elementos neumaticos

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Neumática básica

Tema 1. Actuadores Neumáticos 1. Cilindros NeumáticosCilindro de Simple Efecto

Cilindros de Doble Efecto

2. Cálculo de la Fuerza de los Cilindros Neumáti-

cos

3. Cálculo del Consumo de Aire de los Actuadores

Neumáticos

Tema 2. Válvulas de CaudalVálvula de Simultaneidad

Válvula Selectora

Válvulas Antirretorno

Válvula de Escape Rápido

Tema 3. Válvulas de Presión Reguladores de Presión

Válvula de Secuencia

Tema 4. Válvulas de VíasVálvula de 3/2 Vías de Accionamiento Mecánico; por Rodillo, Servopilotada

Válvula Temporizadora: Posición Normal De Bloqueo

Tema 5. AccesoriosFiltros

Lubricadores

Racores de Acero Maleable

Racores de ABS

Racores de tubería de cobre

Uniones de Tuberías


Neumática básica© Sena Virtual Distrito Capital 2005

Neumática básica

Tema 1. Actuadores Neumáticos

Los mecanismos neumáticos, permiten desarrollar los trabajos a alta veloci-

dad, eficiencia y a bajo costo. En ese sentido, los actuadores neumáticos son

los que realizan directamente el trabajo, y están clasificados en dos grandes

grupos de acuerdo a su función: actuadores lineales y actuadores rotativos que

permiten realizar movimientos rotativos, lineales y giratorios.

Cabe anotar que el término actuador aplica para todos aquellos dispositivos

que cumplen la función de trabajo en los circuitos neumáticos; entre ellos des-

tacamos los cilindros y motores neumáticos.

1. Cilindros Neumáticos

Los cilindros son dispositivos motrices en los equipos neumáticos ya que trans-

forman la energía estática del aire a presión, en movimientos rectilíneos de

avance y retroceso. Este tipo de actuadores neumáticos tienen utilidades con-

siderables en el campo de la técnica de automatización. El posicionamiento,

montaje y manipulación, ya sea para elevar, alimentar, desplazar, posicionar o

cambiar de dirección, son ejemplos de su uso.

Las acciones que realizan los cilindros son las de empujar y tirar /o halar. Estos

realizan su mayor esfuerzo cuando empujan, ya que la presión actúa sobre la

cara del embolo que no lleva vástago y así se aprovecha la mayor superficie,

cumpliendo con el principio de que a mayor área mayor fuerza.

Algunas características a tener en cuenta en la selección de un actuador son

las siguientes:

-El principio de operación (doble efecto - simple efecto).

-Diámetro del émbolo.

-Longitud de la carrera de desplazamiento.

-Fuerza

-Velocidad del embolo



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Cilindro de Simple Efecto

Su característica principal es que puede producir movimiento solamente en un

solo sentido o dirección; por un lado recibe presión (puede ser la cámara del

lado del émbolo o la del vástago), el cilindro ejecuta un trabajo mecánico de

avance y su retorno puede darse por efecto de un muelle de reposición, o bien

por fuerza externa (carrera en vacío); debe tener además una conexión para

escape de aire.

Partes de un cilindro de simple efecto:

Tipos de cilindros de simple efecto

cilindros de émbolo, cilindros de membrana, cilindros de membrana enrollable.

Tapa posterior Embolo Resorte dereposición

Tapa anterior

Vástago

Conexión para entradadel aire comprimido

Junta anular

Cuerpo delcilindro

Orificio dedesaireación



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Cilindros de Doble Efecto

Partes de un Cilindro de Doble Efecto

Los requerimientos de fuerza, velocidades, durabilidad, montaje y dimensiona-

miento de los actuadores neumáticos tendrán que ser cumplidas por productos

encontrados en el mercado.

Las diferentes aplicaciones industriales exigen características especiales de los

actuadores estándar, por ejemplo el tipo de vástago para el acoplamiento me-

cánico con los dispositivos.

Los cilindros de doble efecto presentan las siguientes características:

- Solo realizan trabajo en doble sentido

- Carreras máximas hasta 3000 mm con derecho a pandearse.

- Si el vástago está sometido a un esfuerzo radial y aparece el problema de

flexión se recomienda aplicar rotula.

Tapas o culatas

Embolo CamisaVástago

Cilindro de membrana arrollable

Escape de aire



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2. Cálculo de la Fuerza de los Cilindros Neumáticos

El diámetro del émbolo establece la fuerza que puede realizar el actuador. Ini-

cialmente tendremos en cuenta la fórmula: P = F/A.

Donde:

P = es la presión en N/cm 2

F = es la fuerza en Newton

A = es la superficie del émbolo en cm 2

De la fórmula P = F/A. despejaremos fuerza; F = P * A

Como la presión que se maneja a nivel industrial normalmente esta estandari-

zada en 6 bar, nos damos cuenta entonces que la fuerza del cilindro esta deter-

minada por el diámetro del embolo.

Ejercicio:

Un cilindro de doble efecto operado con aire comprimido tiene las siguientes

especificaciones:

Diámetro del émbolo: 50 mm

Diámetro del vástago: 20 mm

Presión de trabajo: 6 bar.

Carrera: 500 mm

Hallar la fuerza a la compresión que ejerce el cilindro.

Hallar la fuerza de tracción que ejerce el cilindro.

Primero hallamos las áreas del embolo y del anillo circular

Área del émbolo =

Área del anillo circular = cm 2



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Luego hallamos las fuerzas.

Fuerza a la compresión =

Fuerza a la tracción =

Ejercicio:

Un cilindro neumático debe levantar una carga de 60 kg en forma vertical ¿cuál

será la fuerza necesaria para levantar la carga; a una presión de 5 bar cuál

deberá ser el diámetro del embolo del cilindro?

Primero hallamos la fuerza necesaria:

En este caso no tenemos en cuenta las fuerzas de rozamiento.

Fuerza necesaria = Fuerza del peso + Fuerza de aceleración

Fuerza de peso = m * g = 60kg * 9.81m*s 2 = 588.6N

Fuerza de aceleración = m * a = 60kg * 10m*s 2 = 600N

Fuerza necesaria = 588.6 N + 600 N = 1188.6 N

Hallamos el área que correspondería al cilindro:

Hallamos el diámetro teórico del cilindro

A = 6.02cm



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Vamos a un catálogo de cilindros y seleccionamos el que mas se aproxime por

exceso, en este caso Diámetro de 63 mm

El Normograma que está en la parte inferior nos permite determinar el diáme-

tro del émbolo de acuerdo a la fuerza requerida:

Por ejemplo para una fuerza de 3000 Newton a una presión de 6 bar se nece-

sita un cilindro con un diámetro de émbolo de 79 mm buscamos de acuerdo al

catalogo de productos, el inmediatamente superior.

3. Cálculo del Consumo de Aire de los Ac-tuadores Neumáticos

El consumo de aire de los actuadores neumáticos determina las dimensiones

de las válvulas de mando, tubo plástico flexible, velocidades de trabajo y las

dimensiones del propio compresor. Este consumo se puede calcular a través de

la siguiente fórmula:

2

3

5

110 2 3 4 5 6 78100 2 3 4 5 6 781000 2 3 4 5 6 7 810000

4

678

10

2

3

54

678

100

2

3

54

67

2 3 4 5 6 8 1012

Diagrama presión fuerzaPresión de funcionamiento (bar)

Embo

lo e

n m

m

Fuerza en Newton



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Q = 2 n s q

Donde:

Q = Consumo de aire (l / min.)

n = No. de ciclos por minuto

s = Carrera (cm.)

q = Consumo específico de aire (l / cm.)

El consumo específico se determina a partir del siguiente nomograma:

Con el valor de presión de trabajo y el diámetro del émbolo se localiza el punto

de intersección de ambas líneas y se proyecta hacia el eje horizontal, consumo

l/cm.

Este valor se sustituye en la fórmula anterior y se calcula el consumo. Como se

puede observar el consumo también variará dependiendo del número de ciclos

por minuto que realice; es decir, para un mismo actuador se puede tener un

consumo de aire comprimido diferente de acuerdo a su velocidad de desplaza-

miento.

2

3

5

100,01 2 3 4 5 6 780,1 2 3 4 5 6 781,0 2 3 4 5 6 7 810

4

678

10

2

3

54

678

100

2

3

54

67

2 3 4 5 6 8 1012

Presión de funcionamiento (bar)

Embo

lo e

n m

m

Consumo 1/cm de carrera



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La ventaja de conocer el consumo de aire comprimido de nuestros actuadores,

es que al poder estimar el consumo total de nuestra máquina y en general el

de toda la planta, nos permitirá seleccionar el compresor de aire comprimido

más adecuado.

Los datos obtenidos del monograma tendrán que adecuarse a los productos

existentes en el mercado. Recuerde que cuando no hubiese el elemento que

deseamos a la medida exacta de nuestro cálculo, deberá seleccionarse el inme-

diato superior que exista en el mercado; esto con la finalidad de evitar que el

componente sea insuficiente para la necesidad para la cual ha sido adquirido.



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Tema 2. Válvulas de Caudal

Las válvulas de caudal controlan el flujo de aire que llegará a las válvulas de

mando o a los actuadores. En lo que sigue se describen algunas de ellas

Válvula de Estrangulación

La válvula de estrangulación estrecha el paso del aire; por lo general, es ajus-

table (rosca). Regula el caudal o retarda la conmutación.

La válvula de estrangulación y antirretorno es una válvula combinada; permite

el paso en una dirección y limita el paso en la dirección contraria.

En ambas válvulas puede fijarse la regulación del paso ajustando una contra-

tuerca.

Válvula de estrangulación y antirretorno

Válvula de estrangulación



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Válvula de Simultaneidad

La presión en las entradas X y Y tiene como consecuencia una señal en la sali-

da A; si sólo es recibida una señal o si no se recibe ninguna, la salida tampoco

recibe señal alguna.

Si las señales no llegan simultáneamente a la entrada, la última es transmitida

a la salida. Si las señales tienen presiones diferentes, la de menos presión llega

a la salida.

Válvula Selectora



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Si las entradas X o Y reciben una señal, ya sea individualmente o ambas, en-

tonces la salida A recibe una señal; si no hay señal de entrada, la salida tam-

poco recibe señal.

Si ambas entradas reciben aire a presión, es transmitida a la salida la señal

correspondiente a la presión mayor.

Válvulas Antirretorno

Son válvulas utilizadas en las líneas de suministro del compresor; deben estar

diseñadas para resistir la presión, temperatura e impulsos del aire comprimido.

Las válvulas de antiretorno abren el paso en una dirección y bloquean el paso

en la dirección contraria. El elemento de cierre se separa de su asiento si la

presión ejerce una fuerza mayor que la fuerza que le opone el muelle.

Válvula de Escape Rápido

La válvula de escape rápido permite una evacuación veloz del aire, por ejem-

plo, de un cilindro o de un conducto.

Tiene la posibilidad de aumentar considerablemente la velocidad de un cilin-

dro en determinadas circunstancias. Montaje: directo o lo más cerca posible al

cilindro.



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Tema 3. Válvulas de Presión

Las válvulas de presión tienen la tarea de establecer los parámetros de fuerza

en el circuito neumático. Además, establecen condiciones de mando en función

de la presión del sistema. Entre ellas se cuentan los reguladores de presión y

las válvulas de secuencia.

Reguladores de Presión

El montaje de los reguladores de presión en las conducciones de aire compri-

mido, tiene como misión principal mantener estables las condiciones de funcio-

namiento requeridas, a pesar de las fluctuaciones en la presión primaria y en el

caudal.

Las características de un regulador de presión deben estar referidas a la re-

gulación y caudal. La primera determina la posibilidad de que el regulador

mantenga una presión de utilización constante, independientemente de las

variaciones en la presión primaria. Las características de caudal demuestran la

capacidad del regulador para mantener la presión secundaria constante a pesar

de las variaciones en el caudal de comprimido.

La elección de los muelles de los reguladores es fundamental para permitir el

ajuste de la presión regulada del modo mas conveniente, debiéndose tener

presente que si un elemento accionado por el aire es obligado a trabajar a la

presión normal de partida, en vez de hacerlo a la que le corresponde, se origi-

na un desgaste excesivo de los órganos constructivos de tal elemento y gran

desperdicio de aire comprimido.



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Válvula de Secuencia

Válvula combinada: la válvula reguladora de presión activa una válvula de vías.

Si la presión aplicada a la conexión de mando 12 es superior a un valor de-

terminado que se puede ajustar (tornillo de ajuste de presión), la conexión de

trabajo 2 emite una señal.

La válvula vuelve a su posición normal si la presión aplicada a la conexión de

mando es inferior al valor que se haya ajustado.



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Tema 4. Válvulas de Vías

Las válvulas distribuidoras o válvulas de vías, son las encargadas de dirigir el

aire hacia los lugares previstos en el sistema de mando.

Válvula de 3/2 Vías: Asiento de Esfera, Cerrada en Posición de Reposo

Una esfera accionada por muelle cierra la conexión de aire a presión 1; la co-

nexión de trabajo 2 comunica con la salida de aire 3 del empujador.

Accionamiento: la esfera cierra primero la salida de aire 3; a continuación se

abre el paso de aire de 1 hacia 2.

El sistema de escape de aire es una solución que evita sobreposiciones de se-

ñales, es sencilla y, además, económica.



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Válvula de 3/2 Vías de Accionamiento Mecánico; por

Rodillo, Servopilotada

Accionamiento de la válvula de rodillo, por ejemplo, mediante la leva de man-

do de un cilindro. El servo pilotaje permite reducir considerablemente la fuerza

necesaria para el accionamiento.

Para convertir de posición normal de bloqueo a posición normal abierta la vál-

vula, se debe girar la parte superior del cuerpo de la válvula en 180° e invertir

la conexión 1 y 3.

Válvula Temporizadora: Posición Normal De Bloqueo

Válvula combinada: activación de una válvula de vías mediante una válvula de

estrangulamiento y antiretorno y un acumulador de presión.

El aire a presión pasa de la conexión de mando 12 hacia el acumulador atra-

vesando un elemento estrangulador regulable; en el acumulador aumenta la

presión; una vez transcurrido el tiempo que se haya ajustado previamente, es

decir, una vez que la presión alcanza determinado valor, la válvula de vías con-

muta, con lo que llega una señal a la conexión de trabajo 2.



Neumática básica

Al no haber señal de entrada, la válvula de vías vuelve inmediatamente a su

posición normal.

Válvula temporizadora

Posición cerrada en reposo Posición de activación

123

12

123

12

1 3

2

12



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Tema 5. Accesorios

El acondicionamiento de un sistema neumático, implica la utilización de un

conjunto considerable de elementos, ellos cumplen la función de adecuar otros

accesorios y fijar en el circuito condiciones óptimas de trabajo.

Filtros

- Los filtros no deben ser instalados inmediatamente después de válvulas de

rápida apertura y deben ser protegidos de posibles cambios de flujo u otras

condiciones de choque.

- Puede ser necesario instalar una combinación de filtros en la línea principal

cerca de la instalación del compresor antes de la entrada a la red principal e

instalar el terminal de filtración en los puntos críticos.

- Es importante purgar todas las líneas que conducen a los filtros con el fin de

proteger la instalación y conexión para la aplicación final.

- Se deben instalar los filtros en posición vertical asegurándose de que haya

espacio suficiente para facilitar el cambio del cartucho.

- Se deben evitar líneas de by-pass, cuando sea posible, ya que las partículas

pueden escaparse a través de las válvulas y atravesar los filtros.

Filtro submicrónico

Filtros combinados con filtrosde 1 y 0,01Elevada calidad del aireMayor intervalo entre serviciosde mantenimiento.



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- Es necesario expulsar los líquidos retenidos desde los desagües del filtro a

través de tuberías adecuadas, teniendo en cuenta que no se produzcan restric-

ciones.

- Se deben instalar los accesorios y manómetros de presión diferencial para

indicar la caída de presión a través de los filtros. Esto dará una idea de la con-

dición del elemento filtrante.

Los tipos más comunes de filtros son:

• Papel

• Laberinto empapado en aceite

• Tela de lana

• Baño de aceite

Cualquiera de ellos puede incorporar o debe utilizarse en combinación con si-

lenciadores adecuados.

Para equipos en áreas de gran contaminación como yacimientos de piedra o

cemento, se precisa una filtración adicional o auto-limpiado automático, de

otro modo el filtro de aire se saturará rápidamente. Se recomienda el uso de

indicadores de estado del filtro.

Lubricadores

Una lubricación apropiada es indispensable para conservar productiva una

máquina accionada con aire comprimido, disminuyendo el desgaste ocasionado

por la fricción y la corrosión, así como el tiempo de parada en la reparación y

aumentando el rendimiento y vida de los aparatos; en cualquier caso, el propó-

sito fundamental es mantener la máquina funcionando y evitar una cese im-

previsto.



Neumática básica

La lubricación de los accesorios, cilindros, válvulas, máquinas, etc., se hace

utilizando el aire comprimido para trasladar, entregar y depositar el aceite

sobre todas las superficies que están en contacto con el aire; esto se hace de

una forma automática, regulando el paso del aceite desde una gota por minu-

to hasta la circulación continua, con lo que siempre habrá aire como niebla de

aceite mientras exista circulación de aire.

Racores de Acero Maleable

Tornillo de regulaciónpara la alimentacióndel aceite

Válvula deretención

Cámara de goteo

Tubo ascendente

Aceite

Tobera venturi

Tornillo para el escapede aire del depósitode aceite

Válvula de escape

Funda metálicade protección

Lubricador de aire comprimido


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Los racores de acero maleable deben cumplir con las normas estandarizadas.

Racores de ABS

Existe una gama de tuberías y racores de ABS desde 16 mm. a 110 mm. de

diámetro exterior; las uniones están hechas por fusión solvente.

Racores de tubería de cobre

Al instalar racores en material de cobre, seria conveniente engrasar las roscas

de las conexiones antes de acoplar para reducir la fricción. Después de que la

junta haya sido extendida, debe abrirse para asegurarse que el casquillo está

colocado correctamente en la tubería, después de ésta la junta puede tensarse

completamente.

Uniones de Tuberías

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