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NEUMTICA E HIDRULICAINDUSTRIAL
Transparencias de la asignaturaCurso: Tercero
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NDICE
I. NEUMTICA INDUSTRIAL
I.1. Conceptos bsicosI.2. SimbologaI.3. Produccin, distribucin y tratamientode aire
I.4. Vlvulas distribuidoras y de mandoI.5. Vlvulas de regulacin, controly bloqueoI.6. Actuadores
II. HIDRULICA INDUSTRIAL
II.1. Conceptos bsicos
II.2. SmbolosII.3. Grupos hidrulicos y distribucin deaceiteII.4. Vlvulas distribuidoras
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Introduccin.
Los trminos neumtico y neumtica provienen de la palabra griegaPneuma, que signifaca aliento o soplo.
En su concepcin original, la dinmica se ocupaba de la dinmica del aire yde los fenmenos gaseosos.
Actualmente las instalaciones neumticas son mquinas y aparatos quetrabajan con aire comprimido o con aire aspirado.
La mayora de las tcnicas neumticas se basan en aprovechar la energa
de la sobrepresin previamente generada. En los ltimos aos ha facilitado en gran medida el desarrollo de la
automatizacin.
En la actualidad, existe una gran demanda de las instalaciones neumticaspara su incorporacin a la industria en general.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Aplicaciones en la industria. Mquinas neumticas
Embaladoras
Elevadoras industriales
Robots industriales
Bancos de prueba
Curvadoras de tubos
Prensas para madera
Mquinas de etiquetado de botellas
Plegadoras de cajas de cartn
Mquinas de taladro mltiple
Pulidoras
Etc.
Cuchilla accionada neumticamente
Desvo de una cinta transportadora
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Aplicaciones en la industrial
(cont.)
Agricultura e instalacionesganaderas.
Carpintera metlica Centrales nucleares
Imprentas
Industria alimentaria
Industria del automvil Industria del caucho
Industria de la construccin
Industria de la madera y
mueble
Industria mecnica
Industria metalrgica
Industria minera Industria peletera y de calzado
Industria del plstico
Industria textil
Industria qumica Industria de vidrio y cermica
Transporte
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Aplicaciones esquematizadas
Accionamiento de carro
Prensa neumtica
Accionamiento por palanca
Accionamiento articulado.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Aplicaciones esquematizadas (cont.)
Mecanismo de cua
Rotacin por cremallera
Rotacin por cadena
Rotacin por cadena y cilindro
de doble efecto
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Aplicaciones esquematizadas (cont.) Montacargas
Transporte interior
Sujeccin por palanca
Sujeccin directa
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Aplicaciones esquematizadas (cont.)
Unidad oleoneumtica de taladro
Manipulador
Robtica
Accionamiento compuerta
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Coste de la neumtica con respecto a otra energas
La energa elctrica casi siempre se encarga de la produccin de aire y aceitecomprimidos.
En neumtica, adems del consumo elctrico hay que tener en cuenta:
El rendimiento del compresor
La energa perdida por calentamiento del aire despus se debe enfriar
La eliminacin de aceite que contiene el aire
La existencia de colectores de condensacin con llave de purga.
Tratamiento de filtrado, deshumidificacin y dotacin de finas partculas deaceite para lubricacin.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Coste de la neumtica con respecto a otra energas (cont.) En el caso de la hidrulica se debe tener en cuenta que:
El proceso de generacin de fluido a presin es ms simple. Cada mquina posee su propio grupo de produccin de fluido a presin. Es suficiente con un pequeo depsito de aceite, un motor elctrico, un filtro,
una bomba, y una vlvula de seguridad para no superar los lmites depresin. En la grfica se puede observar como el coste de la energa hidrulica es
cuatro veces la energa elctrica mientras que la neumtica es diez vecesmayor.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Comparacin entre neumtica e hidrulica.
Ambas utilizan un fluido al que se le dota de presin: aire en neumtica yaceite en hidrulica.
La presin en hidrulica es ms elevada. Los componentes en ambas son parecidos, aunque ms robustos en hidrulica. La simbologa utilizada en ambos casos es muy similar.
Ventajas de la neumtica:
Cantidad: en prcticamente cualquier lugar se dispone de cantidades
ilimitadas de aire. Transporte: facilidad de transportar aire a grandes distancias mediante
tuberas. Almacenamiento: posibilidad de almacenar el aire comprimido en
acumuladores.
Temperatura: el aire comprimido es casi indiferente a variaciones detemperatura.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Ventajas de la neumtica:
Seguridad: el aire comprimido no presenta riesgos frente a fuego oexplosin.
Limpieza: el aire comprimido sin lubricar no contamina.
Velocidad: el aire comprimido es un medio de trabajo rpido, permiteobtener altas velocidades del mbolo.
Facilidad de implantacin: instalacin rpida y sencilla.
La energa neumtica puede almacenarse y ser transportada en recipienteshermticadente cerrados.
No es necesario generar presin en cada punto donde all se use el airecomprimido.
Los componentes neumticos que conforman el circuito tienen un costebastante asequible.
Las perdidas razonables en las tuberas carecen de importancia.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Inconvenientes de la neumtica
Acondicionamiento: el aire comprimido debe ser acondicionado. Delo contrario se produce desgaste en los elementos debido apartculas de suciedad y al agua condensada.
Compresin: el aire comprimido no permite obtener velocidades
constantes en los mbolos.
Fuerza: el aire comprimido slo es econmico hasta un lmite defuerzas que oscila entre 20 y 30 kN, para unas presiones entre 6 y7bar.
Aire de escape: el aire de escape produce mucho ruido. Se puedesubsanar con materiales silenciadores.
Mayor coste de la energa que en hidrulica.
El aire utilizado, se elimina al exterior pudiendo contaminar alambiente debido a la presencia de aceite de lubricacin que llevaen suspensin.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos. Estructura de sistemas neumticos y flujo de seales
Un sistema de control neumtico est compuesto de los siguientesgrupos:
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Estructura de sistemas neumticos y flujo de seales
Esquema de distribucin neumtico
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Generacin y abastecimiento de aire a presin
El aire se comprime en el compresor El compresor se encarga de llenar el acumulador, el cual suministra aire
comprimido en todo momento. El aceite necesario en el sistema neumtico se suministra a travs de la
unidad de mantenimiento. Se necesita una inclinacin para la purga del condensado en colectores. Si el volumen de condensacin es elevado, se instalan secadoras de aire.
Sistema de distribucin de aire
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Generacin y abastecimiento de aire a presin
La unidad de mantenimiento combina las siguiente funciones:
Filtro de aire a presin Regulador de aire a presin Lubricador del aire a presin
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Vlvulas: tienen la funcin de controlar el paso del aire. Clasificacin:
Vlvulas de vas: Se usan tanto para seales de entrada, procesador yde mando. Parmetros:
Cantidad de conexiones (vas): 2 vas, 3 vas, 4 vas, etc. Cantidad de posiciones de conmutacin: 2 posiciones, etc. Tipo de accionamiento: mecnico, neumtico, elctrico, manual. Tipo de reposicin: por muelle, por presin.
Vlvulas 3/2 vas de rodillocon leva normal yescamoteable
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont).
Vlvulas de vas (cont.)
Vlvulas 3/2 vasde accionamientoneumtico simple
Vlvula 5/2 vas deaccionamiento neumtico
doble
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont).
Vlvulas de estrangulacin: regulan el paso del aire
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont).
Vlvula de antirretorno: permiten que el flujo pase en una soladireccin; se usan en combinacin con otras vlvulas como son lasselectoras o las vlvulas de estrangulamiento y antirretorno(reguladoras de caudal unidireccional)
Vlvula de antirretorno
Vlvula reguladora de caudal unidireccional
Vlvula selectora
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont).
Vlvula de presin: Se clasifican segn 3 grupos:
Vlvulas reguladoras de presin: mantienen constante la presin detrabajo, compensando las oscilaciones de presin que pueda haber en la
red. Vlvulas limitadoras de presin: instaladas detrs del compresor para
limitar la presin en el acumulador. Vlvulas de secuencia: se usan cuando se necesita una seal de presin
para activar un mando. Si la seal de mando alcanza una presinajustada previamente, responde la vlvula que se instale. La vlvula de
secuencia vuelve a la posicin de origen con una presin menor a laajustada.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont).
Combinaciones de vlvulas.
Vlvula temporizadora: es combinacin de una vlvula deestrangulacin y antirretorno, de un acumulador y una vlvula de 3/2
vas. Una vez transcurrido el tiempo ajustado la vlvula abre paso.sta posicin se mantiene hasta que est presente la seal de mando.
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Procesadores: se encargan de recoger las seales emitidas por los
sensores, las procesan lgicamente y accionan las vlvulas de vasque gobiernan los elementos de accionamiento (actuadores).
Vlvula de simultaneidad (funcin Y)
Vlvula selectora (funcin O)
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Elemento de accionamiento: son accionados mediante vlvulas
que dejan pasar la cantidad de aire necesaria para el trabajo delmismo. Clasificacin:
Elementos de accionamiento lineal Cilindros de simple efecto Cilindros de doble efecto
Elementos de accionamiento giratorio Accionamiento giratorio Motor neumtico
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont). Sistemas: son la aplicacin de todos los elementos anteriores.
Incluyen desde el elemento generador del aire comprimido hastael elemento que transmite la energa neumtica (actuador)
Accionamiento de un cilindro de simple efecto
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Neumtica IndustrialI.1. Conceptos bsicos.
Elementos de sistemas mecnicos (cont).
Sistemas (cont).
Accionamiento de un cilindro de doble efecto
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Smbolos para alimentacin de energa
Abastecimiento
Unidad de mantenimiento
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Smbolos para alimentacin de energa (cont.)
Smbolos combinados
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de vas: smbolos de conmutacin
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de vas: conexiones y posiciones
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de vas: conexiones y posiciones (cont.)
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Ejemplos de denominacin.
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Tipos de accionamiento
Accionamiento manual
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Tipos de accionamiento (cont.)
Accionamiento mecnico
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Tipos de accionamiento (cont.)
Accionamiento neumtico
Accionamiento elctrico
Accionamiento combinado
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de antirretorno y sus variantes
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de estrangulacin
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de presin
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Vlvulas de presin (cont.)
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Elementos de accionamiento lineal
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Elementos de accionamiento lineal (cont.)
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Movimiento rotativo
d l
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Smbolos auxiliares
N ti I d t i l
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Representacin esquemtica de los mecanismos
Se pretende conseguir un esquema adecuado para cumplir un trabajomediante cilindros neumticos o actuadores de giro.
Previamente se ha de pasar por un proceso previo, en el que de formagrfica se especifica el trabajo a realizar y las secuencias que componen el
ciclo neumtico.
Se debe representar de forma simplificada y esquemtica los mecanismos yelementos motrices a emplear.
En el ejemplo se emplean 3 cilindros, A, B y C para la alimentacin,conformado y expulsin de una chapa delgada.
A partir de aqu, se elabora un cuadro con las etapas de los cilindros,representando con + el avance del vstago del cilindro y con el retrocesodel mismo.
N ti I d t i l
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Representacin esquemtica de los mecanismos (cont.)
Representacin esquemtica delmecanismo
Secuencia de los movimientos
N ti I d t i l
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Diagramas de movimientos
Diagrama espacio-fase. Se representa la posicin de los cilindros en cada una de las fases del
trabajo.
Se emplea el signo + para la salida del vstago y el signo para elreplegado.
En el estado inicial (punto 0) todos los vstagos se encuentran en elinterior del cilindro.
Ne mtica Ind st ial
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Neumtica Industrial
I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Diagramas de movimientos (cont .)
Diagrama espacio-tiempo
Es similar al anterior, solo que en este caso se representa la actuacin delos cilindros en funcin del tiempo.
Son ms comunes los diagramas espacio-fase
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Esquema neumtico
En l se refleja el funcionamiento de cada componente y del circuito engeneral.
Los cilindros son gobernados mediante las vlvulas distribuidoras, quehacen que el vstago avance o retroceda.
Se utilizan captadores de seal para detectar el final de carrera y elretroceso del vstago.
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Diagramas de seal de mando
Van unidos al diagrama espacio-fase o al espacio-tiempo.
Cada cilindro posee dos captadores de seal. Con el 1 se representa elcaptador activado, enviando seal de presin y con el 0 el estado de reposo.
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Sistema de representacin de la secuencia mediante GRAFCET
(Graphe Fonctionnel de Commande Etapes-Transitions)
Es un procedimiento grfico que muestra de forma sencilla el ciclo defuncionamiento de una mquina automatizada.
Cada etapa deber ser precedida de una o varias acciones que debencumplimentarse para que transcurra la siguiente.
No solo se representan los elementos motrices sino que tambin los elementosde transicin que deben activarse para pasar a la etapa anterior.
Esta herramienta ayuda a conocer las condiciones de funcionamiento delmecanismo.
Contribuye a la deteccin de posibles averas y a realizar posibles cambios en elciclo.
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Sistema de representacin de la secuencia mediante GRAFCET
(Cont.)
Representacin por Grafcet
Grafcet de lamquinaconformadora
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Tipos de mandos
Los elementos de mando se interconexionan para gobernar a loselementos motrices.
Tienen por objeto recoger informacin de los captadores de seal,elaborar esa informacin y ordenar a los elementos deaccionamiento de forma precisa.
Hay dos tipos: mando neumtico puro y electroneumtico
El neumtico utiliza slo elementos de aire comprimido sin usarelementos elctricos.
El electroneumtico necesita componentes elctricos yelectrnicos.
Los neumticos son ms simples y adems slo necesitan de unafuente de energa; los captadores de seal son neumticos, poreso son ms econmicos.
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I.2. Simbologa, esquemas representativosy tipos de mandos bsicos.
Tipos de mandos
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Introduccin
En las actuales plantas industriales, existen tomas de aire a presindel mismo modo que existen tomas de energa elctrica, llamadosenchufes rpidos.
Estas tomas de presin comunican la presin de la red a la mquina
neumtica.
Por tanto, tambin es necesario conocer los elementos desde elenchufe rpido hacia los elementos productores de aire a presin.
El componente principal de la instalacin es el compresor, quien se
encarga de tomar el aire de la atmsfera, eleva su presin y lointroduce en el depsito acumulador.
El aire, antes de ser introducido en el circuito, es sometido a untratamiento final, obtenindose un filtrado de partculas, decantado deagua y lubricacin con finas partculas de aceite.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Compresores
Generalmente se instalan en un sitio fijo si es una plantaindustrial, aunque tambin se pueden usar generadores porttilesque se llevan al lugar de consumo.
Ambos se alimentan generalmente por motores elctricos,aunque a veces, los porttiles son alimentados por motores
trmicos. A menudo, se instalan en un lugar separado de la planta para:
Evitar el molesto ruido, sobre todo de algunos tipos de compresores.
Aprovechar la mayor limpieza del aire exterior frente al del interior dela planta industrial.
Conseguir una refrigeracin por aireacin natural.
Las caractersticas principales de los compresores son el caudal y
la presin. El caudal se puede expresar en l/min, l/s, m3/min,expresado a presin atmosfrico y temperatura normal.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Compresores (cont.)
El caudal se debe adaptar a las necesidades de la planta.
La presin se regula para trabajar entre unos niveles mximo ymnimo.
Esto se puede conseguir con un funcionamiento intermitente ocontinuo del motor. Intermitente: el motor arranca cuando se alcanza la presin mnima y para
cuando se alcanza la mxima. Se usa en compresores de poca potencia (noimporta arrancar muchas veces) y en los de mayor potencia si se dispone degrandes acumuladores (el motor est parado largo tiempo).
Contnuo: el motor trabaja todo el tiempo, pero cuando llega a la presinmxima, trabaja en vaco. Se ahorra energa en los arranques.
Las presiones obtenidas dependen del tipo de compresor y las etapasde compresin.
Debe obtenerse una presin mnima garantizada de 6 bar para elcorrecto funcionamiento de los elementos consumidores.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tipos de compresores. Compresores alternativos.
De mbolo:
Son los compresores de ms difusin en el mercado. Existen de todos los tamaos. Caudales: 0-500 m3/min. Presiones: 4-15 bar dependiendo si es una o
dos etapas. Refrigeracin: forzadacon agua o aceite, o con aletas
en el cuerpo de la cmara de compresin. Funcionamiento como motores de combustin interna
pero sin existir explosin.
Tanto en 1 como en 2 etapas la manivela escomn. En la de dos etapas, la 2 cmaracomprime aire previamente comprimido a4-6 bar hasta los 15 bar.
1- aspiracin 5- cmara de compresin2- vlvula de aspiracin 6- pistn
3- vlvula de escape 7- biela4- salida de aire a presin 8- manivela
Compresor dembolo de unaetapa
Compresor dembolo de
dos etapas
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tipos de compresores (cont.)
Compresores alternativos (cont.)
De membrana: El principio de transformacin del movimiento
rotativo del motor en alternativo es el mismo
que antes. No existe pistn, sino una corredera solidaria a
la membrana elstica, producindose un
hermetismo del aire a presin.
El aire no entra en contacto con las piezas
mecnicas y el aire no se contamina de aceite de
lubricacin.
1- aspiracin 5- cmara de compresin
2- vlvula de aspiracin 6- membrana
3- vlvula de escape 7- biela4- salida de aire a presin 8- manivela
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tipos de compresores (cont.) Compresores rotativos.
La presin se consigue con el giro de un rotor
el cual aspira el aire, lo comprime y lo enva
al acumulador del aire comprimido.
La ventaja principal frente a los anteriores
compresores es que son mucho ms
silenciosos.
De paletas:
Consiguen presiones de 4 a 8 bar dependiendo
si es de una o dos etapas.
Son poco ruidosos en comparacin con los de mbolo. Suministran un caudal de aire uniforme.
1- tobera de salida 4- cuerpo
2- rotor excntrico 5- toma de aire
3- paletas
Compresor de paletas
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Turbocompresoraxial
Tipos de compresores (cont.)
Compresores rotativos (cont.)
Turbocompresores
Suministran una gran cantidad de caudal
La presin que se obtiene es baja
Pueden ser de compresin axial o radial
Son poco usados en la neumtica convencional
1- cmara
2- turbina
3- tobera de salida
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tipos de compresores (cont.)
Compresores rotativos (cont.)
De tornillo
Bastante costosos frente a los de mbolo
Muy silenciosos
Existen con o sin lubricacin
La refrigeracin se realiza con agua o aire
Caudal: 3-8 m3/min
Presin: 7.5-13 bar (1 etapa). Suficiente para
casi la totalidad de aplicaciones
1- aspiracin
2,3- tornillos helicoidales
4- salida
Compresor de tornillo
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tipos de compresores (cont.)
Compresores rotativos (cont.)
De ua
Bastante costosos Muy silenciosos (75 dB a 1m.) Sin lubricacin Caudal: 9 m3/min Presin: 8 bar (2 etapas)
1,3- rotores sincronizados en el giro2- lumbrera de escape4- lumbrera de aspiracin
Funcionamiento:
a) El aire se aspira por la boca de entrada 4 y el rotor 3 obstruye la lumbrera de salida 2.
b) Etapa de compresin. Se cierran ambas lumbreras.c) Fin de compresin, con lumbrera 2 cerrada y la 4 aspirando aire.d) Apertura lumbrera escape 2. El aire comprimido se expulsa a la red.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Elementos auxiliares del compresor
El aire es aspirado a travs del filtro retiene impurezas del aire
El compresor es engrasado con aceite lubricante.
Se separa el aceite del aire se devuelve al circuito de lubricacin
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Elementos auxiliares del compresor (cont.)
El aceite filtrado y separado del agua se enfra en intercambiadores decalor
El aire hmedo se enfra en un intercambiador de calor
El aire se separa del agua que se ha condensado
En acumuladores intermedios se instalan colectores de condensacin y
llaves de purga
Por ltimo, se instalan en la entrada de fluido a la mquina, unidadesde mantenimiento con filtrado, eliminacin de humedad y lubricacin.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Depsitos y acumuladores intermedios
El depsito principal de aire:
Abastece de aire en caso de fallo del fluido elctrico.
Evita arranques frecuentes del motor del compresor.
Acumula gran cantidad de aire para mantener los circuitos neumticosfuncionando un cierto tiempo.
Absorbe fluctuaciones en los compresores sobre todo los alternativos y en losactuadores.
Poseen gran capacidad, por lo que refrigeran el aire y condensan el agua
existente en el aire. Se aaden llaves de purga y se deben alejar de laexposicin al sol y situarlos en zonas ventiladas.
Los acumuladores intermedios funcionan de manera similar al depsitoprincipal, pero tienen menor capacidad.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Depsitos y acumuladores intermedios (cont.)
Clculo del volumen del depsito (orientativo): V = kQ
V = volumen deposito en m3
k = cte. de valor 0.2-0.4
Q = caudal del compresor en m3/min
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Red de distribucin
Son todas las tuberas que parten del depsito y llevan el aire al lugarde trabajo.
Existe una red principal de mayor dimetro en la parte superior de lanave.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Red de distribucin (cont.)
Esta red parte del compresor y distribuye aire a toda la planta.
De esta red principal se toman desviaciones que distribuyen aire a losconsumidores.
Es necesario evitar cambios bruscos de seccin, codos cerrados, etc,que provoquen excesivas prdidas de carga.
Se montan acumuladores intermedios en la red principal y secundariacon llaves de purga para eliminar el condensado.
De la red secundaria se toman conexiones par los consumidores.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Clculo de tuberas
Se usan bacos suministrados por los fabricantes de compresores paracalcular la seccin de tuberas.
Primero se calcula el dimetro necesario teniendo en cuenta lalongitud de tubera, el consumo de aire teniendo en cuenta
ampliaciones futuras, la presin de trabajo y cadas de presin. Despus se calculan las prdidas de carga debidas a racores, etc, que
se traducen en metros de tubera recta.
Todos esos metros se suman y se efecta de nuevo el clculo sobre el
baco. En el baco se muestran 7 lneas verticales:
A- tubera en metros E- presiones del aire en consumidores
B- consumo de aire F- lnea de referencia
C- lnea de referencia G- prdidas de carga en tuberasD- dimetros interiores
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Clculo de tuberas (cont.)
Ejemplo: en una instalacin se ha previsto un consumo de aire de 25 m3
/minincluyendo consumos futuros. Longitud de la red: 300 m. Se necesitan 7 racoresacodados, 4 racores en Te, 2 vlvulas de cierre y 5 reductores. Se admitenprdidas en la red de hasta 0.2 bar y la presin de servicio sern 6 bar.
Del baco se obtiene un valor para el dimetro interior de la tubera de 100 mm.
Ahora se tienen en cuenta las prdidas:7 racores acodados (de 100 mm) 76 =42 m
4 racores en Te (de 100 mm) 411 = 44 m
2 vlvulas de cierre (de 100 mm) 215 = 30 m
5 reductores (de 100 mm) 52.5 =12.5 m
128.5 m
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Clculo de tuberas (cont.) 128.5 m + 300 m = 428.5 m
Con esa nueva longitud de tubera tenemos 110 mm. de dimetro.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tomas de presin
Normalmente, en las naves industriales, existen tomas de presin amodo de tomas de energa elctrica.
Se utilizan para todo tipo de equipos, desde los equipos mssofisticados hasta las pistolas neumticas de soplado.
Se denominan comnmente enchufes rpidos.
Constan de dos piezas: hembra (1) que se monta en los terminales delas conducciones. El macho (3) forma parte de la mquina.
La hembra posee una vlvula de antirretorno que impide el escape delaire comprimido cuando est desconectada.
Para desconectar el macho se ha de desplazar hacia fuera el anillo (2)de la hembra y tirar del macho.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tratamiento final del aire
Aparte de los distintos tratamientos del aire al salir del compresor esnecesario dotarle de un tratamiento final antes de ser usado en elequipo.
Los equipos neumticos trabajan con tolerancias muy ajustadas yacabados superficiales que necesitan un aire con garantas de calidad.
Se instalan a la entrada de la mquina neumtica pequeos grupos,
llamados unidades de mantenimiento.
Dichos grupos se encargan de filtrar el aire de pequeas partculas,decantar la humedad que se ha condensado, regular la presin ylubricar el aire con finas partculas de aceite.
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Neumtica IndustrialI.3. Produccin, distribucin y tratamiento del aire.
Tratamiento final del aire (cont.)
1- filtro
2- regulador de presin
3- cpula transparente
4- lubricador de aire5- aceite de engrase
6- purgador
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I.4. Vlvulas distribuidoras y
de mando
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
ndice I.4.1. Introduccin I.4.2. Representacin esquemtica y funcin caracterstica I.4.3. Tipos de vlvulas
I.4.4. Roscas de conexin y paso nominal I.4.5. Distribucin interior del fluido I.4.6. Vlvulas de accionamiento manual I.4.7. Vlvulas de accionamiento mecnico I.4.8. Vlvulas de pilotaje neumtico I.4.9. Electrovlvulas
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.1. Introduccin Elementos concebidos para controlar el arranque, parada,
direccin y sentido del flujo de aire en un circuito neumtico. Distribuidoras: para gobernar actuadores. De mando o pilotaje: para gobernar de forma directa o
indirecta las vlvulas distribuidoras. Mismos principios de funcionamiento Misma representacin simblica. En los circuitos, slo se diferencian por la funcin que cumple
cada una y, a veces, por el tipo de mando.
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.2. Representacin esquemtica y funcin caracterstica Pueden ser de 2 3 posiciones y de 2 o ms vas. Las posiciones se representan por un cuadrado.
Las vas se representan por las entradas o salidas que estnunidas a uno de los cuadrados (excepto las de pilotaje).
En el cuadro que representa la posicin de reposo o inactiva delcircuito.
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.2. Representacin esquemtica y funcin caracterstica
(a) Vlvula de 2 posiciones y 4 vas
(b) Conexin general
(c) Conexin con toma de presin
(d) Escape con tubo conectable
(e) Escape directo al exterior
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.2. Representacin esquemtica y funcin caracterstica
(a) Sentido de flujo(b) Cierre de paso(c) Unin de los conductos en un punto(d) Vlvula clsica de 2 posiciones y 3 vas(e) Vlvula de 3 posiciones y 4 vas con posicincentral cerrada en los 4 orificios.
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.2. Representacin esquemtica y funcin caractersticaFuncin Nmeros Letras
Alimentacin de presin
Orificios de trabajo
Orificios de escape
Orificios de pilotaje donde la presin en 1 se comunica con la salida 2
Orificios de pilotaje donde la presin en 1 se comunica con la salida 4
1
2,4
3,5
12
14
P
A,B,...
R,S,...
x,y,...
x,y,...
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.2. Representacin esquemtica y funcin caracterstica
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.3. Tipos de vlvulas Segn su forma constructiva
De asiento (bola, cono, disco plano) De corredera
Segn la funcin que cumplen Distribuidoras de flujo (a los actuadores o elementos de trabajo) De mando de otras vlvulas por accionamiento manual Captadoras o detectoras de seal o posicin
Segn el tipo de accionamiento
Accionamiento manual (pulsador, palanca o pedal) Accionamiento mecnico (de palpador, de ruleta normal, de ruleta
abatible, varilla elstica o resorte de recuperacin). Accionamiento neumtico Accionamiento elctrico o elctrovlvulas
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.3. Tipos de vlvulas Segn su forma constructiva
De asiento
(a) De bola(b) De cono(c) De disco plano
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.3. Tipos de vlvulas Segn su forma constructiva
De corredera
Funcionamiento de una vlvula de corredera
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.3. Tipos de vlvulas
Vlvulas con distintas funciones
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.4. Roscas de conexin y paso nominalRoscaGAS
DimetroExterior
[mm]
Dimetrointerior[mm]
Pasoen hilospulgada
Dimetronominalde paso
Caudal normalaproximado
[l/min]
Dimetrodel cilindro
[mm]G 1/8
G 1/4
G 3/8
G 1/2
G 3/4
G 1
G 1 1/4G 1 1/2
9,73
13,16
16,66
20,95
26,44
33,25
41,9047,80
8,75
11,50
15,00
19,00
24,50
30,50
39,3045,25
28
19
19
14
14
11
1111
3 a 5
6 a 8
10 a 12
12 a 14
16 a 18
20 a 22
4040
Hasta 180
Hasta 1150
Hasta 1500
Hasta 3000
Hasta 6000
> de 6000
> de 6000> de 6000
Hasta 50
50 a 80
80 a 125
125 a 200
200 a 250
> de 250
> de 250> de 250
Para velocidades de los cilindros entre 0.1 y 0.4 m/s
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.5. Distribucin interior del fluido
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.5. Distribucin interior del fluido
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.6. Vlvulas de accionamiento manual Para su funcionamiento requieren la accin voluntaria del
operador. Cuanto mayor sea el grado de automatizacin, menos habr. Siempre habr, al menos, una vlvula de accionamiento
manual y voluntario. Se instalan en pupitres de mandos. De pulsador, de llave, de palanca, de pedal y otras . Tamao reducido y, casi siempre, dedicadas a gobernar
vlvulas mayores que servirn para hacer funcionar lasunidades de trabajo. Cuando comandan directamente a los actuadores, son ms
voluminosas y tienen mayores dimetros nominales de pasodel fluido ya que conducen mayores caudales.
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.6. Vlvulas de accionamiento manual
(a) Pulsador rasante protegido(b) Pulsador tipo seta
(c) Pulsador tipo seta de grandes dimensiones
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.6. Vlvulas de accionamiento manual
(d) Selector de llave(e) Selector de maneta
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.6. Vlvulas de accionamiento manual Vlvulas que distribuyen directamente el fluido a los
actuadores.
(a) De palanca
(b) De pedal
(c) Pulsador de 2 posiciones
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.7. Vlvulas de accionamiento mecnico Son activadas por un mecanismo en movimiento o por el
vstago del propio cilindro. La mayora son de pequeo tamao y se emplean como
vlvulas detectoras de posicin. Deben ocupar una determinada posicin en la mquina. Es preciso disear mecanismos que las hagan funcionar
correctamente y las preserven de roturas accidentales antecualquier anomala en el circuito.
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.7. Vlvulas de accionamiento mecnico
(a) Vlvula de pulsador de ataque frontal
(b) Vlvula de ruleta
(c) Vlvula de ruleta abatible
(d) Tope de rampa inclinada
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.7. Vlvulas de accionamiento mecnico
(a) Vlvula de ruleta sin brazo articulado
(b) Vlvula de ruleta con regulacin angular del brazo
(c) Vlvula de brazo regulable con varilla en el extremo
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.7. Vlvulas de accionamiento mecnico Vlvulas para gobernar directamente cilindros o vlvulas
distribuidoras de gran paso.
(a) Vlvula de pulsador simple con ataque frontal del tope.
(b) Vlvula de ruleta
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I.4. Vlvulas distribuidoras y de mando.
I.4.8. Vlvulas de pilotaje neumtico El pilotaje neumtico consiste en accionar una vlvula a
distancia aprovechando la fuerza que produce el aire apresin.
Se utilizan como elementos de mando de los distintos tipos de
actuadores existentes. Hay que tener en cuenta que slo puede producirse el
desplazamiento de la corredera si en la cmara opuesta sedesaloja el aire hacia el exterior.
Pueden ser de asiento plano o de corredera. Pilotaje en un lado y retorno con muelle, o pilotaje en los dos
lados.
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I.4.8. Vlvulas de pilotaje neumtico
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I.4.8. Vlvulas de pilotaje neumtico
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I.4.9. Electrovlvulas El mando electromagntico se utiliza cuando la seal procede
de un final de carrera elctrico, de un presostato o de undispositivo elctrico.
La seal elctrica es transformada en una seal neumtica
destinada a accionar el mecanismo de cierre o apertura de lasdistintas vas de las vlvulas. Pueden ser de asiento y corredera. De mando directo, indirecto o servopilotadas.
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I.4.9. Electrovlvulas Electrovlvula de accionamiento directo
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I.4.9. Electrovlvulas Electrovlvula de accionamiento indirecto
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I.4.9. Electrovlvulas Electrovlvula de accionamiento indirecto
I 5 Vl l de eg l in
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I.5. Vlvulas de regulacin,
control y bloqueo
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ndice I.5.1. Introduccin I.5.2. Vlvulas antirretorno I.5.3. Vlvulas reguladoras de caudal I.5.4. Vlvulas reguladoras de presin y de secuencia I.5.5. Vlvula proporcional reguladora de presin I.5.6. Selectores de circuito y vlvulas de simultaneidad I.5.7. Vlvulas de escape rpido I.5.8. Reguladores de escape y silenciadores
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I.5.1. Introduccin Estos componentes son considerados como complementarios. Conforme aumenta la complejidad de los sistemas, se van
haciendo imprescindibles. Permiten ajustar las velocidades de trasla-cin del vstago de
un cilindro y regular la fuerza del mismo. Las vlvulas de secuencia proporcionan una seal de salida,
cuando en una de las partes se cumplen unas determinadascondiciones de presin.
Los selectores de circuitos permiten que una ordendeterminada de funcionamiento de un elemento cualquierapueda darse desde dos o ms puntos diferentes.
Las vlvulas de simultaneidad exigen dos acciones o sealesde entrada, indispensables para obtener una nica seal de
salida.
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I.5.2. Vlvulas antirretorno Permiten la circulacin libre del flujo en un sentido, pero
bloquean el paso en sentido contrario. Muchas veces van integradas en otros componentes
neumticos ms complejos para ayudar a su funcionamiento.
Pueden ser de asiento de bola o de asiento cnico. Si son de resorte, el fluido tendr que vencer una cierta
resistencia capaz de abrir el paso en el sentido libre.
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I.5.3. Vlvulas reguladoras de caudal El caudal es fcilmente regulable, simplemente estrangulando
el paso (disminuyendo la seccin del conducto). Este caudal puede ser regulado en uno o en ambos sentidos.
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I.5.4. Vlvulas reguladoras de presin y de secuencia Controlan la presin del fluido, desde un valor cero hasta el
mximo que proporcione la red de distribucin. Con un mismo elemento, o bien con muy pocas diferencias en
su constitucin, se logran funciones diferentes basadas en un
mismo principio.
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I.5.4. Vlvulas reguladoras de presin y de secuencia Vlvula reguladora de presin
1. Tornillo roscado
2. Resorte
3. Asiento
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I.5.4. Vlvulas reguladoras de presin y de secuencia Vlvula de secuencia
Funcionamiento similar, aunque son algo ms complejas. El aire en las de secuencia no escapa al exterior sino que se
aprovecha para realizar una determinada funcin.
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I.5.4. Vlvulas reguladoras de presin y de secuencia Vlvula de secuencia
1. Bloque principal
2. Cmara
3. Membrana elstica
4. Pistn
5. Vstago6. Bola
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I.5.4. Vlvulas reguladoras de presin y de secuencia Funciones
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I.5.5. Vlvula proporcional reguladora de presin Elementos de reciente incorporacin. Permiten lograr un control preciso del flujo neumtico hacia
los distintos consumidores. Permiten regular con precisin las presiones neumticas
segn una magnitud prefijada y ajustar la curva de presin-seal segn un determinado programa. Aplicaciones
Obtencin de una fuerza variable en los aprietes de los cilindros. Ajuste de posicionamiento de elementos diversos neumticos. Creacin de contrapresin en los cilindros.
Neumtica IndustrialI.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
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I.5.5. Vlvula proporcional reguladora de presin
1. Controlador
2. Sensor de presin
3. Aleta flexible4. Tobera
5. Cmara
6. Membrana elstica
7. Membrana elstica8. Vlvula de escape
9. Salida de presin
10. Vlvula principal
11. Entrada de presin
Neumtica IndustrialI.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
-
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13
I.5.5. Vlvula proporcional reguladora de presin Esquema de las seales y respuestas que se obtienen.
Neumtica Industrial
I.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
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14
I.5.6. Selectores de circuito y vlvulas de simultaneidad Selectores de circuito
Se emplean cuando es preciso una seal de presin de salidaobtenida desde dos puntos de entrada diferentes.
Neumtica Industrial
I.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
-
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15
I.5.6. Selectores de circuito y vlvulas de simultaneidad Vlvulas de simultaneidad
Se utilizan generalmente como elementos de seguridad, enmandos en los cuales es preciso pulsar con las dos manos.
Neumtica Industrial
I.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
-
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I.5.7. Vlvulas de escape rpido Para que los cilindros alcancen la mxima velocidad posible es
necesario desalojar rpidamente el aire de la contracmara.
Neumtica Industrial
I.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
-
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I.5.8. Reguladores de escape y silenciadores Reguladores de escape
Se montan en la salida de las vlvulas distribuidoras para frenar lasalida de aire al exterior.
Son en realidad reguladores de caudal bidireccionales quecumplen funcin unidireccional.
Neumtica Industrial
I.5. Vlvulas de regulacin, control y bloqueo.
-
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I.5.8. Reguladores de escape y silenciadores Silenciadores
Reducido tamao. Se roscan en los orificios de los escapes. Suponen una cierta reduccin de velocidad en los cilindros.
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cili d ti
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1
Cilindros neumticos Cilindros de doble y simple efecto
1- Tapa trasera 6- Pistn
2- Juntas estticas 7- Vstago
3- Camisa 8- Junta dinmica
4- Juntas estticas 9- Tapa delantera
5- Juntas dinmicas 10- Anillo rascador
Cilindro de doble efecto
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cili d ti
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2
Cilindros neumticos Cilindros de doble y simple efecto
En el caso de cilindros de doble efecto:
Para hacer avanzar el vstago, se ha de llenar de aire la cmara trasera por el orificiocorrespondiente.
El orificio de la cmara delantera, debe evacuar el aire que all se encuentra. En el retroceso del vstago, el aire a presin penetra por el orificio de la cmara
delantera, y el aire de la cmara trasera debe ser desalojado por el orificio de dichacmara.
En el caso de cilindros de simple efecto:
El avance del vstago es idntico al caso anterior, con la excepcin de que el aire de lacmara trasera no es evacuado.
Existe un resorte que se comprime cuando se produce el avance del vstago. En la carrera de retroceso, el resorte vuelve a su posicin de reposo, mientras que el
aire que llenaba la cmara trasera, es desalojado por la misma cmara.
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
-
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3
Cilindros neumticos Clculo de la fuerza
La fuerza desarrollada por un cilindro dede doble efecto depende de la presin delaire, la seccin del mbolo y del rendimientodel cilindro.
En el caso de cilindros de simple efecto,es necesario considerar la fuerza recuperadoradel resorte que reduce la fuerza til.
Doble efecto
Simple efecto
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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4
Cilindros neumticos Clculo de la fuerza
Rendimiento: debido al rozamiento entre las juntas dinmicas y la camisa. Para cilindros de hasta D = 40 mm R = 0.85 Para cilindros superiores a D = 40 mm R = 0.95
Cilindro de doble efecto:
Fuerza en el avance
Fuerza en el retroceso
Cilindro de simple efecto:
Fuerza en el avance
D- dimetro interior del cilindro p- presin del aire
d- dimetro del vstago R- rendimiento
RpDFa =2
4
RpdDFr = )(4
22
ma FRpDF =2
4
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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5
Cilindros neumticos Consumo de aire en cilindros
El conocimiento del consumo de aire es importante para dimensionar el compresor y eldepsito.
El consumo de aire de un cilindro depende de la seccin del cilindro, carrera, frecuencia delciclo y presin de trabajo.
En los cilindros de doble efecto se debe considerar tanto el avance como el retroceso; en losde simple efecto solo se considera el avance.
En cilindros de doble efecto, el volumen de aire necesario por ciclo completo (avance +retroceso) a la presin de trabajo ser:
El volumen, para el anterior cilindro a la presin atmosfrica ser:
p- presin de trabajo del cilindro en bar
C- carrera del vstago
CdDV = )2(4
22
pCdDV = )2(4
22
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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6
Cilindros neumticos Consumo de aire en cilindros
Para el consumo de aire, suele emplearse el trmino caudal, que expresa lacantidad de aire que circula por un conducto en un intervalo de tiempo.
Para un cilindro de doble efecto:
Para un cilindro de simple efecto:
n- frecuencia del cilindro (min-1)
)2(4
22 dDnpCQ
=
4
2DnpCQ
=
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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7
Cilindros neumticos Clculo del vstago
El vstago de un cilindro trabaja siempre a traccin, compresin o a pandeo. El caso ms desfavorable se presenta en un vstago cuando las carreras son
largas, trabajan a compresin y el anclaje es por articulacin trasera. Cuando se tienen vstagos de carrera corta, pueden calcularse como
elementos sometidos a traccin-compresin simple:
adm - tensin admisible a traccin-compresinF - fuerza axial sobre el vstago
d - dimetro del vstago
R,F - tensiones de rotura y fluencia.
Cs1,Cs2 - coeficientes de seguridad
Para el clculo del vstago a pandeo se emplearn las frmulas de Euler. En el caso de cilindros, stas frmulas quedan reducidas a dos casos:
1 Elementos empotrados en un extremo y libres en otro.2 Elementos articulados en ambos extremos.
2
4
d
Fadm
=
21 s
F
s
Radm
CC
==
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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8
Cilindros neumticos Clculo del vstago
Caso 1: extremo empotrado y el otro libre
Caso 2:extremos articulados
2
2
2
2
44 C
IE
L
IEFp
=
=
2
2
2
2
4 C
IE
L
IEFp
=
=
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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Cilindros neumticos Clculo del vstago
Se observa que para ambos casos se obtiene el mismo resultado. Sin embargo, en la prctica la fijacin ms desfavorable es el caso 2 y se toma
un expresin:
En el resto de fijaciones, incluida la del caso 1, se usa la expresin siguienteen la que puede aumentarse la carga en un 50%:
E mdulo de elasticidad C carrera del vstago
I momento de inercia de la seccin el vstago (d4/64) Cs coeficiente de seguridad
d dimetro del vstago
s
pCC
IEF
=2
2
4
sp CC
IE
F
=2
2
4
5.1
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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C d os eu t cos Clculo de la camisa
La camisa de un cilindro se calcula como un cilindro cerrado de pared delgaday sometido a presin interior.
La pared del cilindro est sometida a unestado biaxial de tensiones:
Basta con considerar la fuerza Fy quetiende a romper el cilindro
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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Clculo de la camisa
La tensin admisible en el material del cilindro es:
p- presin interior del cilindro
D- dimetro interior de la camisa
e- espesor de la pared de la camisa
e
Dpadm
=
2
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
-
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Clculo de los tirantes
Los cilindros se construyen con tapas roscadas a la camisa o con tapas unidasmediante tirantes roscados en sus extremos y sujetos por tuerca.
Normalmente se usan 4 tirantes de seccin circular. Los tirantes trabajan a traccin y estn sometidos como mximo a la fuerza
mxima de empuje que puede realizar el cilindro.
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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Clculo de los tirantes
Para el clculo a traccin, se considera la seccin mnima del tirante, es decir,el fondo de rosca de los extremos. Los tirantes se calculan como sigue:
Fa = Fuerza de avance en el cilindro
z = n de tirantes del cilindro
dn = dimetro del ncleo de rosca
La tensin admisible ser la de rotura o fluencia dividida por el coeficiente deseguridad que corresponda:
2
4
n
aadm
dz
F
=
21 s
F
s
Radm
CC
==
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos
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Fijaciones de los cilindros
Fijacin por placa trasera
Fijacin por placa delantera
Fijacin por escuadras
Fijacin por articulacin
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:
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Cilindros de carrera corta Cilindros compactos
Son actuadores concebidos para la sujecin de piezas en distintos procesos. Son de pequeo tamao pero poseen gran fuerza de empuje. Al no tener amortiguacin de final de carrera son rpidos. Existen tanto de doble como de simple efecto.
Cilindro compacto de
doble efecto
Cilindro compacto desimple efecto
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:
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Cilindros de carrera corta Cilindros de membrana
No existe un mbolo deslizndose por el interior de la camisa. Una membrana elstica de caucho hace de mbolo y de cierre hermtico entre
cmaras. Los desplazamientos son pequeos y limitados. Son capaces de desarrollar grandes esfuerzos ya que se construyen en grandes
dimetros. Existen tanto de simple como de doble efecto.
Cilindro de membrana
de doble efecto
Cilindro de membrana
de simple efecto
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:
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Cilindros de carrera corta
Cilindros elsticos de fuelle
Carecen de mbolo y de vstago. Estn formados por un fuelle elstico que se deforma axialmente debido a la presin
del aire, y por una tapa superior y otra inferior, que se fijan al mecanismo. Al mismo tiempo que cumplen con la funcin de cilindros, amortiguan vibraciones. Necesitan que los mecanismos donde se alojan, presenten guas ya que por si solos no
son capaces de mantener un movimiento perfectamente axial.
Cilindro elstico de
fuelle simple
Cilindro elstico de
fuelle doble
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:
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Cilindros miniatura
Son cilindros de tamao muy reducido utilizados all donde son necesarias tantofuerzas como carreras cortas.
Existen de doble y de simple efecto. Normalmente presentan el cuerpo roscado en toda su longitud pudiendo
adaptarse al soporte con la ayuda de un agujero roscado. Dimetros de pistn entre 6-20 mm. Carreras entre 5-20 mm.
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:Cili d bl d l t
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Cilindros con bloqueo del vstago
En los cilindros neumticos, debido a la compresibilidad del aire, el vstago nopuede detenerse en cualquier punto de su carrera cuando deja de seralimentado.
Para solucionar este problema se opta por un bloqueo de tipo mecnico.
Se monta tanto para garantizar la parada en un punto concreto, como para elbloqueo del vstago ante un corte de energa elctrica o presin de aire. La precisin de parada depende de la carga del cilindro, de la velocidad de
desplazamiento, del tiempo de respuesta de las vlvulas y el volumen de airedesplazado.
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:Cili d d d bl f i i i
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Cilindros de doble fuerza y varias posiciones
Cilindros de doble fuerza
Diseados para obtener una fuerza prxima al doble, con el mismo dimetro decilindro.
El cilindro posee dos camisas en tndem. El cilindro consta de dos cmaras independientes con dos pistones y un vstago
comn.
Cilindro de doble fuerza Smbolo
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:Cilindros de doble fuerza y varias posiciones
-
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Cilindros de doble fuerza y varias posiciones
Cilindros de varias posiciones Se trata de dos cilindros con sus correspondientes pistones y vstagos unidos por el
fondo trasero. Dependiendo de la cmara alimentada del cilindro se consigue una u otra posicin del
vstago.
Smbolo
Cilindro de varias posiciones
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos:Cilindros de doble vstago
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Cilindros de doble vstago
Un problema para los cilindros clsicos es el giro libre del vstago sobre supropio eje. Normalmente se ha optado por un sistema antigiro, formado por soporte con
buln solidario al vstago y que se desliza sobre un cojinete. Los cilindros de doble vstago, actualmente cubren esa necesidad. Los dos
vstagos se unen a la placa. Los dos vstagos comparten un mismo pistn.
Sistemaconvencionalantigiro
Cilindro de doble vstago
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I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos: Cilindros sin vstago
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Cilindros sin vstago
Presenta las siguientes ventajas:
Reduccin de la longitud casi a la mitad respecto a los convencionales. Elevadas carreras
Absorcin de cargas exteriores.
Tipos:
Cilindro sin vstago de bandas.
Cilindro sin vstago de acoplamiento magntico.
Ambos tipos pueden ir provistos de guas capaces de absorber grandesesfuerzos longitudinales, axiales y momentos de giro.
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Cilindros neumticos. Tipos: Unidades de avance oleoneumticas
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24
Unidades de avance oleoneumticas
Estn formadas por dos cilindros en paralelo montados en un conjuntomonobloque. El cilindro que produce trabajo es el neumtico, mientras que el hidrulico
controla la velocidad. En muchas ocasiones, se necesita un avance rpido de la herramienta y
posteriormente un avance ms lento que corresponde con el trabajo de laherramienta.
Caractersticas:
Regulacin del recorrido del vstago. Avance rpido neumtico. Avance lento con regulacin hidrulica. Retorno rpido del vstago Frenado final del recorrido regulable Regulacin de la carrera rpida y lenta.
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I.6. Actuadores.
Actuadores de giro Actuadores de giro tipo cremallera
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Actuadores de giro tipo cremallera
Son dispositivos neumticos que transforman el movimiento lineal enmovimiento rotacional, en general no superior a 360.
Se basan en uno o dos pistones, solidarios a cremalleras y que al desplazarseaxialmente, hacen girar un pin dentado montado sobre un eje de salida.
Se pueden encontrar actuadores de giro de tipo cremallera de un solo pistno de dos pistones en paralelo.
Actuador de pistn simple Actuador de doble pistn
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I.6. Actuadores.
Actuadores de giro Actuadores rotativos de paletas
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26
Actuadores rotativos de paletas
Proporcionan un giro limitado en un eje de salida. A diferencia de los anteriores, el aire acta directamente sobre una o dos palas
imprimiendo un movimiento de giro, no hay transformacin de movimientolineal a rotacional.
Actuadores rotativos de paleta simple No pueden superar un ngulo de giro de 270
Actuadores rotativos de paletas doble No pueden superar un ngulo de giro de 90
Actuador de paleta simple Actuador de paleta doble
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Pinzas neumticas Usados principalmente en la industria robtica y en tcnicas de
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Usados principalmente en la industria robtica y en tcnicas de
manipulacin. La funcin principal de las pinzas es de amarre y sujecin. Adems del mecanismo de apriete neumtico, llevan incorporado
regulacin de velocidad y detectores de fin de recorrido. Clasificacin:
Pinzas de apertura angular Existen tanto de simple como de doble efecto. Dimetro de los cilindros entre 10-25 mm. Par de apriete mximo 110 Nm a 6 bar de presin
con dimetro de 63 mm. de pistn. ngulos de giro entre 10 y +30 respecto a la
horizontal
Pinzas de apertura angular
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Pinzas neumticas Clasificacin:
-
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28
Pinzas de apertura paralela
Tanto en simple como en doble efecto Dimetro de cilindros entre 10-25 mm. Fuerza de apriete hasta 50 N. Carrera de apertura de unos 15 mm.
Pinzas de expansin interna y externa Concebidas para la sujecin de piezas cilndricas Poseen tres garras con desplazamiento axial Tipos: Con expansin interior (para sujetar un cilindro
macizo), y con expansin exterior (para sujetar un cilindro hueco desde el interior)
Pinzas de apertura paralela
Pinzas de expansininterna
Pinzas de expansinexterna
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Motores neumticos Ventajas frente a los motores elctricos convencionales:
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29
j
Insensible ante condiciones ambientales adversas como humedad, polvo,calor o vibraciones. En ambientes explosivos, donde los motores elctricos son peligrosos, son la
mejor solucin. Son autorrefrigerados debido a la expansin interna del aire y pueden
soportar los 120. Con reguladores de caudal y presin es fcil controlar los pares de salida del
motor.
El nico inconveniente frente a los motores elctricos es el costeenergtico.
Aplicaciones: Cintas transportadoras: se puede regular fcilmente la velocidad. Accionamiento de bombas de de refineras de lquidos inflamables. Enrollamiento de mangueras de gasolina. Etc.
Neumtica Industrial
I.6. Actuadores.
Motores neumticos Tipos:
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Motor de paletas:
Potencia de hasta 3.5 kW. Velocidad en vaco entre 400-20000 r.p.m.
Pares de salida hasta los 22 Nm a potencia mxima. Potencia mxima alrededor del 50% de la
velocidad mxima en vaco del motor.
Motor de pistones radiales:
Funcionamiento anlogo al M.C.I.A. Potencia de hasta 10 kW. Velocidad en vaco entre 400-9000 r.p.m Potencia mxima alrededor del 40% de la
velocidad mxima en vaco del motor.
Motor de pistonesradiales
Motor de paletas
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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1
La hidrulica significa la creacin de fuerzas y movimientos mediantefluidos sometidos a presin.
Los fluidos sometidos a presin son el medio para la transmisin de laenerga.
La gran cantidad de campos de aplicacin muestra la importancia queasume la hidrulica en las modernas tcnicas de automatizacin. Las aplicaciones hidrulicas son clasificadas bsicamente en:
Aplicaciones estacionarias. Son fijas y no se producen desplazamientos. Suelen utilizarse electrovlvulas.
Aplicaciones mviles Se producen movimientos, ya sea mediante ruedas o cadenas.
Las vlvulas son accionadas generalmente de forma manual.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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2
Los principales campos de aplicacin de la hidrulica estacionaria:
Todo tipo de mquinas de produccin y montaje. Lneas de transferencia. Equipos de elevacin y transporte. Prensas. Mquinas para moldear por inyeccin. Laminadoras.
Elevadores. Mquinas herramientas: la hidrulica se encarga de sujetar piezas y
herramientas, adems el avance y el accionamiento de ejes puede llevarse acabo tambin por sistemas hidrulicos.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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3
Ejemplos de la hidrulica estacionaria
Torno universalTorno
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Ejemplos de la hidrulica estacionaria
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4Prensa de embuticin 800 tn
Prensa de forja en caliente
1400 tn
Prensa con depsito
superior
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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5
Los principales campos de aplicacin de la hidrulica mvil:
Volquetes, palas mecnicas, plataforma de carga.
Sistemas de elevacin y transporte.
Mquinas para la agricultura.
Mquinas para la construccin: en el caso de una excavadora se utiliza lahidrulica para los movimientos de trabajo (elevacin, sujecin, giros, etc) ytambin para la locomocin del vehculo como tal. Los movimientos rectilneosestn a cargo de cilindros hidrulicos y los movimientos giratorios son
originados por motores hidrulicas.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Ejemplos de la hidrulica mvil
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6
Excavadora giratoria
de cadenasTractor de cadenas
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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Ventajas de la hidrulica.
Transmisin de fuerzas considerables con elementos de pequeas dimensiones.
Posicionamiento exacto.
Arranque desde cero con carga mxima.
Movimientos homogneos e independiente de la carga.
Trabajos y conmutaciones suaves.
Buenas caractersticas de mando y regulacin.
Buena disipacin del calor.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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8
Desventajas de la hidrulica.
Contaminacin del entorno por fugas de aceite (peligro de incendio y deaccidentes).
Sensibilidad a la suciedad.
Peligro ocasionado por las altas presiones.
Dependencia de la temperatura (cambios de la viscosidad).
Grado limitado de rendimiento.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
En principio cualquier lquido es apropiado para transmitir energa de
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En principio, cualquier lquido es apropiado para transmitir energa depresin.
El lquido utilizado en un sistema hidrulico tiene que cumplir con ciertascondiciones adicionales.
El agua genera problemas de:
Corrosin. Ebullicin. Congelacin. Viscosidad.
Los lquidos elaborados en base a aceites minerales, tambin llamadosaceites hidrulicos, cumplen prcticamente todos los requisitos.
Cuando los sistemas hidrulicos se usan en zonas de mayor peligro deincendio, es necesario utilizar lquidos difcilmente inflamables.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Funciones de los fluidos sometidos a presin
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Transmitir la presin.
Lubricar las partes mviles de los equipos.
Refrigerar, es decir, derivar el calor producto de la transformacin de energa(prdidas de presin).
Amortiguar vibraciones causadas por picos de presin.
Proteger contra la corrosin.
Eliminar partculas abrasivas.
Transmitir seales.
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Clasificacin de los aceites hidrulicos
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.
Igual que los aceites HLP; se utiliza enequipos sometidos a variaciones detemperatura o que trabajan atemperaturas ambientales bajas
Viscosidad menos afectada por latemperatura
HV
Igual que los aceites HL y, adems,para equipos en los que por suestructura o modo de funcionamientohay ms rozamientos
Mayor resistencia al desgasteHLP
Equipos en los que surgen elevadassolicitaciones trmicas o en los que esposible la corrosin por entradas de
agua
Proteccin anticorrosiva y aumentode la resistencia al envejecimiento
HL
Campos de aplicacinCaractersticas especialesDenominacin
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Clasificacin de los aceites difcilmente inflamables.
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Estos lquidos sintticos se clasifican en acuososy anhdricos. La estructura qumica de los lquidos sintticos impide la inflamacin de sus
gases.
0 0.1Lquidos anhdricosHFD
35 55Soluciones acuosasHFC
40Emulsiones de agua y aceiteHFB
80 98Emulsiones aceite y aguaHFAContenido en agua en %ComposicinDenominacin
Hidrulica Industrial
II.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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Propiedades necesarias en los aceites hidrulicos Densidad lo ms baja posible. Poca compresibilidad. Viscosidad no demasiado baja. Buenas caractersticas de la viscosidad en funcin de la temperatura.
Buenas caractersticas de la viscosidad en funcin de la presin. Buena resistencia al envejecimiento. Baja inflamabilidad. Compatibilidad con otros materiales.
Condiciones adicionales Segregar el aire. No formar espuma. Resistencia al fro. Ofrecer proteccin contra el desgaste y la corrosin.
Capacidad de segregacin de agua.
Hidrulica IndustrialII.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Viscosidad
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La viscosidad informa sobre las fricciones internas de un fluido, es decir, si unfluido fluye con mas o menos facilidad. La viscosidad cinemtica se expresa en mm2/s. Para cada tipo de aceite hidrulico HL, HLP, HV existen 6 clases de viscosidad.
110.090.0ISO VG 100
74.861.2ISO VG 68
50.641.4ISO VG 4635.228.8ISO VG 32
24.219.8ISO VG 22
11.09.0ISO VG 10
min.max.Viscosidad cinemtica(mm
2
/s) a 40 CClases de viscosidadsegn ISO
Hidrulica IndustrialII.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin
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Clasificacin de la viscosidad segn SAE
En zonas fras10
(15)
Aplicaciones a la intemperie hidrulica mvil22
325 W
Con temperaturas normales4610 W
6820,20W
Equipos estacionarios en mbitos cerrados con temperaturas altas10030
reas de aplicacinISO-VGSAE
Hidrulica IndustrialII.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Lmites se viscosidad
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Una viscosidad demasiado baja (mucha fluidez): Provoca fugas La pelcula lubricante es delgada y puede romperse ms fcilmente. Disminuye la proteccin contra el desgaste An as, es preferible una viscosidad baja, ya que por su menor friccin se
pierde menos presin y potencia. Una viscosidad elevada (ms consistencia):
Causa ms friccin Prdidas de presin y calentamiento en las zonas de estrangulamiento. Se dificulta el arranque en fro y la segregacin de agua. Mayor tendencia a desgastes por cavitacin.
Lmite inferior: 10 mm2/s Margen de viscosidad ideal: 15 a 100 mm2/s
Lmite superior: 750 mm2
/s
Hidrulica IndustrialII.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Influencia de la temperatura en la viscosidad.
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Hidrulica IndustrialII.1. Conceptos Bsicos.
Introduccin Influencia de la presin en la viscosidad.
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Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Bombas y motores
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Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Vlvulas distribuidoras o de vas Las vlvulas de vas tienen como mnimo 2 posiciones y 2 conexiones.
Denominacin de cone iones P T A B L A B C D L
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Denominacin de conexiones: P T A B L A B C D L
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Formas de accionamiento
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Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Vlvulas de presin
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Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Vlvulas de presin (cont.)
Las vlvulas de presin se clasifican en vlvulas limitadoras de presin y
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Las vlvulas de presin se clasifican en vlvulas limitadoras de presin yvlvulas reguladoras de presin.
La vlvula limitadora de presin:
Est cerrada en posicin normal y la presin se consulta a la entrada.
La presin se transmite por un conducto de control.
Si la presin es superior a la fuerza del muelle la vlvula se abre.
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Vlvulas de presin (cont.)
La vlvula reguladora de presin:
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La vlvula reguladora de presin:
Est abierta en posicin normal y la presin se consulta a la salida.
La presin se transmite por un conducto de control.
La vlvula empieza a cerrarse cuando la presin es mayor a la fuerza del muelle.
Si la presin en la salida rebasa un valor determinado la vlvula se cierra porcompleto.
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Vlvulas reguladoras de caudal
Las vlvulas reguladoras de caudal se clasifican en:
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Las vlvulas reguladoras de caudal se clasifican en:
Vlvulas con estrangulacin en funcin de la viscosidad
Vlvulas visco-estables (vlvulas de diafragma)
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Vlvulas de antirretorno
Con muelle de pre-carga
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Con muelle de pre carga
Sin pre-carga
Vlvula de cierre
Vlvula de antirretorno pilotada (desbloqueable)
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Cilindros
Cilindros de simple efecto
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Cilindros de simple efecto
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Cilindros (cont.)
Cilindros de doble efecto
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C d os de dob e e ecto
Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Transmisin y preparacin de la energa
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Hidrulica IndustrialII.2. Smbolos.
Otros smbolos
Equipos de medicin
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q p
Combinacin de smbolos
Hidrulica IndustrialII.3. Grupos hidrulicos y distribucin de aceite.
1) Unidad de abastecimiento de energa
Son los componentes que generan la energa hidrulica mediantetransformacin de la energa mecnica del motor
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transformacin de la energa mecnica del motor
Bomba h