AutomatizaciónNeumática

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Principios físicos

A – Presión:

• Relativa o manométrica, la relacionada con la atmósfera (≈1 bar).

• Absoluta, relativas al 0 absoluto.

B - Caudal

8.1

Es el volumen del fluido que atraviesa una sección transversal de una conducción por unidad de tiempo.

Q = V/t = S.l/t = S.vUnidades:

m3/h l/min l/s

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Simbología neumática8.2

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5

Producción de aire comprimido

Compresor: máquina que toma aire con unas condiciones y lo impulsa a presión superior a la de entrada.

Son accionados por un motor eléctrico o térmico.

Se diferencian por su caudal o relación de compresión.

8.3

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Tipos de compresores

A – De émbolo: los más usados por su precio y flexibilidad de funcionamiento.

B – Rotativos: comprime al girar un rotor.

– De paletas.– De tornillo.

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Red distribución y tratamiento del aire

A – Red distribución: conjunto de tuberías que conduce el aire comprimido a los elementos del circuito neumático.

Suelen ser de tubos de acero y las uniones van soldadas, su problema es la oxidación, por eso también se usan racores (biconos o de anillo) y de distinto material (acero o plástico).

B - Depósito y acumuladores: deben mantener el nivel de presión en caso de fallo de la instalación.

8.4

8

C – Tratamiento del aire

El aire hay que acondicionarlo para un correcto funcionamiento del circuito:Filtros: limpiar impurezas del aire.

Problemas más habituales: Desgaste rápido de juntas. Válvulas agarrotadas. Silenciadores obstruidos. Excesiva agua condensada en el filtro.

Si hay humedad elevada en el circuito: Corrosión en la instalación. Eliminación capa lubrificante. Perturbaciones en el funcionamiento válvulas. Ensuciamiento y daños en los productos en contacto

con el aire.

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Elementos de trabajo: actuadores lineales

Convertimos la energía del aire en un movimiento lineal, de avance o retroceso.

Tipos de cilindros:

A – Simple efecto: Al aplicar el aire se desplazan y, al cesar, retroceden.

Utilización:– Sujección. - Levantamiento.

– Expulsión. - Alimentación.

– Apretado.

8.5

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B – Cilindro doble efecto

Pueden producir movimiento en ambos sentidos, por tanto, tienen fuerza útil en el avance y el retroceso.

Se usan en los casos que el cilindro tiene que realizar una función en su retorno a la posición inicial.

El aire es introducido por la tapa posterior, llenando la cámara del cilindro y el vástago avanza. A la vez, el aire es expulsado por un orificio de la tapa delantera. Para el retroceso el proceso se invierte.

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C – Cálculo fuerza accionamiento

Fuerza teórica: Ft = S.p (kp)

Sección émbolo:

•En avance: S = π.R2 (cm2) R= radio embolo

• En retroceso: S´= π (R2- r2) (cm2) r= radio vástago

En la práctica, hay que tener en cuenta los rozamientos (Fr), se admiten 10% de la fuerza calculada.

En los cilindros simple efecto , se admite que la fuerza disipada por el muelle (Fm) es el 6% de la Ft calculada.

•Cilindro simple efecto: Fn = S . p – (Fr + Fm)

•Cilindro doble efecto: – Avance: Fn = S . p – Fr – Retroceso: Fn = S´ . p – Fr

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D – Consumo de aire

Es la cantidad de aire comprimido que necesita un cilindro para funcionar correctamente.

Se calculan en condiciones normales (ISO R554):

Tª = 20 ºC P = 1013 mbar Hrel = 65%

Para su cálculo seguiremos los pasos:

a) El volumen del cilindro: Vcil 2E = (π/4)(2D2-d2).l (I=carrera)

b) El volumen de aire a c.n.: Vaire = pabs.Vcil/patm (Ley Boyle-M)

c) Suponiendo una patm = 1kp/cm2 el Vaire = (pman + 1)Vcil/1

d) La cantidad de aire Qaire = Vaire . f (f=nºciclos/min)

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E – Esfuerzos sobre vástago cilindro

Los cilindros están sometidos a esfuerzos de tracción y compresión, como de pandeo.

El pandeo es negativo para el funcionamiento del cilindro, ya que impide que el vástago avance y retroceda linealmente.

Se suele sobredimensionar para que soporte dichos esfuerzos.

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Elementos de mando: Válvulas

A – Representación:

8.6

Posiciones y vías

Conexiones habituales

Conexiones internas

Ej: Válvula 3/2 manual, NC

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B – Constitución de las válvulas distr.

Se componen de:

• Cuerpo.

• Elemento móvil.

• Elementos accionamiento.

De asiento de bola

De corredera

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C – Tipos de accionamiento vál. distr.

• Manual: el operador voluntariamente la acciona. Se usa en la puesta en marcha y para la seguridad del operario.

• Mecánico: se activan por un mecanismo en movimiento. Se usan como captadores.

• Neumático: se usan como órganos de regulación de los actuadores, por lo que se pilotan.

• Eléctrico: se basan en un electroiman.

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D – Formas constructivas de vál. distr.

Posición reposo abiertaPosición reposo accionada

Posición reposo accionada Posición reposo accionada

Gobernar cilindros simple efecto

Gobernar cilindros hidráulicos doble efecto Gobernar cilindros doble efecto

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Gobernar cilindros doble efecto con posición intermedia reposo

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E – Válvulas de bloqueo

Se basan en cortar el paso de aire, se construyen para que la presión actúe sobre la pieza de bloqueo (refuerzo).

• Válvula antirretorno o de retención.

• Válvula selectora (O) de circuito.

•Válvula de simultaneidad (Y).

•Válvula de purga o escape rápido.

• Válvula estranguladora de retención.

• Válvulas reguladoras de presión.

Válvula antirretorno

Válvula selectora

Válvula simultaneidadVálvula estranguladora

Válvula limitadora pVálvula secuencia

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Detectores neumáticos

Elementos que captan la posición o presencia y/o cambios en una magnitud física, generando una señal neumática.

Tipos:

a) De presión: presostatos y captadores de umbral de presión (NO).

b) De posición: por contacto, μválvulas distribuidoras, de fuga, sin contacto, proximidad, de paso o barrera aire.

c) Amplificadores de señal.

d) Contadores neumáticos.

8.7

Presostato

Captador de proximidad o reflex

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Diseño de circuitos neumáticos

• Proceso de diseño: realizar un esquema del mecanismo con el planteamiento del problema (circuito provisional).

• Plano de situación.

• Diagrama de movimientos:– espacio-fase.– espacio-tiempo.

8.8

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B – Esquemas neumáticos

Normas:

1. Los actuadores se dibujan en horizontal.

2. Los fdc se dibujan debajo de los órganos de gobierno y en su lugar del circuito una línea con nº indicador.

3. Generalmente el circuito se dibuja en la situación de partida (sin accionar).

4. Los elementos van numerados: actuadores 1.0, 2.0; órg gob 1.1, 2.1; captadores 1.2, 1.4 (2ªcifra par salida, impar retroceso); el. Aux 0.1, 0.2; regulación 1.02, 2.03.

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Tipos de mando

A. Directo.

B. Indirecto.

C. Control velocidad:• Aumento.

• Reducción.

8.9

A

B

C: aumento

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EJEMPLOS8.10

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