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N N E E U U M M Á Á T T I I C C A A E E H H I I D D R R Á Á U U L L I I C C A A 1. INTRODUCCIÓN 2. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA NEUMÁTICA 3. APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA 4. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA HIDRÁULICA 5. MAGNITUDES Y UNIDADES 5.1. Presión 5.2. Caudal 6. PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO 7. TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO 8. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 9. ACTUADORES O ELEMENTOS DE TRABAJO 9.1. Cilindros de simple efecto 9.2. Cilindros de doble efecto 10. ELEMENTOS DE MANDO, REGULACIÓN Y CONTROL (Válvulas) 10.1. Válvulas distribuidoras o de dirección 10.1.1. Representación simbólica de las válvulas distribuidoras 10.1.2. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras 10.1.3. Identificación de las válvulas distribuidoras 10.2. Válvulas reguladoras de caudal 10.3. Válvulas de bloqueo 10.4. Temporizadores neumáticos 11. REPRESENTACIÓN DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS 12. DESIGNACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO 13. CIRCUITOS NEUMÁTICOS BÁSICOS 13.1. Cilindros de simple efecto 13.2. Cilindros de doble efecto Actividades de NEUMÁTICA TECNOLOGÍA 4ºESO
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NNEEUUMMÁÁTTIICCAA EE HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA
1. INTRODUCCIÓN
2. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA NEUMÁTICA
3. APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA
4. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA HIDRÁULICA
5. MAGNITUDES Y UNIDADES
5.1. Presión
5.2. Caudal
6. PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO
7. TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO
8. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
9. ACTUADORES O ELEMENTOS DE TRABAJO
9.1. Cilindros de simple efecto
9.2. Cilindros de doble efecto
10. ELEMENTOS DE MANDO, REGULACIÓN Y CONTROL (Válvulas)
10.1. Válvulas distribuidoras o de dirección
10.1.1. Representación simbólica de las válvulas distribuidoras
10.1.2. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras
10.1.3. Identificación de las válvulas distribuidoras
10.2. Válvulas reguladoras de caudal
10.3. Válvulas de bloqueo
10.4. Temporizadores neumáticos
11. REPRESENTACIÓN DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS
12. DESIGNACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
13. CIRCUITOS NEUMÁTICOS BÁSICOS
13.1. Cilindros de simple efecto
13.2. Cilindros de doble efecto
Actividades de NEUMÁTICA
TECNOLOGÍA 4ºESO
Neumática e Hidráulica
1. INTRODUCCIÓN
La neumática y la hidráulica son un conjunto de técnicas destinadas a aprovechar las capacidades
energéticas de diversos fluidos a presión, instalando distintos dispositivos en la industria para, de esta
forma, convertir los procesos manuales en automáticos o semiautomáticos, aumentando los ritmos y
capacidades de producción e introduciendo una mejora en el rendimiento económico.
En el caso de la neumática el fluido es el aire comprimido y en el caso de la hidráulica se trata
normalmente de aceite. Ambas técnicas tienen mucho en común (tipos de actuadores, simbología,
cálculos de fuerzas, etc.) y en ocasiones no es fácil decidir qué solución es la más apropiada. El límite
de la aplicación de la neumática viene dado por la compresibilidad del aire frente a la
incompresibilidad del aceite (no es posible mediante circuitos neumáticos obtener movimientos
lentos y a la vez constantes, aunque no siempre resulta un inconveniente; esto es factible mediante
circuitos hidráulicos) y la menor fuerza que puede desarrollar (suele hablarse de 30.000N en empuje
directo como tope, siendo casi ilimitada en el caso de la hidráulica).
En cualquier sistema neumático o hidráulico se pueden distinguir los siguientes elementos:
Elementos generadores de energía. Tanto si se trabaja con aire como con un líquido, se debe
conseguir transmitir al fluido la energía necesaria para hacer funcionar el sistema. En los sistemas
neumáticos se utiliza un compresor, mientras que en el caso de la hidráulica se recurre a una
bomba.
Elementos de tratamiento de los fluidos. En los casos de los sistemas neumáticos, debido a la
humedad existente en la atmosfera, es preciso proceder al secado del aire antes de su utilización;
también será necesario filtrarlo y regular su presión, para que no se introduzcan impurezas en el
sistema ni se produzcan sobrepresiones.
Los sistemas hidráulicos trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un
depósito de aceite y también, al igual que en los sistemas neumáticos, deberán ir provistos de
elementos de filtrado y regulación de presión.
Elementos de mando y control. Tanto en neumática como en hidráulica estos elementos se
encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido en el compresor o en la
bomba hacia los elementos actuadores. Son las válvulas.
Elementos actuadores o receptores. Son los elementos que permiten transformar la energía del
fluido en movimiento, en trabajo útil. Son los elementos de trabajo del sistema y se pueden dividir
en dos grandes grupos: cilindros, en los que se producen movimientos lineales, y motores, en los
que tienen lugar movimientos rotativos.
2. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA NEUMÁTICA
La tecnología neumática ofrece importantes ventajas frente a otros tipos de tecnologías, como son:
Utiliza una fuente de energía inagotable y fácil de transportar: el aire.
Es una tecnología muy segura: no genera chispas, incendios, riesgos eléctricos, etc.
Es una tecnología limpia, muy adecuada para la industria alimentaria, textil, química, etc.
Es una tecnología muy sencilla, que permite diseñar sistemas neumáticos con gran facilidad.
La neumática posibilita sistemas con movimientos muy rápidos, precisos y de gran
complejidad.
Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua.
Neumática e Hidráulica
Las principales desventajas de la neumática son:
El funcionamiento de los sistemas neumáticos es ruidoso, ya que el aire comprimido se expulsa
al exterior una vez ha sido utilizado.
Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30.000N).
Es una tecnología costosa, pero el coste se compensa por su facilidad de implantación y buen
rendimiento.
3. APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA
La neumática se trata de una técnica imprescindible en la automatización de la producción de la mayor
parte de los sectores industriales: industria del automóvil, producción de energía, industria química,
robótica, construcción y obras públicas, máquinas de embalaje, industria petrolífera, siderurgia y
minería, etc. Mediante los circuitos neumáticos se pueden realizar trabajos o tareas como las que se
indican a continuación: transferencia o desplazamiento de objetos, sujeción, elevación de cuerpos,
apertura y cierre de puertas, en los sistemas de frenado, estampación (por ejemplo, en la acuñación de
monedas), taladrado de piezas, máquinas de conformado, etiquetado, pulidoras, expulsión de piezas,
ensamblaje, proyectado de pinturas, embalaje y envasado, etiquetado y muchas otras.
Neumática e Hidráulica
Patm
Pabsoluta Prelativa
4. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA HIDRÁULICA
En los circuitos hidráulicos el fluido que transmite la fuerza a través de las tuberías es un fluido
incompresible, normalmente aceite.
Las ventajas de la hidráulica son:
Permite obtener fuerzas elevadas, superiores a las que se pueden conseguir con la neumática.
El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable.
La velocidad de actuación es fácilmente regulable. Al ser el aceite un fluido incompresible, no
tienen lugar los efectos que se producen en la neumática, y que hacen difícil una regulación de
velocidad estable.
Las principales desventajas de la neumática son:
El fluido es más caro y más susceptible a la contaminación.
Las velocidades que se pueden conseguir son menores a las que se pueden obtener con la
neumática.
5. MAGNITUDES Y UNIDADES
5.1. Presión
La presión se define como la fuerza que ejerce perpendicularmente por el aire por unidad de
superficie.
p: presión del aire (N/m2=Pa)
F: fuerza ejercida (N)
S: superficie donde actúa a presión (m2)
En el Sistema Internacional la unidad de presión es el Pascal (Pa) que se define como la presión
ejercida por una fuerza de 1 N cuando se aplica perpendicularmente a una superficie de 1 m2.
No obstante, con frecuencia la presión viene expresada en otras unidades como bares, atmosferas,
kilopondios por centímetro cuadrado, etc. Las equivalencias exactas entre estas unidades son las
siguientes: 1 bar=100.000 Pa
1 atm=760 mm Hg=101.325 Pa=1,013 bar
1 kp/cm2=9,81 N/cm2=9,81.104 Pa
Normalmente a la hora de realizar cálculos con presiones se hacen aproximaciones de estas
equivalencias, pudiendo considerar sin cometer un error importante las siguientes equivalencias:
1 bar 1 atm 1 kp/cm2 105 Pa
La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire de la atmosfera sobre cualquier cuerpo. La
presión atmosférica a nivel del mar es de 101.325 Pa=1 atm1 bar.
La presión se mide con el manómetro, y este aparato mide presiones relativas o manométricas. La
relación entre la presión absoluta y la relativa viene dada por la ecuación:
aatmosféricrelativaabsoluta PresiónPresiónPresión
En neumática, salvo cuando se indique lo contrario, siempre se utilizan
presiones relativas o manométricas a las que también se conocen como
presiones de trabajo.
Neumática e Hidráulica
5.2. Caudal
El caudal es la cantidad de fluido (en este caso, aire a presión) que atraviesa una sección de un
conductor (tubo) en la unidad de tempo. Se expresa como:
C: caudal (m3/s)
V: volumen de aire (m3)
t: tempo (s)
En la práctica, se acostumbra a usar mayoritariamente otras unidades para expresar el caudal, que son
litros por segundo (l/s), metros cúbicos por minuto (m3/min) y metros cúbicos por hora (m3/h).
6. PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO
La neumática es una técnica que emplea aire comprimido como fluido de trabajo. Por tanto,
necesitamos aumentar la presión del aire atmosférico para convertirlo en aire comprimido capaz de
hacer trabajo. Para aumentar la presión do aire se emplean unas máquinas llamadas compresores,
que aspiran el aire a presión atmosférica y aumentan su presión (disminuyendo su volumen) hasta el
valor deseado.
Las principales características de los compresores son: el caudal y la relación de compresión
suministrado, que es la relación entre la presión de entrada y salida del aire.
Los compresores más empleados son los compresores volumétricos, que reducen el volumen de aire
que entra en el compresor y que a su vez pueden ser de dos tipos:
Compresores alternativos o de émbolo: proporcionan un caudal de aire a pulsos. Son los más
utilizados porque son relativamente baratos, aportan relaciones de compresión elevadas y gozan
de una gran flexibilidad de funcionamiento. Para que funcionen, necesitan alimentarse de una
energía que puede ser eléctrica o química, proveniente de algún hidrocarburo (gasolina o gasóleo).
El funcionamiento de estos compresores está basado en el de los motores de combustión interna
de los automóviles. Constan de un pistón, de un sistema biela-manivela, y dos válvulas, una de
admisión y otra de escape. Al descender el émbolo (debido al movimiento circular del eje de un
motor al que va conectado mediante una biela-manivela) se abre la válvula de admisión y absorbe
el aire atmosférico. Al ascender el émbolo se cierra la válvula de admisión y se comprime el aire.
En el momento en el que el aire alcanza la presión deseada se abre la válvula de escape y el aire
comprimido sale.
Figura 1. Compresor de émbolo monofásico.
t
VC
Neumática e Hidráulica
Para conseguir aire a presión más elevada se emplean
compresores de émbolo bifásicos, en los cuales el aire es
comprimido en dos fases y el aire comprimido, a la salida de una
fase, se enfría y se introduce en otra fase donde otro émbolo
realizará una nueva compresión del aire.
Figura 2. Compresor de émbolo bifásico.
Compresores rotativos: producen aire comprimido mediante un sistema rotativo continuo que
va comprimiendo el aire en una cámara de compresión gracias a la disminución de volumen que
ocupa el aire. Los hay de paletas, de tornillo y el turbocompresor.
Compresor de paletas: son muy silenciosos y proporcionan un nivel de caudal
prácticamente constante.
La compresión se efectúa como consecuencia de
la disminución del volumen provocada por el giro
de una excéntrica provista de paletas radiales
extensibles que ajustan sobre el cuerpo del
compresor.
Figura 3. Compresor de paletas.
Compresor de tornillo: son caros, silenciosos y tiene un desgaste muy bajo.
Se basa en el giro de dos tornillos helicoidales que
comprimen el aire que ha entrado en su interior.
Figura 4. Compresor de tornillo.
Turbocompresor: proporciona una presión reducida pero un caudal muy elevado. No
suelen utilizarse en aplicaciones neumáticas industriales.
Los álabes recogen el aire de entrada y lo
impulsan hacia la salida aumentando su presión.
Figura 5. Turbocompresor.
Neumática e Hidráulica
La mayoría de los compresores incluyen un depósito o tanque que actúa como acumulador. El aire
comprimido generado por el compresor se almacena en el depósito, para evitar que el compresor
tenga que estar siempre trabajando, regularizando y espaciando así las maniobras de puesta en
marcha del compresor. Además, los acumuladores también desempeñan las siguientes funciones:
Amortiguan los pulsos de aire que proporciona el compresor o debido a algún fallo eléctrico.
Ayudan al enfriamiento del aire.
El tamaño de los depósitos depende del caudal de aire que se consume en el circuito neumático y de la
capacidad del compresor (caudal que subministra).
Los acumuladores cuentan con varios dispositivos asociados:
Presostato: se trata de un sensor de presión que conecta o desconecta el motor del compresor.
Si la presión del depósito desciende, el presostato activa el compresor para mantener la
presión en el depósito.
Válvula de seguridad: en caso de avería del compresor, se podría inyectar aire comprimido al
depósito de forma continuada, provocando un peligroso aumento de la presión en el depósito.
Para evitar esta situación, el depósito añade una válvula que deja escapar aire al exterior en
caso de que la presión sea muy alta.
Regulador: es una válvula ajustable que permite controlar la presión que se envía al circuito,
dejando salir más o menos aire. Cuenta con un manómetro para conocer la presión entregada.
Figura 6. Compresor portátil con acumulador de aire.
7. TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO
Entre el depósito o acumulador y el circuito neumático se encuentra la unidad de mantenimiento , que
se trata de un conjunto de elementos que tiene como misión eliminar las impurezas que contenga el
aire comprimido, regularlo a la presión deseada y lubricarlo apropiadamente. Está compuesto por un
filtro, un regulador de presión y un lubricador.
Figura 7. Unidad de mantenimiento Representación simplificada Imagen real
Neumática e Hidráulica
Filtro. La misión del filtro es detener las impurezas que arrastra el
aire comprimido. Las partículas provienen de la atmosfera, ya que el
compresor lleva un filtro pero no retiene todas las partículas y los
restos de la soldadura de los tubos por los que circula el aire
comprimido. El aire entra en el filtro por la parte superior y sufre un
centrifugado. Las partículas sólidas más gruesas y las gotas de agua se
proyectan contra la pared interna de la cuba y se depositan en la
parte inferior. En este punto, el aire sólo pode contener partículas
muy finas que quedan retenidas en el elemento filtrante. En el fondo
de la cuba las impurezas sólidas y líquidas son eliminadas mediante
purgadores. Figura 8. Filtro.
Regulador de presión. El objetivo del regulador es mantener el aire de salida a una presión
constante, sean cuales sean las fluctuaciones de la red y las variaciones de consumo del aire de la
instalación.
Lubricador. Constituye el último tratamiento del aire a la entrada de la
máquina. Tiene como objetivo mezclar el aire con aceite para aumentar
la vida y el rendimiento de los elementos neumáticos, ya que con el se
disminuye el rozamiento y se evita la oxidación. El aire entra en el
lubricador, que contiene aceite, haciéndolo subir por el tubo; cae a
continuación en forma de gotas, y estas gotas son pulverizadas y
transportadas por el aire de salida.
Figura 9. Lubricador
8. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
Es la parte de la instalación neumática encargada de hacer llegar el aire comprimido hasta los puntos
de consumo. En instalaciones fijas es recomendable que los tubos vayan fijados a la pared, nunca
encajados, con el objeto de poder detectar posibles fugas.
El material empleado puede ser acero, latón, polietileno y otros.
El diámetro de las tuberías depende de las necesidades de caudal que requiere la instalación, teniendo
en cuenta la caída de presión producida por las pérdidas y la longitud
de las tuberías.
Del depósito o acumulador sale la canalización o tubería principal y de
ella derivan otras de menor tamaño, que alimentan otros puntos de la
instalación, denominadas tuberías secundarias.
El tendido de los tubos principales puede ser:
a) Abierto. Aparecen tomas de aire a lo largo de la tubería (Figura
10.a).
b) Pechado. Aquí la alimentación es más regular, al poder pasar el
aire en las dos direcciones (Figura 10.b).
Se procurará que la inclinación de los tubos sea aproximadamente de
1,5º en sentido de circulación del aire, para facilitar el arrastre de
partículas o de gotas de agua. Las conexiones de los tubos se harán por
la parte superior del tubo con objeto de evitar el arrastre de la posible
agua que circule por el (Figura 10.c). Figura 10. Redes de distribución.
Neumática e Hidráulica
9. ACTUADORES O ELEMENTOS DE TRABAJO
Son elementos capaces de producir trabajo, ya que transforman la energía de presión del aire en
movimiento. Según el tipo de movimiento obtenido se distinguen:
Actuadores de movimiento lineal: cilindros neumáticos.
Actuadores de movimiento rotativo: motores neumáticos. Interiormente llevan una pequeña
rueda con palas. Al incidir el aire a presión sobre ellas, hace girar su eje, transformando así la
energía de presión en movimiento circular. Se utilizan para hacer girar objetos o máquinas
herramientas, como por ejemplo, taladradoras, destornilladores, tornos de dentista …
Los cilindros neumáticos son los elementos actuadores más empleados y por tanto los que
estudiaremos en este curso. Transforman la energía contenida en el aire comprimido en energía
mecánica. Constan de un tubo cilíndrico cerrado, dentro del cual encontramos un émbolo o pistón
sobre lo que el aire comprimido ejercerá a su presión. Unido a este émbolo va un vástago que es el
encargado de transmitir el movimiento lineal al elemento sobre el que deba actuar. Todos los cilindros
deben disponer de las juntas necesarias para evitar las fugas del aire comprimido.
Los parámetros más importantes de un cilindro son:
El diámetro del émbolo.
El diámetro del vástago.
La presión de trabajo.
La carrera del cilindro (es la longitud recorrida por el émbolo en su salida).
Hay varios tipos de cilindros, los básicos son de simple efecto y de doble efecto.
9.1. Cilindros de simple efecto
Un cilindro de simple efecto sólo efectúa trabajo en el sentido de la carrera de avance do vástago, ya
que el desplazamiento del émbolo por efecto del aire comprimido tiene lugar sólo en el sentido de
avance. El retroceso se consigue normalmente gracias a la incorporación de un resorte que se
encuentra situado en el interior del cilindro. Existen también cilindros de simple efecto que carecen de
resorte, y en los que el retroceso puede ser realizado por el propio peso del émbolo y el vástago si el
posicionamiento del cilindro es vertical.
Dispone de una sola entrada/salida de aire.
Émbolo o pistón
Entrada/Salida de aire Resorte Vástago
Figura 11. Partes de un cilindro de simple efecto.
El símbolo del cilindro de simple efecto es el siguiente:
Hay que tener en cuenta que en contra del movimiento
de avance actúan la fuerza del resorte y las fuerzas de
rozamiento, si no se desprecian.
Figura 12. Distintas posiciones de un cilindro de simple efecto.
Neumática e Hidráulica
Figura 13. Foto de un cilindro de simple efecto con retorno por muelle o resorte.
La fuerza que realiza un cilindro de simple efecto en su carrera de avance depende de la presión del
aire comprimido y de la superficie del émbolo:
2AV RP.πSPF
donde: FAV es la fuerza ejercida por el vástago en la carrera de avance (salida).
p es la presión de trabajo.
S es la superficie del émbolo.
R es el radio del émbolo.
Para determinar la fuerza efectiva de un cilindro de simple efecto hay que considerar la resistencia
que opone el resorte del cilindro:
resorte
2
resorteavanceTOTAL FRP.πFFF
9.2. Cilindros de doble efecto
En los cilindros de doble efecto existen dos tomas de aire, una a cada lado del émbolo. Estos cilindros
pueden realizar trabajo en ambos sentidos: avance y retroceso.
Estos movimientos de avance y retroceso del pistón, y por tanto del vástago, se produce por la presión
que ejerce el aire en cualquiera de las dos caras del pistón. Para que el pistón se pueda mover, es
necesario que entre aire a una de las cámaras y que, por la otra, salga a la atmosfera.
Figura 14. Distintas posiciones de un cilindro de doble efecto.
El símbolo del cilindro de doble efecto es el siguiente:
Figura 15. Foto de un cilindro de doble efecto.
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En los cilindros de doble efecto la fuerza efectiva en el avance es diferente a la fuerza efectiva en el
retroceso. A continuación se estudian estas fuerzas.
Entonces, la fuerza en el avance se determina empleando la siguiente expresión:
2AVAV RπPSPF
En la carrera de retroceso, la superficie efectiva sobre la cual actúa la presión del aire es la del émbolo
menos la del vástago.
La fuerza en el retroceso será:
22RETRET rRπpSpF
donde r representa el radio del vástago.
La fuerza efectiva total de un cilindro de doble efecto en un ciclo (ida y vuelta) se determina
sumando las fuerzas efectivas en la carrera de avance y de retroceso:
RETAVT FFF
10. ELEMENTOS DE MANDO, REGULACIÓN Y CONTROL (VÁLVULAS)
La presión y el caudal del aire comprimido, que se va utilizar para el movimiento de las partes
operativas o motrices del sistema neumático, va a estar controlado mediante distintos tipos de
válvulas. Estas válvulas pueden activarse de distintas formas: manualmente, por medios eléctricos
neumáticos, hidráulicos o mecánicos. Estas válvulas se clasifican en:
Válvulas distribuidoras o de dirección.
Válvulas antirretorno.
Válvulas de regulación de caudal.
10.1. Válvulas distribuidoras o de dirección
Las válvulas distribuidoras se encargan de interrumpir, dejar pasar o desviar el aire comprimido.
Estas válvulas se nombran mediante 2 cifras, la primera indica el número de vías u orificios y la
segunda el número de posiciones de trabajo.
Número de vías. Corresponde al número agujeros que tiene la válvula, tanto de entrada como
de salida del aire.
Número de posiciones. Indica los estados posibles que puede adoptar el distribuidor. Cada
posición se representa con un cuadrado. Generalmente tienen dos posiciones, una que define el
Neumática e Hidráulica
estado de reposo y otra el estado de trabajo. En las válvulas de
dos posiciones, el cuadrado de la derecha corresponde siempre a
la posición de reposo de la válvula. Sin embargo, pueden
encontrarse válvulas con otros números de posiciones, ya que
algunas aplicaciones exigen el empleo de tres posiciones, lo que
implica una posición neutra central.
Figura 16. Número de vías u orificios.
10.1.1. Representación simbólica de las válvulas distribuidoras
La representación simbólica de válvulas se hace de la siguiente manera:
1. Se dibujan tantos cuadrados unidos como posiciones tiene el distribuidor realmente.
Figura 17. Número de posiciones.
2. En cada cuadrado se dibujan las conexiones entre orificios o vías y se indica el sentido de
circulación del aire mediante flechas.
Figura 18. Conexiones entre vías.
Las válvulas se dibujan en estado de reposo. Cuando la válvula es accionada, se desplaza
horizontalmente hasta que las canalizaciones del segundo cuadro coinciden con las vías de la
canalización.
Neumática e Hidráulica
Figura 19. Representación gráfica de las válvulas más usuales.
Figura 20. Posición de trabajo de una válvula.
3. A continuación, se dibuja el órgano de mando (a la izquierda del símbolo) que hará que
cambie de posición esa válvula, y el de retorno (a la derecha), que provocará el regreso a la
posición de reposo. Al cambio de posición de una válvula se le denomina pilotaje o
accionamiento de válvulas o distribuidores. Los tipos de mando y retorno más habituales se
muestran a continuación.
ACCIONAMIENTOS MANUALES
ACCIONAMIENTOS MECÁNICOS
ACCIONAMIENTO POR PRESIÓN ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO
Neumática e Hidráulica
Figura 21. Accionamientos o mandos de las válvulas distribuidoras.
Electroválvulas: son válvulas pilotadas eléctricamente, en uno o ambos sentidos. Se emplean,
por lo general, cuando se desea realizar mandos a grandes distancias. Van provistas de un
electroimán, cuya bobina, cuando es recorrida por una corriente eléctrica, acciona un vástago,
que lleva la válvula a la posición de trabajo. Cuando cesa la corriente, un muelle hace que el
vástago retorne a la posición inicial.
La identificación de las vías de un distribuidor se puede hacer de dos maneras: numérica y
alfabéticamente.
Figura 22. Identificación de las vías de una válvula distribuidora.
Se dice que una válvula está normalmente cerrada (NC) cuando, sin pulsar ningún de sus mandos, el
paso de aire está cerrado. En caso contrario, se dice que está normalmente abierta (NA).
10.1.2. Funcionamiento de las válvulas distribuidoras
A continuación, se explica el funcionamiento interno de algunos distribuidores o válvulas de
dirección.
a) Válvula 2/2 (mando manual y retorno por resorte)
En posición de reposo, un resorte
comprime la bola contra su asiento e
impide el paso del aire. Cuando una
fuerza externa actúa sobre el mando, la
bola baja, lo que permite el paso del
aire.
Figura 23. Válvula 2/2.
Neumática e Hidráulica
b) Válvula 3/2 (mando manual por pulsador y retorno por resorte)
En la posición de reposo, un resorte comprime la
bola contra su asiento, impidiendo el paso del
aire de P hacia A, y permitiendo su salida de A
hacia R a través de un taladro que lleva el
mando. Cuando una fuerza externa actúa sobre
el mando, la bola se desplaza hacia abajo
permitiendo la entrada del aire de P hacia A.
Figura 24. Válvula 3/2.
c) Válvula 4/2 (mando manual por pulsador y retorno por resorte)
Figura 25. Válvula 4/2.
d) Válvula 5/2 (mando manual por pulsador y retorno por resorte)
Esta válvula en estado de reposo permite la circulación
del aire entre los terminales 4 y 5, y entre 1 y 2, el
terminal 3 está bloqueado. Cuando se activa, permite la
circulación de aire entre los terminales 1 y 4, y entre 2 y
3, ahora el terminal 5 se encuentra bloqueada.
Figura 26. Válvula 5/2, mando manual y retorno por resorte.
e) Válvula 5/2 (mando y retorno neumáticos)
Esta válvula se controla mediante dos señales
neumáticas de manera alternativa. La señal Y
desplaza el émbolo, poniendo en comunicación P
con B y A con S. Cuando deja de existir la señal Y, y
comienza a actuar la señal Z, el émbolo se desplaza
hacia la derecha y pone en comunicación P con A y
B con R.
Figura 27. Válvula 5/2.
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10.1.3. Identificación de las válvulas distribuidoras
La identificación de las válvulas distribuidoras debe hacerse siguiendo los pasos que se describen a
continuación:
1º/ Número de vías seguido de número de posiciones. Ej. 3/2.
2º/ Tipo de funcionamiento: NA/NC (si procede).
3º/ Tipos de mando, accionamiento y retorno, que pilotan la válvula.
4º/ Decir si es monoestable o biestable (si el retorno es por resorte se trata de una válvula
monoestable.
10.2. Válvulas reguladoras de caudal
Válvula reguladora bidireccional: sirve para regular el caudal de
aire en ambos sentidos. La regulación se hace a través de un
tornillo exterior.
Figura 28. Válvula reguladora bidireccional.
Válvula reguladora unidireccional: sirve para regular el caudal de aire, en una sola
dirección, mediante el tornillo exterior. Permite el paso del aire libremente cuando circula
desde el terminal 2 al 1. Mientras que estrangula el aire cuando circula desde el terminal 1 al 2.
Se utiliza para hacer que los cilindros salgan o entren más lentamente.
Figura 29. Válvula reguladora unidireccional.
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10.3. Válvulas de bloqueo
Válvulas antirretorno: permiten la circulación del aire comprimido en un único sentido,
quedando bloqueado su paso en sentido contrario. Para que haya circulación, la presión del
aire deberá superar la fuerza del resorte.
Figura 30. Válvula antirretorno.
Válvula de simultaneidad o válvula AND (Y): para que deje pasar el aire a la salida (2), es
necesario que este entre simultáneamente por ambas entradas (1 y 3), con la misma presión.
De esta forma, el pistón queda en el centro y el aire comprimido puede salir por la salida (2).
Esta válvula se suele emplear como sistema de seguridad, ya que obliga a que haya presión en
ambas entradas simultáneamente. Por ejemplo, el operario ha de emplear ambas manos,
evitándose accidentes en prensas, taladros, remachadoras, etc.
Figura 31. Válvula AND.
Válvula selectora de circuito o válvula OR (O): permite la circulación de aire de salida (2)
cuando entre aire por cualquiera de las dos entradas (1 y 3). Se utiliza para activar un cilindro
desde dos lugares distintos.
Figura 32. Válvula OR.
Neumática e Hidráulica
Válvula de escape rápido: se utiliza para incrementar la velocidad de los cilindros,
normalmente de la carrera de retroceso. Se especialmente en los cilindros de simple efecto.
Para reducir la resistencia del flujo, el aire es descargado directamente a la atmósfera, sin
necesidad de tener que pasar por la válvula de potencia.
Figura 33.. Válvula de escape rápido.
10.4. Temporizadores neumáticos
El funcionamiento de un temporizador neumático se basa en el hecho de que el aire comprimido que
pasa a través de una estrangulación variable emplea cierto tiempo en llenar un recinto, hasta que en él
se alcanza la suficiente presión de mando como para poder accionar una válvula pilotada
neumáticamente. De esta manera, un elemento temporizador está formado por:
Una válvula reguladora de caudal unidireccional.
Un depósito o acumulador de aire a presión.
Una válvula distribuidora 3/2, pilotada neumáticamente.
El temporizador de la siguiente imagen es normalmente cerrado y cuando actúa, permite el paso del
aire. La regulación del tiempo se logra estrangulando el paso del fluido que llega por la línea 12 al
acumulador. Cuando la cantidad de aire introducido al acumulador genera una presión suficiente para
vencer el resorte, se acciona la válvula distribuidora para permitir el paso de aire y establecer
comunicación entre 1 y 2.
Cuando la línea 12 se pone en descarga, el fluido sale del acumulador a través del antirretorno, sin
estrangulación, permitiendo la conmutación de la válvula distribuidora de forma rápida.
Figura 34. Temporizador con retardo a la conexión NC.
Dependiendo del sentido de la regulación del caudal de aire en la línea de pilotaje 12, se pueden
encontrar temporizadores que regulan el tiempo de la primera conmutación de la válvula
distribuidora o con temporizadores que regulan la vuelta a la posición de reposo de dicha válvula:
Temporizadores con retardo a la conexión.
Temporizadores con retardo a la desconexión.
Neumática e Hidráulica
Dependiendo de la válvula distribuidora 3/2 que tengan, se pueden encontrar temporizadores
normalmente cerrados (NC) o normalmente abiertos (NA).
Combinando estas posibilidades constructivas de temporizadores neumáticos, se pueden encontrar
cuatro tipos diferentes de temporizadores:
Figura 35. Temporizador con retardo a la conexión NC. Figura 36. Temporizador con retardo a la conexión NA.
Figura 37. Temporizador con retardo a la desconexión NC. Figura 38. Temporizador con retardo a la desconexión NA.
11. REPRESENTACIÓN DE CIRCUÍTOS NEUMÁTICOS
Para la representación de un circuito neumático se pueden emplear dos modelos: la posición real, en
la que cada componente se representa en la posición que ocupa en el sistema, y la posición indicada,
en la que el circuito se estructura en niveles para dar mayor claridad y así los componentes no
aparecen en su posición en el sistema. En este tipo de representación, un trazo vertical indica cual es la
posición que ocupa la válvula en la realidad, además, se emplea una flecha sobre ese trazo que indica
en que sentido se acciona en caso de que no sea bidireccional (por ejemplo, rodillo escamoteable o
abatible).
El orden que se va a seguir para dibujar los elementos que componen un circuito neumático, en
sentido descendente, va a ser el siguiente:
Elementos de trabajo o actuadores (cilindros, motores, etc).
Elementos destinados al control de la velocidad (reguladoras de caudal, válvulas de escape
rápido…).
Elementos de potencia (válvulas de potencia, que subministran directamente el aire a los
actuadores).
Órganos de mando, que son elementos destinados a combinar las señales procedentes de los
captadores (por ejemplo: válvulas de simultaneidad, selectoras…).
Captadores de posición o finales de carrera, que van a ser las válvulas que se encarguen de
indicar la posición de un objeto para producir otro efecto, que acostumbra a desencadenar una
reacción en cadena. Normalmente tienen un accionamiento de tipo mecánico.
Toma de presión y unidad de mantenimiento.
Neumática e Hidráulica
Figura 39. Ejemplo de representación de circuitos neumáticos.
12. DESIGNACIÓN DE LOS ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
Existen tres sistemas para designar los componentes de un circuito: por letras, por números y por letras
y números simultáneamente. El sistema más fácil y que estudiaremos es la designación por números.
Consiste en designar cada dispositivo con un número que identifica el grupo y una extensión dentro de
cada grupo.
Los elementos de acondicionamiento de aire comienzan por 0.
Para cada elemento de trabajo (cilindros o motores neumáticos) se emplea un número
comenzando por el 1, con la extensión 0. (1.0, 2.0, etc.)
La válvula de potencia comienza por el mismo número y su extensión es el número 1 (2.1,
2.1, 3.1, etc).
Los captadores o finales de carrera y otras válvulas que intervienen en el movimiento de un
elemento de trabajo se designan con su número y como extensión números enteros mayores
que 1, pares si intervienen en la salida del vástago (1.2, 1.4, 2.2,…) e impares si lo hacen en la
entrada (1.3, 1.5, 2.3,…).
Los componentes situados entre el elemento de trabajo y la válvula de potencia (por
ejemplo, reguladoras de caudal) incluyen una segunda extensión: la primera es 0 y la segunda
es un número entero comenzando por 1, par si actúa sobre la salida e impar si lo hace sobre la
entrada (1.01, 1.02, 2.01,…).
Neumática e Hidráulica
13. CIRCUITOS NEUMÁTICOS BÁSICOS
13.1. Cilindros de simple efecto
1.0
1.1
Mando directo de un
cilindro de simple efecto
1.1
Control de velocidad de salida de
un cilindro de simple efecto con
retroceso rápido.
Control de la velocidad
de retroceso y carrera de
avance rápida
1.1
1.01 1.01
1.0
Aumento de la velocidade de retroceso
con válvula de escape rápido
1.1
1.0
1.2
Mando indirecto de un
cilindro de simple efecto
1.1
1.01
0.1 0.1 0.1
0.10.1
Neumática e Hidráulica
13.2. Cilindros de doble efecto
1.0
Mando directo de un
cilindro de doble efecto
1.1
Mando indirecto de un
cilindro de doble efecto
monoestable
1.2 1.3
1.2
1.0
Mando indirecto de un
cilindro de doble efecto
biestable
1.1
1.2
1.0
1.3
Mando indirecto de un
cilindro de doble efecto
con control de velocidad
de salida
1.1
1.21.3
1.02
Mando indirecto de un
cilindro de doble efecto
desde dos lugares
independentes
1.1
1.2
1.0
Mando indirecto de un
cilindro de doble efecto
desde dos lugares
simultáneos
1.1
1.2
1.01.0
1.4
1.6
1.4
1.6
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1 0.1
Neumática e Hidráulica
Actividades de NEUMÁTICA
1. Si la presión absoluta del aire comprimido empleado en un circuito neumático es de 5kg/cm2, ¿cuál es su presión de
trabajo en bar?
2. Calcula el caudal que circula por un tubo de 0,01m de diámetro si la velocidad del fluido es de 2 m/s.
3. Realiza la siguiente conversión de unidades:
a) 45 bar= Pa; b) 2 atm= bar; c) 25000 Pa= kg/cm2
4. Se tiene un cilindro neumático con una superficie de émbolo de 7 cm2. A dicho cilindro se le inyecta un caudal de aire
comprimido a una presión de 2 atm. ¿Qué fuerza ejerce el aire comprimido sobre el émbolo?
5. Disponemos de un cilindro de simple efecto al que le aplicamos una presión de 600.000 Pa. Si la superficie que tiene el
émbolo es de 10 cm2 y la fuerza que realiza el muelle de retorno es de 20N. ¿Qué fuerza es capaz de realizar el vástago?
6. Determina el trabajo efectivo que realiza un cilindro de simple efecto de 80 mm de diámetro si el aire tiene una presión
de 6 bar, la resistencia del muelle es de 251 N y el rendimiento es del 65%.
7. Calcula la fuerza que ejerce en el avance y en el retroceso un cilindro de doble efecto de 4 cm de diámetro y un vástago
de diámetro 1 cm. La presión de trabajo es de 6 bar.
8. Necesitamos una mordaza para poder sujetar piezas para taladrar. El cilindro de simple efecto que utilizaremos tiene en
el extremo del vástago, ajustado, una parte de la mordaza. El cilindro será accionado por un pulsador manual que
avanzará lentamente para poder fijar la mordaza a la distancia adecuada, y en el momento de soltar dicho pulsador, el
cilindro debe retornar. Además, se dispondrá de un pedal que realiza el avance a velocidad normal, retornando cuando
se suelta. Diseña el circuito neumático que responda a las indicaciones establecidas.
9. Se quiere montar una prensa, con un cilindro de simple efecto, que triture objetos para reducir su volumen. Este
dispositivo solo se accionará cuando se activan simultáneamente dos pulsadores independientes.
10. Se quiere accionar una puerta desde dos puntos distintos, de forma que la apertura se debe realizar mediante un
pulsador y el cierre con otro pulsador diferente. Tanto los movimientos de apertura como los de cierre se deben efectuar
con suavidad.
11. Debe diseñarse un sistema para una mordaza, de forma que tenemos que evitar, por seguridad, que el operario tenga las
manos en la zona de maniobra. Para eso vamos a poner dos pulsadores de marcha de modo que, para que el sistema
funcione, deben estar necesariamente los dos activados. Una vez activado el sistema, el cilindro de simple efecto debe
salir aunque cese la señal de activación y mantenerse extendido hasta que se active el pulsador de retorno, momento en
el que el cilindro debe retornar. Diseña el circuito neumático que responda a las indicaciones establecidas.
12. Se desea diseñar un circuito neumático con dos cilindros de doble efecto para realizar la siguiente operación de
taladrado: la pieza a taladrar avanza por una cinta transportadora de forma que el cilindro A la sujeta, mientras que el
cilindro B baja con la broca y la taladra. Rematada la operación se retira la sujeción y sube la broca.
13. Una prensa neumática debe plegar piezas empleando un cilindro de doble efecto. El cilindro sale cuando se accionan los
dos pulsadores, retornando lentamente cuando se suelta uno o los dos pulsadores de marcha. Diseña el circuito
neumático que responda a las indicaciones establecidas.
14. Diseña un circuito neumático que realice el siguiente ciclo de trabajo: cuando pulsamos un botón el primer cilindro sale y
al llegar al final de la carrera sale el segundo cilindro. Cuando pulsamos un segundo botón, retornan los dos a su posición
inicial.
15. Diseña un circuito neumático que haga lo siguiente: se dispone de dos palancas distintas desde las que se puede accionar el
circuito de forma indistinta, haciendo salir el vástago de un cilindro. Cuando este cilindro llega al final de la carrera de
avance, un segundo cilindro sale. Cuando se pulsa un botón y sólo si el segundo cilindro llegó al final, los dos cilindros se
recogen.
16. Para doblar una pieza se necesitan dos cilindros de doble efecto, uno para realizar un doblado inicial y otro para un
segundo doblado. La duración de las carreras de avance de ambos vástagos deben ser regulables. Tras accionar el
pulsador de puesta en marcha, el sistema debe funcionar automáticamente, completando el ciclo. Diseña el circuito
neumático correspondiente.
Neumática e Hidráulica
17. Describe los componentes y el funcionamiento del siguiente circuito.
18. Describe los componentes y el funcionamiento del siguiente circuito. Indica una posible aplicación del mismo.
19. Describe los componentes y el funcionamiento del siguiente circuito neumático.
1.0
2.2
2.42.6
2.1
1.1
0.1
2.3
1.0
1.5 1.6
1.1
1.2 1.4
1.3
0.1
1.8
1.2
1.4
1.6
1.1
1.0
1.3
0.1
1.02
