la carga del cilindro (es lo que se ha llamado regulación a la salida). La regulación a la entrada se deja para las carreras de avance de los cilindros simples y para los casos en que la carga del cilindro se opone al movimiento.

• EJEMPLOS DE AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA

Recogedora de pletinas

Las pletinas pasan de una vía de transporte oblicua a una cinta de transporte horizontal. El cambio de la vía a la cinta se produce por acción de un cilindro de doble efecto A con vástago hueco, ventosa incorporada V y tobera de aspiración. La presión de trabajo del sistema de vacío es de 4 Bar.

Si el pulsador de marcha se mantiene accionado, el sistema se para ordenadamente. Hay que soltar el pulsador y volver a accionarlo para realizar otro ciclo.

La secuencia es   A+  V+  A-  V-.

Taladradora

En una taladradora se sujetan las piezas mediante un cilindro neumático. Al hacerlo ha de sujetarse primero la pieza con una presión de 3 bares para facilitar su ajuste (por medio de un pulsador manual), sujetándola después con una presión de 6 bares (mediante un pedal) Una vez concluida la fase de taladrado se efectúa a través de otro pulsador manual el retorno del cilindro de sujeción. La apertura de sujeción no debe ser posible durante el proceso de taladrado.

Estampadora neumática 

Máquina que aprovecha la deformación plástica del material para crear mediante un golpe de estampa una determinada forma; por ejemplo la acuñación de monedas. Utilizamos un cilindro de simple efecto que portará la matriz o estampa, cuya velocidad de golpe se garantiza con un regulador unidireccional. Es accionada por un operario mediante un pulsador de seta, de forma que sólo estará operativo cuando una mampara de metacrilato se cierre pisando un final de carrera e impidiendo que el brazo del operario acceda por accidente a la herramienta.

Control de la puerta de un autobús

 
El control de apertura y cierre de la puerta de un autobús es llevada a cabo por el chofer que acciona una palanca, pero sólo podrá operar si el autobús está parado (es decir, con el freno de mano echado). Además, por normativa de seguridad, todos los autobuses deben tener un pulsador exterior de apertura en caso de emergencia. El control exterior e interior van conectados por una válvula selectora de caudal (O). Por último se puede regular la velocidad de apertura y cierre.

• BIBLIOGRAFÍA

https://www.blinklearning.com/Cursos/c1186409_c66248619__4__Red_de_distribucion_y_tratamiento_del_aire.php

https://es.slideshare.net/aicvigo1973/tema-5-neumatica-componentes-de-trabajo

http://www.monografias.com/trabajos13/actuneu/actuneu.shtml

https://neumaticabasicaeepp.wordpress.com/44-2/receptores-neumaticos/consumo-de-aire/

http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/elementos-de-mando-y-regulacion.html