NEUMATICA
La neumática
(del griego πνεῦμα [pneuma], ‘aire’) es la tecnología que emplea el aire
comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer
funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al
aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la
energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los
gases ideales.
LOS MANDOS NEUMÁTICOS
Están constituidos
por elementos de señalización, elementos de mando y un aporte de trabajo. Los
elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos
de trabajo y se denominan válvulas. Los sistemas neumáticos e hidráulicos están
constituidos por:
Elementos de información.
Para el tratamiento de la información de mando es preciso
emplear aparatos que controlen y dirijan el fluido de forma preestablecida, lo
que obliga a disponer de una serie de elementos que efectúen las funciones
deseadas relativas al control y dirección del flujo del aire comprimido.
Elementos de trabajo.
En los principios de la automatización, los elementos
rediseñados se mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo
se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizan elementos de comando por
símbolo neumático (cuervo).
Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación
de estos elementos, se emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos,
electro-neumáticos y automáticos que efectúan en su totalidad el tratamiento de
la información y de la amplificación de señales.
Elementos artísticos.
La gran evolución de la neumática y la hidráulica han hecho,
a su vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificación de
señales, y por tanto, hoy en día se dispone de una gama muy extensa de válvulas
y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las
necesidades.
Hay veces que el comando se realiza manualmente, y otras nos
obliga a recurrir a la electricidad (para automatizar) por razones diversas,
sobre todo cuando las distancias son importantes y no existen circunstancias
adversas.
Las válvulas en términos
generales, tienen las siguientes misiones:
Distribuir el fluido
Regular caudal
Regular presión
Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en
marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido
enviado por el compresor o almacenado en un depósito. Ésta es la definición de
la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen
des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques).
Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:
Válvulas de vías o
distribuidoras:
En los circuitos neumáticos existen unos elementos denominados
válvulas, que controlan el fluido a lo largo de su recorrido por el circuito.
Un ejemplo son las válvulas distribuidoras, que tienen unos
orificios o vías que sirven para la entrada o salida del aire y que controlan
su dirección.
Para identificar el tipo de válvula hay que conocer su
número de orificios y las posiciones de trabajo en las que puede funcionar.
Generalmente las válvulas poseen dos posiciones, la posición de reposo y la
posición de trabajo.
Observa en la siguiente animación cómo funciona una válvula
distribuidora 3/2 y en qué consisten estas dos posiciones.
Válvulas de bloqueo
Las Válvulas de Bloqueo y Regulación son operadas
manualmente para uso en refrigeración industrial donde, por ejemplo, una parte
de la tubulación necesita ser apagada durante el servicio o mantenimiento. Las
válvulas tienen tamaños de DN 6 mm (¼ pulgada) hasta 300 mm (12 pulgadas).
Válvulas de presión
Las válvulas reguladoras de presión, proporcionan una
presión constante en un sistema que funcione a una presión más baja que la
suministrada por el equipo de producción.
La válvula reguladora
de presión mantiene constante la presión de trabajo, sean cuales fueren las
oscilaciones de presión en la red y en el consumo de aire. Dependiendo de su
construcción (con/sin orificio de escape) funcionan de forma algo diferente.
Válvulas de caudal
Las válvulas reguladoras de
caudal, también llamadas válvulas limitadoras de caudal, regulan a un caudal
fijo, independientemente de la fluctuación de las presiones de trabajo y
caudales de inicio. Previene, por ejemplo, el funcionamiento de bombas a un
rendimiento demasiado elevado o regula el rendimiento de todos los sitemas e instalaciones.
Válvulas de cierre
Las válvulas de cierre y regulación son válvulas manuales
que se utilizan en aplicaciones de refrigeración industriales, p.ej. donde se
necesita cerrar una sección de la tubería para tareas de servicio y
mantenimiento. Las válvulas están disponibles en tamaños desde DN 6 mm (¼ in)
hasta 300 mm (12 in.). Diseñadas como válvulas de servicio ofrecen condiciones
de flujo favorables y su desmontaje es muy sencillo. El cono de válvula se ha
diseñado para asegurar un sellado perfecto. Las válvulas son aplicables para
todos los refrigerantes comunes, incluyendo amoniaco (R717) y gases/líquidos no
corrosivos dependiento de la compatibilidad del material de sellado.
Circuito neumático.
Tanto la lógica neumática como la realización de acciones
con neumática tiene ventajas y desventajas sobre otros métodos (hidráulica,
eléctrica, electrónica). Algunos criterios a seguir para tomar una elección
son:
El medio ambiente. Si el medio es inflamable no se
recomienda el empleo de equipos eléctricos y tanto la neumática como la
hidráulica son una buena opción.
La precisión requerida. La lógica neumática es de todo o
nada, por lo que el control es limitado. Si la aplicación requiere gran
precisión son mejores otras alternativas electrónicas.
Por otro lado, hay que considerar algunos aspectos
particulares de la neumática:
Requiere una fuente de aire comprimido, por lo que se ha de
emplear un compresor.
Es una aplicación que no contamina por si misma al medio
ambiente (caso hidráulica).
Al ser un fluido compresible absorbe parte de la energía,
mucha más que la hidráulica.
La energía neumática se puede almacenar, pudiendo emplearse
en caso de fallo eléctrico.
Circuitos neumáticos]
Circuito de anillo cerrado: Aquel
cuyo final de circuito vuelve al origen evitando brincos por fluctuaciones y
ofrecen mayor velocidad de recuperación ante las fugas, ya que el flujo llega
por dos lados.
Circuito de anillo abierto: Aquel
cuya distribución se forma por ramificaciones las cuales no retornan al origen,
es más económica esta instalación pero hace trabajar más a los compresores
cuando hay mucha demanda o fugas en el sistema.
Estos circuitos a su vez se pueden dividir en cuatro tipos
de sub-sistemas neumáticos:
Sistema manual: Método de
paso a pasoEl método paso a paso es una técnica para diseño de circuitos
neumáticos, el cual está basado en que para activar un grupo es necesario
desactivar el grupo anterior, generando así una secuencia
Sistemas semiautomáticos:
Este método es más utilizado que el método de cascada, ya que cuando hay más de
dos válvulas en cascada, surgen pérdidas de presión. Dichas pérdidas de presión
se corrigen con el método paso a paso.
Sistemas automáticos: La automatización tiene como características
principal el hacer funcionar un objeto o bien de forma semi-independiente del
control humano; decimos “semi-independientes” porque aunque sean los
dispositivos los que realicen la mayor parte del trabajo, para su correcto
desempeño se necesita una supervisión humana.
Sistemas lógicos
Se necesita que haya tres o más grupos para que funcione,
aunque se puede realizar el método con dos grupos pero se debe de agregar un
grupo adicional para poder seguir con la secuencia.
Los siguientes pasos llevan a
diseñar un circuito neumático de paso a paso:
Establecer la secuencia o sucesión de movimientos a
realizar.
Separar la secuencia en grupos.
Designar cada grupo con siglas romanas.
Hacer la esquematización del circuito, colocando los
actuadores en la posición inicial deseada.
Cada actuador estará controlado por una válvula 4/2 o 5/2 de
accionamiento neumático biestable.
Debajo de las válvulas de distribución, se ponen tantas
líneas de presión como grupos tenga el sistema, enumerándolas con números
romanos
Debajo de las líneas de presión se ponen memorias (válvulas
3/2), tantas como grupos tenga el sistema. Todas las memorias comenzarán
normalmente cerradas, a excepción de la válvula colocada hasta la derecha que
estará normalmente abierta.
Las memorias van conectándose a las salidas de presión,
tomando la salida única de la primera memoria y se conecta a la línea de
presión I, la segunda memoria a la línea a presión II y así sucesivamente. La
última memoria que es la normalmente abierta, se conectara a la última línea de
presión.
Cada memoria (excepto la de la derecha), será pilotada por
la izquierda por la línea de presión o grupo anterior al que está conectada su
salida.
Cada memoria (excepto la de la derecha), será pilotada por
la derecha por la línea de presión o grupo que debe de desactivarla.
La válvula de la derecha será pilotada al revés, esto quiere
decir que para pilotarla por la izquierda, se debe de conectar el grupo o línea
que la desactiva y para pilotarla por la derecha, se conecta el grupo o línea
anterior al que esté conectada su salida.
Cada válvula distribuidora (4/2 o 5/2) estará pilotada por
la línea de presión correspondiente a su grupo.
El primer grupo sólo necesita estar conectado a su línea de
presión correspondiente, pero los demás grupos además de ser conectados a su
línea de presión correspondiente, deben de ser conectados a la señal del grupo
anterior para indicar que el movimiento del grupo anterior ha finalizado.
El primer movimiento de la secuencia se alimentará de la
primera línea de presión y tendrá en serie el pulsador de marcha.
Si se repite un movimiento en la secuencia, deberá
utilizarse válvulas de simultaneidad (AND) antes de la distribuidora
correspondiente.
Hacer el método paso a paso con dos grupos genera un
problema de entrampamiento. Ya que un grupo tendría que ser activado y
desactivado por sí mismo, lo cual no es posible. Para solucionar el problema se
dan dos opciones:
Utilizar el método de cascada
Crear un grupo que no realice nada, para tener los tres
grupos necesarios para que funcione el método.
Grupo I: es generado por
el grupo III sin final de carrera y será desactivado por el grupo II.
Grupo II: es generado por
el grupo I y será desactivado por el grupo III.
Grupo III: es generado
por el grupo II y desactivado por el grupo I.
Nota: Al seguir este cambio ya se puede trabajar normalmente
con los pasos dados para la realización del método paso a paso por tres grupos
o más.
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Componentes de un Circuito Neumático
Pues bien nada
mejor que una imagen para ver los componentes generales de un circuito
neumático. Luego explicaremos uno a uno.
Compresores
Neumaticos (Generadores)
Para producir el
aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor
de trabajo deseado. La presión de servicio es la suministrada por el compresor
o acumulador y existe en las tuberías que recorren el circuito. El compresor
normalmente lleva el aire a un depósito para después coger el aire para el
circuito del depósito. Este depósito tiene un manómetro para regular la presión
del aire y un termómetro para controlar la temperatura del mismo. El filtro
tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y
el agua (humedad) que tiene el aire que se puede condensar. Todos estos
componentes se llaman circuito de control.
Neumática
Este sería el
inicio de la instalación. Nosotros los ejercicios que hagamos supondremos que
llevan todo esto aunque no lo representaremos por facilidad a la hora de
realizar los circuitos.
Cilindros Neumáticos
Al llegar la
presión del aire a ellos hace que se mueva un vástago (barra), la cual acciona
algún elemento. Hay de varios tipos:
De simple efecto:
Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar
trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de
traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una
fuerza externa. Ejemplo de Aplicación: frenos de camiones y trenes. Ventaja:
frenado instantáneo en cuanto falla la energía. Apertura de una puerta mientras
le llaga el aire, cuando deja de llegar la puerta se cierra por la acción del
retorno del cilindro gracias al muelle.
Cilindros neumáticos
Cilindros de doble
efecto: la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros
de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se
dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno.
CILINDRO DOBLE EFECTO
Elementos Neumáticos con Movimiento Giratorio
Estos elementos
transforman la energía neumática en un movimiento de giro mecánico. Son motores
de aire comprimido.
Las válvulas son
elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así
como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o
almacenado en un depósito.
Las posiciones de
las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. La cantidad
de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la válvula
distribuidora.
VALVULAS NEUMATICAS
El funcionamiento
se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros).Las
líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación
del fluido (figura 1). Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan
mediante líneas transversales (figura 2). La unión de conductos o tuberías se
representa mediante un punto (figura 2). Las conexiones (entradas y salidas) se
representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición
de reposo o inicial (figura 3).
VALVULAS NEUMATICAS SIMBOLO
La otra posición se
obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones
coincidan. Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a,
b, c ... y 0. Las salidas (al exterior) y entradas de aire se representan
mediante un triangulo.
FUNCIONAMIENTO VALVULAS NEUMATICAS
Para activar la
válvula (que cambie de posición se puede hacer manualmente (como un pulsador) o
de otras formas (eléctricamente, neumáticamente (una flecha) ,etc).
La válvula
selectora cuando el aire entra por X
sale por A pero no puede salir por Y. Si entra por Y sale por A pero no puede
salir por X.
Veamos un ejemplo
de funcionamiento de una válvula 3/2
VALVULA DISTRIBUIDORA
Un regulador de
flujo: es un elemento que permite controlar el paso del aire en un sentido,
mientras que en el otro sentido circula libremente.
REGULADOR DE FLUJO
Las válvulas
estranguladoras con retención, conocidas como válvulas reguladoras de
velocidad, son híbridas. Desde el punto de vista de la estrangulación son
válvulas de flujo y como tales se las emplea en neumática. La función de
retención les hace ser al mismo tiempo una válvula de bloqueo.
El regulador de
flujo se alimenta con aire del suministro. Dicho regulador emite un flujo de
aire controlado en una conexión en T. Una tubería de esta conexión se conecta a
la válvula accionada por diafragma y la otra se deja abierta para que salga
aire a la atmósfera.
Cuando la tubería
de toma de aire es bloqueada por la rueda de un vehículo, la presión aumenta en
la tubería y la válvula accionada por diafragma se activa, y el aire comprimido
entra en el pistón.
http://www.youtube.com/watch?v=7Dw10EHtZkw
