LEYES USUALMENTE APLICADAS EN UN SISTEMA NEUMÁTICO

Las leyes utilizadas en la neumática pueden deducirse de la ecuación general de los gases perfectos:

Ley de BOYLE MARIOTTE

A temperatura constante las presiones ejercidas en una masa gaseosa, son inversamente proporcionales a los volúmenes ocupados.

Ley de GAY LUSSAC

A presión constante el volumen ocupado por un gas es proporcional a su temperatura absoluta.A volumen constante la presión de un gas es proporcional a su temperatura absoluta.

Ley de CHARLES

Considerándose un volumen constante, al aumentar la temperatura, aumenta la presión.

En las leyes de los gases, la de Boyle, la de Charles y la Gay-Lussac, la masa del gas es fija y una de las tres variables, la temperatura, presión o el volumen, también es constante. Utilizando una nueva ecuación, no solo podemos variar la masa, sino también la temperatura, la presión y el volumen.

MECANICA DE UN CILINDRO

El cilindro de émbolo se compone de: tubo, tapa posterior (fondo) y tapa anterior con cojinete y aro rascador, además de piezas de unión y juntas. A continuación se hace la descripción de dicho elemento, así como, mediante una numeración en

la siguiente figura muestra la forma en que cada pieza cumple su trabajo en este actuador neumático.

Cuando el cilindro ha de realizar trabajos pesados, el tubo o camisa del cilindro (1), se fabrica en la mayoría de los casos de tubo de acero embutido sin costura. Para prolongar la duración de las juntas, la superficie interior del tubo debe someterse a un mecanizado de precisión (bruñido).

Hoy en día, donde la mayoría de las aplicaciones requieren esfuerzos débiles, se suelen construir en aluminio. Estas ejecuciones especiales se emplean cuando los cilindros no se accionan con frecuencia o para protegerlos de influencias corrosivas. También para la captación de finales de carrera magnéticamente.

La camisa marca dos parámetros fundamentales del cilindro:

Por un lado, su diámetro interno marcará la sección que presenta el cilindro y por tanto, para una presión dada nos indicará la fuerza que este es capaz de realizar. Evidentemente, a mayor diámetro, mayor fuerza y consumo.

Además, la longitud del tubo delimita lo que se conoce como carrera del cilindro, o longitud útil para el trabajo con el mismo.

Tanto diámetros como carreras se encuentran normalizados.

Para las tapas posterior fondo (2) y anterior (3) se emplea preferentemente material de fundición (aluminio o acero en función del resto de materiales del cilindro).La fijación de ambas tapas en el tubo puede realizarse mediante tirantes, roscas o bridas.

El vástago (4) se fabrica preferentemente de acero bonificado. Este acero contiene un determinado porcentaje de cromo que lo protege de la corrosión. A deseo, el émbolo se puede someter a un tratamiento de temple. Su superficie se comprime en un proceso de rodado entre discos planos. En algunas ocasiones, sobre la simbología de los actuadores los fabricantes indican mediante una serie de símbolos tratamientos específicos aplicados a los vástagos.

La profundidad de asperezas del vástago es de 1 μm. En general, las roscas se laminan al objeto de prevenir el riesgo de roturas. El vástago acopla mecánicamente con el émbolo del cilindro, cerrando la unión mediante tuerca y juntas estáticas (para el sellado).Sobre el émbolo se montaran las juntas dinámicas y el imán (si es un cilindro preparado para captación magnética de la posición).Para hermetizar el vástago, se monta en la tapa anterior un collarín obturador(5). De la guía de vástago se hace cargo un casquillo del cojinete (6), que puede ser de bronce sinterizado o un casquillo metálico con revestimiento de plástico. Delante del casquillo del cojinete, se encuentra un aro rascador (7).

Este impide que entren partículas de polvo y suciedad en el interior del cilindro.Por eso, no se necesita emplear un fuelle. Pertenece a los elementos estanqueizantes que componen el cilindro.El junta dinámica (8), hermetiza las cámaras del cilindro para un óptimo rendimiento. Las juntas tóricas o anillos toroidales (9), se emplean para la obturación estática, porque deben pretensarse, y esto causa pérdidas elevadas por fricción en aplicaciones dinámicas.

ACTUADORES ROTANTES NEUMÁTICOSLa función de este tipo de actuador es la de obtener movimientos de rotación alternativos.Con este fin los fabricantes han recurrido a diferentes mecanismos y principios que comprenden el uso de paletas internas, sistemas de piñón y cremallera o mecanismos de palancas articuladas como el llamado yugo escocés.

Uno está basado en el principio de piñón y cremallera simple, formado por dos cilindros contrapuestos cuyos pistones están unidos por un vástago – cremallera movido en forma alternada por los mismos. Dicha cremallera engrana con un piñón, de modo de transformar el movimiento lineal del conjunto en un movimiento de rotación. Obviamente, el ángulo de rotación queda limitado por la carrera de los cilindros.

Las características de control de velocidad resultan similares a la de los cilindros neumáticos lineales.Puede controlarse la velocidad en forma independiente en ambos sentidos de rotación, controlando el flujo de aire comprimido, y el par torsor por medio de la presión.Los ángulos de rotación que pueden obtenerse pueden variar desde unos pocos grados a uno o dos giros, según sea la carrera de los cilindros.

Los actuadores rotantes neumáticos son empleados en: Rotación angular. Órganos de máquinas - herramientas, transporte de piezas en

alimentadores. Selección de pistas en separadores. Comando a distancia de válvulas rotantes. Movimientos angulares periódicos en máquinas especiales en ambientes

explosivos, aperturas de puertas, mezcladoras, etc.

Los actuadores rotantes a paleta son dispositivos mecánicos que convierten la energía del aire comprimido en movimiento rotativo alternado.Poseen como ventaja distintiva, respecto a otras soluciones similares, su gran resistencia a los esfuerzos laterales en el eje. Pueden funcionar con aire comprimido sin lubricación. Los sellos garantizan un movimiento suave, gran estanqueidad, bajo Stick-Slip (presión mínima) comenzar el movimiento) y millones de ciclos sin mantenimiento.Se disponen en tres diferentes diámetros o dimensiones: 41, 76 y 152mm. de lado respectivamente, cada una de las cuales puede construirse en diferentes largos, con el fin de lograr un escalonamiento de torques posibles.Se ofrecen para giros de 90°, 180° y 270°.

FORMAS DE REPRESENTACIÓN DE LAS FASES OPERATIVAS DE UNA MÁQUINA

La complejidad siempre creciente de los automatismos industriales, se traduce en cada vez mayores dificultades para definir de modo claro y no ambiguo el desarrollo de las fases operativas del equipo y sus estados de conmutación. Las extensas descripciones literales resultan de difícil o confusa interpretación, por lo que se hace imprescindible adoptar métodos de representación claros y concretos, ya sea en forma literal o gráfica. Seguidamente indicaremos distintos métodos de representación de las fases operativas de las máquinas.

Si bien todos son de aplicación general, será el grado de complejidad del equipo el que defina al más adecuado en cada caso. Es importante destacar que las formas de representación son independientes de la tecnología utilizada, por consiguiente, serán aplicables para centrales de mando neumático, hidráulico, mecánico, eléctrico, electrónico o combinaciones de éstos.

REPRESENTACIÓN DESCRIPTIVA SIMPLIFICADA

REPRESENTACIÓN ABREVIADA CON VECTORESEn este caso el movimiento de los cilindros o actuadores se representa por vectores.Se adopta convencionalmente:

REPRESENTACIÓN ABREVIADA CON SIGNOSEn este caso el movimiento de los cilindros o actuadores es designado con los signos más (+) y menos (-)Se adopta convencionalmente:

REPRESENTACIÓN EN FORMA DE DIAGRAMAS

DIAGRAMA ESPACIO FASE

En este diagrama se representa la secuencia de acción de las unidades de trabajo y el encadenamiento de las señales de mando.

Se utilizan para ello dos ejes coordenados. Se representará en uno de ellos (el eje vertical) el estado de los actuadores del sistema utilizando valores binarios (0 - 1).Se adoptará valor 0 para indicar la posición de reposo del elemento (motor detenido, cilindro con vástago retraído, etc.) y el valor 1 para identificar el estado del elemento actuado (motor en marcha, cilindro con su vástago extendido, etc.)Estas designaciones constituyen una práctica corriente, no obstante dejamos aclarado su carácter de convencional.

En otro eje (el horizontal) se indicarán las fases o pasos en que se subdivide el ciclo de trabajo. Estos pasos o fases están caracterizados por la modificación o cambio del estado de un elemento constitutivo del mando. Estos cambios se indicarán con líneas verticales auxiliares sobre el diagrama, que denominaremos líneas de fase.

EjemploRepresentan en forma de diagrama espacio – fase la siguiente secuencia de máquina expresada en forma literal abreviada con signos.

A +, B +, A -, C +, B -, C-

Se exige un funcionamiento a ciclo simple. El inicio se producirá oprimiendo un comando bimanual y estará condicionado a la finalización del ciclo anterior.

Recuerde que deberá tratarse siempre que los principios de representación y los símbolos utilizados sean iguales en todos los casos, a efectos de lograr que la lectura y comprensión pueda realizarse sin dificultad e inequívocamente.

REPRESENTACIÓN DE LOS ÓRGANOS DE TRABAJO

Los actuadores (neumáticos o hidráulicos) se representan por líneas.Las líneas horizontales representan estados de reposo del elemento (fase 1 y 3 en el diagrama de la figura)Las líneas inclinadas significan movimientos del mismo (fases 2 y 4 de la figura)Las líneas con distinta inclinación evidencian distintas velocidades del movimiento, por ejemplo aproximación rápida, trabajo lento y retorno rápido (fases 1, 2 y 3 en el diagrama de la figura)El arranque y parada de motores se indicará con una línea vertical desde el estado 0 al 1 y viceversa.Los motores con posibilidad de giro en dos sentidos se representarán como en la figura.El nivel 1 superior indica por ejemplo rotación en sentido horario, en tanto el inferior lo contrario. El 0 central indica reposo (motor detenido)Los motores con aceleración y desaceleración prolongada podrán representarse como en la figura (caso de inversión del giro)

Cuando en un mando existan varios elementos de trabajo, éstos serán representados individualmente uno debajo del otro estableciendo su relación por medio de las líneas de fase.

Representación de los elementos de señalización

Los elementos de señalización son aquellos que al ser actuados emiten una señal capaz de modificar el estado de algún componente del mando.

Representación de la cadena de señales

La vinculación entre los distintos elementos del mando lo establecen las señales.Estas se representan con líneas. Las líneas tendrán un origen y un destino. Su origen será un elemento de señalización y su destino aquel cuyo estado deba ser cambiado (válvula o cilindro)Una flecha indicará el sentido de la señal.