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Sistemas Neumáticos e Hidráulicos Unidad 1. Neumática M.C. Ma. Esther Guevara Ramírez 1 Unidad 1 Neumática 1.1 Conceptos básicos de la neumática e hidráulica. Actividad complementaria 1. Dada las siguientes características indica con una “L” si se trata de un líquido, una “S” en caso de que sea un sólido o “G” si es una característica de un gas. 1. Su estructura molecular es tal que el espacio entre sus moléculas es esencialmente constante. ___________. 2. Mantienen su forma mientras no se vean afectados por algún tipo de energía o una fuerza. _____________. 3. Las fuerzas de cohesión son mayores que las de repulsión._________ 4. Las fuerzas de cohesión son menores que las de repulsión._________ 5. Las fuerzas de cohesión y las de repulsión son semejantes.________ 6. Adoptan la forma del recipiente llenando sólo el volumen que ocupan._________ 7. No son comprensibles._________ 8. Son comprensibles._________ 9. Se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente._________ 10. Sus moléculas se mueven con facilidad y son atraídas por fuerzas de cohesión._________ Actividad complementaria 2. Resuelve de manera correcta los siguientes ejercicios. Propiedades físicas de los fluidos 1. En 3 botellas que tienen una capacidad de 1000 cm 3 (volumen) se depositan: agua, aceite y alcohol, respectivamente. ¿Cuál pesa más y cuál menos?

Sistemas hidraulicos y neumaticos

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    Unidad 1 Neumtica

    1.1 Conceptos bsicos de la neumtica e

    hidrulica.

    Actividad complementaria 1. Dada las siguientes caractersticas indica con una L si se trata de un lquido, una S en caso de que sea un slido o G si es una caracterstica de un gas. 1. Su estructura molecular es tal que el espacio entre sus

    molculas es esencialmente constante. ___________. 2. Mantienen su forma mientras no se vean afectados por algn tipo

    de energa o una fuerza. _____________. 3. Las fuerzas de cohesin son mayores que las de

    repulsin._________ 4. Las fuerzas de cohesin son menores que las de

    repulsin._________ 5. Las fuerzas de cohesin y las de repulsin son

    semejantes.________ 6. Adoptan la forma del recipiente llenando slo el volumen que

    ocupan._________ 7. No son comprensibles._________ 8. Son comprensibles._________ 9. Se expansionan hasta ocupar el volumen completo del

    recipiente._________ 10. Sus molculas se mueven con facilidad y son atradas por

    fuerzas de cohesin._________ Actividad complementaria 2. Resuelve de manera correcta los siguientes ejercicios. Propiedades fsicas de los fluidos

    1. En 3 botellas que tienen una capacidad de 1000 cm3

    (volumen) se depositan: agua, aceite y alcohol, respectivamente. Cul pesa ms y cul menos?

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    2. En un proceso industrial de electrodeposicin de estao se produce una capa de 75 millonsimas de centmetro de espesor. Hallar los metros cuadrados (considerar que sus lados son iguales) que se pueden cubrir con 1 kg de estao cuya densidad es de 7,3 gr/cm

    3.

    3. Del libro, Termodinmica, Kenneth Wark. Donald E. Richards, Mc Graw Hill, resolverlos ejercicios 1.10 y 1.15.

    Prensa Hidrulica

    4. En un elevador de autos que se usa en un taller de servicio,

    aire comprimido ejerce una fuerza sobre un pequeo mbolo que tiene una seccin transversal circular y un radio de 5 cm. Esta presin se trasmite por medio de un lquido a un mbolo que tiene un radio de 15 cm. Qu fuerza ejerce el aire comprimido para levantar un auto que pesa 13300 N? Cul es la presin del aire que produce esta fuerza?

    Ley de Continuidad.

    5. Sale agua de una manguera contra incendios, de 6.35 cm de

    dimetro, a razn de 0.012s

    m3 . La manguera termina en

    una boquilla de dimetro interior de 2.20 cm. Cul es la rapidez con la que sale el agua de la boquilla?

    Teorema de Bernoulli

    6. Tomando en cuenta la figura siguiente, donde el dimetro de la seccin mayor del tubo es de 2m y fluye agua a una

    velocidad de 3s

    m . Posteriormente fluye hacia abajo donde

    el dimetro del tubo se reduce a 1m y la velocidad aumenta a

    10s

    m , en esta seccin el tubo esta sobre el suelo.

    Suponiendo un flujo sin friccin y la presin es hidrosttica, determinar la elevacin del tubo en la seccin de dimetro mayor.

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    Figura 1.1. Teorema de Bernoulli

    Ecuacin de estado de los gases.

    7. Una llanta de un automvil se infla con aire originalmente a 10C y presin atomosfrica normal. Durante el proceso el aire se comprime a 28% de su volumen original y la temperatura se aumenta a 40C.

    a) Cul es la presin de la llanta? b) Despus de que el auto corre a alta velocidad, la temperatura

    del aire de la llanta sube a 85C y el volumen de la llanta aumenta en 2% Cul es la nueva presin de la llanta en Pa?.

    8. Del libro Fsica, Raymond A Serway, Ed. Thomsor, Vol. I, Mxico 2005 (Sexta Edicin). Resolver del capitulo 19 el problema 35.

    Mediciones de Presin Del libro MCANIA DE FLUIDOS, Frank M. White, Ed. Mc Graw Hill,Mxico 2005. Resolver del captulo 2 los problemas 45 y 46.

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    1.2 Generacin y preparacin de aire comprimido

    Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde una estacin central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformacin de la energa para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estacin compresora y llega a las instalaciones a travs de tuberas. Los compresores mviles se utilizan en el ramo de la construccin o en mquinas que se desplazan frecuentemente. En el momento de la planificacin es necesario prever un tamao superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalacin, al objeto de que el compresor no resulte ms tarde insuficiente, puesto que toda ampliacin ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables. Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendr una larga duracin. Tambin debera tenerse en cuenta la aplicacin correcta de los diversos tipos de compresores. Segn las exigencias referentes a la presin de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construccin. Se distinguen dos tipos bsicos de compresores: El primero trabaja segn el principio de desplazamiento. La compresin se obtiene por la admisin del aire en un recinto hermtico, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de mbolo (oscilante o rotativo). El otro trabaja segn el principio de la dinmica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleracin de la masa (turbina).

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    Figura 1.2. Tipos de compresores

    Compresores de mbolo

    Compresores de pistn Este es el tipo de compresor ms difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presin. Su campo de trabajo se extiende desde uno 1 bar a varios miles de kPa (bar).

    Figura 1.3. Compresor de mbolo oscilante.

    TIPOS DE COMPRESORES

    ALTERNATIVOS ROTATIVOS CENTRIFIGUOS

    DE EMBOL

    O

    DE MEMBRANA

    MULTICELULAR ROOTS RADIAL AXIAL

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    Este compresor funciona en base a un mecanismo de excntrica que controla el movimiento alternativo de los pistones en el cilindro. Cuando el pistn hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de la cmara por lo que aumenta el volumen de la cmara, por lo que disminuye la presin interna, esto a su vez provoca la apertura de la vlvula de admisin permitiendo la entrada de aire al cilindro. Una vez que el pistn ha llegado al punto muerto inferior inicia su carrera ascendente, cerrndose la vlvula de aspiracin y disminuyendo el volumen disponible para el aire, esta situacin origina un aumento de presin que finalmente abre la vlvula de descarga permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una segunda etapa o bien al acumulador. Es el compresor ms difundido a nivel industrial, dada su capacidad de trabajar en cualquier rango de presin. Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para presiones mayores, 3 o ms etapas. Algunos fabricantes ya estn usando tecnologa denominada libre de aceite, vale decir, sus compresores no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles para la industria qumico farmacutica y hospitales. Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresin previa por el primer mbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente mbolo. El volumen de la segunda cmara de compresin es, en conformidad con la relacin, ms pequeo. Durante el trabajo de compresin se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeracin. Los compresores de mbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y segn las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:

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    Figura 1.4. Compresor de dos etapas con refrigeracin intermedia.

    Compresor de Diafragma (Membrana)

    Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo. Una membrana separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas mviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estar exento de aceite.

    El movimiento obtenido del motor, acciona una excntrica y por su intermedio el conjunto biela - pistn. Esta accin somete a la membrana a un vaivn de desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla el principio de aspiracin y compresin.

    Debido a que el aire no entra en contacto con elementos lubricados, el aire comprimido resulta de una mayor pureza, por lo que lo hace especialmente aplicable en industrias alimenticias, farmacuticas, qumicas y hospitales.

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    Figura 1.5. Compresor de membrana.

    Compresor de pistn rotativo Compresor de mbolo rotativo Consiste en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto hermtico.

    Compresor rotativo multicelular

    Un rotor excntrico gira en el interior de un crter cilndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prcticamente uniforme y sin sacudidas.

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    Figura 1.6. Compresor rotativo multicelular.

    El rotor est provisto de un cierto nmero de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las clulas con la pared del crter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrfuga contra la pared del crter, y debido a la excentricidad el volumen de las clulas vara constantemente.

    Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con vestigios de aceite, por lo que en aquellas empresas en que no es indispensable la esterilidad presta un gran servicio, al mismo tiempo el aceite pulverizado en el aire lubrica las vlvulas y elementos de control y potencia.

    Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes

    Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Los tornillos del tipo helicoidal engranan con sus perfiles y de ese modo se logra reducir el espacio de que dispone el aire. Esta situacin genera un aumento de la presin interna del aire y adems por la rotacin y el sentido de las hlices es impulsado hacia el extremo opuesto.

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    Los ciclos se traslapan, con lo cual se logra un flujo continuo. A fin de evitar el desgaste de los tornillos, estos no se tocan entre si, ni tampoco con la carcasa, lo cual obliga a utilizar un mecanismo de transmisin externo que permita sincronizar el movimiento de ambos elementos.

    Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m/h y 25 bar) pero menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la industria de la madera, por su limpieza y capacidad.

    Figura 1.7. Compresor de tornillo helicoidal

    Compresor Roots

    En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de impulsin, la estanqueidad se asegura mediante los bordes de los mbolos rotativos.

    Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo que lo hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad de aire, su uso es muy limitado.

    El accionamiento tambin se asegura exteriormente, ya que por la forma de los elementos y la accin del roce no es conveniente que los mbolos entren en contacto.

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    Figura 1.8. Compresor Roots

    Turbocompresores

    Trabajan segn el principio de la dinmica de los fluidos y son muy convenientes para grandes caudales. Son de tipo axial y radial. La velocidad de circulacin del aire es acelerada por una o varias ruedas, que tienen por finalidad transformar la energa cintica en una energa elstica de compresin. Tipo axial La rotacin de los labes produce una aceleracin al aire en sentido axial.

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    Figura 1.9 Turbocompresor axial.

    Tipo radial La aceleracin es progresiva de cmara a cmara en sentido radial hacia la red. La alimentacin de las cmaras es en rgimen constante.

    Figura 1.10 Turbocompresor radial.

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    Actividad Complementaria 3. Realizar un cuadro sinptico de los tipos de compresores tomando en cuenta las caractersticas y aplicaciones.

    Eleccin del compresor

    Caudal Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos. 1. El caudal terico 2. El caudal efectivo o real

    Figura 1.11. Diagrama de caudal (Selectora de m

    3/h compresor).

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    En el compresor de mbolo oscilante, el caudal terico es igual al producto de cilindrada x velocidad de rotacin. El caudal efectivo depende de la construccin del compresor y de la presin. En este caso, el rendimiento volumtrico es muy importante. Presin Tambin se distinguen dos conceptos: 1. La presin de servicio es la suministrada por el compresor o

    acumulador y existe en las tuberas que alimentan a los consumidores.

    2. La presin de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado.

    En la mayora de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presin. Importante: Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presin tenga un valor constante. De sta dependen:

    La velocidad

    Las fuerzas

    El desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

    Figura 1.12. Tipos de Compresores

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    Potencia para Compresores de Aire.

    Los Compresores de aire tienen una capacidad que se mide en unidades de energa llamados caballos de fuerza, o HP. Estos equipos compresores de aire tienen motores que estn en el 1,5 a 6,5 HP serie. Mientras ms industriales son los compresores de aire tiene mucho ms potencia. Esta potencia es suministrada de varias formas, hay compresores de aire que son elctrico, estos se pueden conectar a una toma de corriente o ser accionado por bateras, segn tamao del compresor.

    Otra forma en que se alimentan los compresores es por medio a la gasolina. Esto solo pasa en zonas donde es muy difcil encontrar energa elctrica. Tienen que ser utilizados en lugares donde halla abundante ventilacin y casi siempre son utilizados por industrias. Hay que tomar en cuentas algunas cosas para decidirse a comprar un compresor, pensando en cual ser ms fcil acceso. Casi siempre se elige el de energa elctrica porque el de gas, hay que tener acceso constante a la gasolina.

    Los compresores alternativos de aire, son los que toman aire para agrandar la presin porque se reduce el volumen de aire. Ellos contiene gran cantidad de aire y bsicamente colocarla hacia abajo en un pequeo espacio usando un vaco creado por pistones y vlvulas. Creando un alto grado de presin en el aire, sin tener que refrigerar el aire. De vez en cuando son llamados compresores de pistn y cilindro.

    Los compresores alternativos pueden encontrase de dos tipos en el mercado los de una sola etapa y los de dos etapas. Su diferencia entre los dos es la cantidad de presin que crean, esta se mide en PSI, o libras x pulgada cuadrada. En una sola etapa de compresin, el rango es de 70 a 100. Compresores de dos etapas es de 100 a 250 PSI gama. Estos tipos de compresores mantienen el en el interior del cilindro a partir de un cierto ISP calificacin, poseen motores que se enciende automticamente si el ISP empieza a caer dentro del cilindro.

    La frmula para calcular la potencia de un compresor es la siguiente:

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    75

    vAPN

    N Potencia del compresor CV P Presin de trabajo Pa A rea del mbolo m

    2

    v velocidad de carrera s

    m

    Accionamiento Los compresores se accionan, segn las exigencias, por medio de un motor elctrico o de explosin interna. En la industria, en la mayora de los casos los compresores se arrastran por medio de un motor elctrico. Generalmente el motor gira un nmero de rpm fijo por lo cual se hace necesario regular el movimiento a travs de un sistema de transmisin compuesto en la mayora de los casos por un sistema de poleas y correas. Aunque la aplicacin anterior es la ms difundida y utilizada industrialmente, el elemento de accionamiento tambin puede ser un motor de combustin interna. Este tipo de energa es especialmente til para trabajos en terreno en que no se cuenta con electricidad. Si se trata de un compresor mvil, ste en la mayora de los casos se acciona por medio de un motor de combustin (gasolina, Diesel).

    Figura 1.13. Motor elctrico y motor de combustin interna, accionadores de compresores

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    Regulacin Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo que flucta, se debe proceder a ciertas regulaciones del compresor. Existen diferentes clases de regulaciones. El caudal vara dentro dos valores lmites ajustados (presiones mximas y mnimas).

    Regulacin de marcha en vaco

    Regulacin de carga parcial

    Regulacin por intermitencias

    a) Regulacin por escape a la atmsfera

    a) Regulacin de velocidad de rotacin

    b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin

    b) Regulacin por estrangulacin de la aspiracin

    c) Regulacin por apertura de la aspiracin

    Actividad Extraclase 1. Investigar los 3 tipos de regulacin.

    La siguiente tabla muestra los smbolos utilizados para compresores y motores.

    Tabla 1.1. Smbolo de motores y Compresores.

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    Lugar de emplazamiento Ubicacin de la estacin compresora: Esta debe ubicarse en un lugar cerrado e insonorizado, a fin de minimizar el factor ruido. El recinto adems debe contar con ventilacin adecuada y el aire aspirado debe ser lo ms fresco, limpio y seco posible. Acumulador de aire comprimido El acumulador o depsito sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido. Compensa las oscilaciones de presin en la red de tuberas a medida que se consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad del aire en forma de agua. El tamao de un acumulador de aire comprimido depende:

    Del caudal de suministro del compresor

    Del consumo de aire

    De la red de tuberas (volumen suplementario)

    Del tipo de regulacin

    De la diferencia de presin admisible en el interior de la red.

    Figura 1.14. Acumulador del aire comprimido.

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    Figura 1.15. Acumulador del aire comprimido.

    Determinacin del acumulador cuando el compresor funciona Intermitentemente. El tamao de un acumulador puede determinarse segn el diagrama de la figura 1 del anexo1.

    Actividad Complementaria 4. Determinar la capacidad para el acumulador del ejemplo anterior si se cambian los datos en el inciso correspondiente:

    a) El caudal es de min

    103m

    b) kPaAP 10

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    Actividad Complementaria 5. Relaciona de manera correcta las siguientes columnas.

    123) La cantidad de aire que suministra el compresor

    Accionadores de un compresor

    456) Esta debe ubicarse en un lugar cerrado e insonorizado, a fin de minimizar el factor ruido. El recinto adems debe contar con ventilacin adecuada y el aire aspirado debe ser lo ms fresco, limpio y seco posible.

    La velocidad, las fuerzas, el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo

    789) sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido

    Regulacin

    987) El caudal terico y El caudal efectivo o real

    La presin de servicio

    654) es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberas que alimentan a los consumidores.

    La presin de trabajo

    321 es la necesaria en el puesto de trabajo considerado

    Caudal

    159) Presin normal de trabajo Tipos de caudal 753) Aspectos para los cuales la presin sea constante.

    600 kPa

    654) motor elctrico o de explosin interna

    Condiciones del rea donde va a estar el compresor.

    963) Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo que flucta se le llama

    Acumulador

    Preparacin del aire comprimido Impurezas En la prctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del aire comprimido desempea un papel primordial.

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    Las impurezas en forma de partculas de suciedad u xido, residuos de aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averas en las instalaciones neumticas y a la destruccin de los elementos neumticos. Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya se antes de su introduccin en la red distribuidora o antes de su utilizacin. Las impurezas que contiene el aire pueden ser:

    Slidas. Polvo atmosfrico y partculas del interior de las instalaciones

    Lquidas. Agua y niebla de aceite

    Gaseosas. Vapor de agua y aceite

    Los inconvenientes que estas partculas pueden generar son:

    Slidas. Desgaste y abrasiones, obstrucciones en los conductos pequeos.

    Lquidas y gaseosas. El aceite que proviene de la lubricacin de los compresores provoca: formacin de partculas carbonases y depsitos gomosos por oxidacin y contaminacin del ambiente al descargar las vlvulas. Por otro lado el agua en forma de vapor provoca: oxidacin de tuberas y elementos, disminucin de los pasos efectivos de las tuberas y elementos al acumularse las condensaciones, mal acabado en operaciones de pintura.

    En la actualidad se ha desarrollado y se est difundiendo cada vez con mayor velocidad los compresores libre de aceite, especialmente desarrollado para la industria alimenticia y farmacutica, estos pueden ser del tipo pistn o tornillo, la gran ventaja de estos equipos es la entrega de un aire limpio, de alta pureza, pero siempre necesita un sistema de filtracin posterior. Mientras que la mayor separacin del agua de condensacin tiene lugar en el separador, despus de la refrigeracin, la separacin fina, el filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se efectan en el puesto de aplicacin. Hay que dedicar especial atencin a la humedad que contiene el aire comprimido.

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    El agua (humedad) llega al interior de la red con el aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que a su vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones climatolgicas. La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en 1 m

    3 de

    aire. El grado de saturacin es la cantidad de agua que 1 m

    3 de aire puede

    absorber, como mximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces del 100%, como mximo (temperatura del punto de roco). El diagrama de la figura 2 del anexo 1 muestra la saturacin del aire en funcin de la temperatura.

    Ejemplo: Para un punto de roco de 293 K (20C), la humedad contenida en 1 m

    3 de aire es de 17,3 g.

    Actividad Complementaria 6. Determinar la humedad contenida en 1 m

    3 para un punto de roco de 45 C.

    Para poder eliminar la humedad se puede realizar lo siguiente: Filtrado correcto del aire aspirado por el compresor, utilizacin de compresores exentos de aceite. Si el aire comprimido contiene humedad, habr de someterse a un secado.

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    Existen varios procedimientos:

    Secado por absorcin

    Secado por adsorcin

    Secado por enfriamiento

    Secado por absorcin El secado por absorcin es un procedimiento puramente qumico. El aire comprimido pasa a travs de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina qumicamente con sta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante. Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede realizar manual o automticamente. Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al ao). Al mismo tiempo, en el secador por absorcin se separan vapores y partculas de aceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de ste.

    Figura 1.16. Secado por absorcin

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    El procedimiento de absorcin se distingue:

    Instalacin simple

    Reducido desgaste mecnico, porque el secador no tiene piezas mviles

    No necesita aportacin de energa exterior

    Secado por adsorcin Este principio se basa en un proceso fsico. (Adsorber: Deposito de sustancias sobre la superficie de cuerpos slidos.) El material de secado es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas. Se compone de casi un 100% de dixido de silicio. En general se le da el nombre de Gel. La misin del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire comprimido hmedo se hace pasar a travs del lecho de gel, que fija la humedad. La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si est saturado, se regenera de forma simple. A travs del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado. El calor necesario para la regeneracin puede aplicarse por medio de corriente elctrica o tambin con aire comprimido caliente. Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del aire, mientras el otro es regenera (soplndolo con aire caliente).

    Figura .17. Secado por adsorcin

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    Secado por enfriamiento Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio de una reduccin de la temperatura del punto de roco. Se entiende por temperatura del punto de roco aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador de calor de aire-aire. El aire caliente que entra en el secador se enfra mediante aire seco y fro proveniente del intercambiador de calor (vaporizador). El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a travs del separador. Este aire pre-enfriado pasa por el grupo frigorfico (vaporizador) y se enfra ms hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 C) En este proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados. Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al objeto de eliminar nuevamente partculas de suciedad.

    Figura 1.18. Secado por enfriamiento

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    Actividad Complementaria 7. Determinar la cantidad de humedad

    relativa de 3400m a una presin de 800KPa y a 323K, sabiendo

    que el aire absorbe el 60% de agua. R. 53.33 Kg .

    Filtro de aire comprimido con regulador de presin

    Figura 1.19. Filtro de aire comprimido con regulador de presin.

    El filtro tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada. En los procesos de automatizacin neumtica se tiende cada vez a miniaturizar los elementos (problemas de espacio), fabricarlos con materiales y procedimientos con los que se pretende el empleo cada vez menor de los lubricadores. Consecuencia de esto es que cada vez tenga ms importancia el conseguir un mayor grado de pureza en el aire

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    M.C. Ma. Esther Guevara Ramrez 27

    comprimido, para lo cual se crea la necesidad de realizar un filtraje que garantice su utilizacin. El filtro tiene por misin:

    Detener las partculas slidas

    Eliminar el agua condensada en el aire

    Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que atravesar la chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se somete a un movimiento de rotacin. Los componentes lquidos y las partculas grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrfuga y se acumulan en la parte inferior del recipiente. En el filtro sintetizado (4) [ancho medio de poros, 40 mm] sigue la depuracin del aire comprimido. Dicho filtro (4) separa otras partculas de suciedad. Debe ser sustituido o limpiado de vez en cuando, segn el grado de ensuciamiento del aire comprimido. El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presin y llega a la unidad de lubricacin y de aqu a los consumidores. Los filtros se fabrican en diferentes modelos y deben tener drenajes accionados manualmente, semiautomtica o automticamente. Los depsitos deben construirse de material irrompible y transparente. Generalmente pueden limpiarse con cualquier detergente. Generalmente trabajan siguiendo el siguiente proceso: El aire entra en el depsito a travs de un deflector direccional, que le obliga a fluir en forma de remolino. Consecuentemente, la fuerza centrfuga creada arroja las partculas lquidas contra la pared del vaso y stas se deslizan hacia la parte inferior del mismo, depositndose en la zona de calma. La pantalla separadora evita que con las turbulencias del aire retornen las condensaciones. El aire contina su trayecto hacia la lnea pasando a travs del elemento filtrante que retiene las

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    impurezas slidas. Al abrir el grifo son expulsadas al exterior las partculas lquidas y slidas en suspensin. El agua no debe pasar del nivel marcado que normalmente traen los elementos, puesto que en la zona turbulenta el agua sera de nuevo arrastrada por el aire. La condensacin acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deber vaciar antes de que alcance la altura mxima admisible, a travs del tornillo de purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga automtica de agua. Reguladores de presin Los reguladores de presin son aparatos de gran importancia en aplicaciones neumticas. Normalmente son llamados mano reductores, que son en realidad reguladores de presin. Para su aplicacin en neumtica debemos entender su funcionamiento y comportamiento ante las variaciones bruscas de presin de salida o frente a demandas altas de caudal. Al ingresar el aire a la vlvula, su paso es restringido por el disco en la parte superior. La estrangulacin se regula por accin del resorte inferior. El pasaje de aire reducido determina que la presin en la salida o secundario tenga un valor inferior. La presin secundaria a su vez acta sobre la membrana de manera tal que cuando excede la presin del resorte se flecta y el disco superior baja hasta cerrar totalmente el paso de aire desde el primario. Si el aumento de presin es suficientemente alto, la flexin de la membrana permitir destapar la perforacin central con lo cual el aire tendr la posibilidad de escapar a la atmsfera aliviando la presin secundaria. Cuando la presin vuelve a su nivel normal la accin del resorte nuevamente abre la vlvula y la deja en posicin normal.

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    Funcionamiento de la purga automtica de agua.

    Figura 1.20. Purga automtica de agua.

    El agua condensada es separada por el filtro. De vez en cuando hay que vaciar la purga, porque de lo contrario el agua ser arrastrada por el aire comprimido hasta los elementos de mando. En la purga de agua mostrada abajo, el vaciado tiene lugar de forma automtica. El condensado del filtro llega, a travs del tubo de unin (1), a la cmara del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2) sube y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una tobera (10). Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra cmara y empuja la membrana (6) contra la vlvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a medida que disminuye el nivel de condensado. El aire restante escapa a la atmsfera por la tobera (5). La purga puede realizarse tambin de forma manual con el perno (8).

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    Filtro finsimo de aire comprimido Este filtro se emplea en aquellos ramos en que se necesita aire filtrado finsimamente (p. ej., en las industrias alimenticias, qumicas y farmacuticas, en la tcnica de procedimientos y en sistemas que trabajan con mdulos de baja presin). Elimina del aire comprimido, casi sin restos, las partculas de agua y aceite. El aire comprimido se filtra hasta un 99,999% (referido a 0,01 micrn). Funcionamiento Este filtro se diferencia del filtro normal en el hecho de que el aire comprimido atraviesa el cartucho filtrante de adentro hacia afuera. El aire comprimido entra en el filtro por (1), y atraviesa el elemento filtrante (2) (fibras de vidrio boro silicato de adentro hacia afuera. El aire comprimido limpio pasa por la salida (5) a los consumidores.

    Figura 1.21. Filtro finsimo de aire comprimido

    La separacin de partculas finsimas hasta 0,01 micrn es posible debido a la finura extraordinaria del tejido filtrante. Las partculas

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    separadas se eliminan del recipiente del filtro, por el tornillo de purga (4). Para que las partculas de agua y aceite no puedan ser arrastradas por el aire que circula, deben observarse los valores de flujo. Al montarlo hay que tener presente lo siguiente: El prefiltrado aumenta la duracin del cartucho filtrante; el filtro ha de montarse en posicin vertical, prestando atencin al sentido de flujo (flecha). Lubricador de aire comprimido El lubricador tiene la misin de lubricar los elementos neumticos en medida suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas mviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosin. Son aparatos que regulan y controlan la mezcla de aire-aceite. Los aceites que se emplean deben:

    Muy fluidos

    Contener aditivos antioxidantes

    Contener aditivos antiespumantes

    No perjudicar los materiales de las juntas

    Tener una viscosidad poco variable trabajando entre 20 y 50C

    No pueden emplearse aceites vegetales ( Forman espuma)

    Los lubricadores trabajan generalmente segn el principio "Venturi". La diferencia de presin Ap (cada de presin) entre la presin reinante antes de la tobera y la presin en el lugar ms estrecho de sta se emplea para aspirar lquido (aceite) de un depsito y mezclarlo con el aire. El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente grande. Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza para producir una depresin suficiente y aspirar el aceite del depsito. Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante. Funcionamiento de un lubricador

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    El lubricador mostrado en este lugar trabaja segn el principio Venturi.

    Figura 1.22. Principio de Venturi

    Figura 1.23. Lubricador de aire comprimido

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    El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la salida (2). Por el estrechamiento de seccin en la vlvula (5), se produce una cada de presin. En el canal (8) y en la cmara de goteo (7) se produce una depresin (efecto de succin). A travs del canal (6) y del tubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a travs de la cmara de goteo (7) y del canal (8) hasta el aire comprimido, que fluye hacia la salida (2). Las gotas de aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el consumidor. La seccin de flujo vara segn la cantidad de aire que pasa y vara la cada de presin, o sea, vara la cantidad de aceite. En la parte superior del tubo elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de un tornillo. Una determinada cantidad de aceite ejerce presin sobre el aceite que le encuentra en el depsito, a travs de la vlvula de retencin (3). Unidad de mantenimiento La unidad de mantenimiento representa una combinacin de los siguientes elementos:

    Filtro de aire comprimido

    Regulador de presin

    Lubricador de aire comprimido

    Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: 1. El caudal total de aire en m

    3/h es decisivo para la eleccin del

    tamao de unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una cada de presin demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los valores indicados por el fabricante. 2. La presin de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad , y la temperatura no deber ser tampoco superior a 50 C (valores mximos para recipiente de plstico).

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    Figura 1.24. Unidad de mantenimiento

    Conservacin de las unidades de mantenimiento Es necesario efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de conservacin a) Filtro de aire comprimido: Debe examinarse peridicamente el nivel de agua condensada, porque no debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de control. De lo contrario, el agua podra ser arrastrada hasta la tubera por el aire comprimido. Para purgar el agua condensada hay que abrir el tornillo existente en la mirilla. Asimismo debe limpiarse el cartucho filtrante. b) Lubricador de aire comprimido: Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si es necesario, suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plstico y los recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con tricloroetileno . Para los lubricadores, utilizar nicamente aceites minerales. Caudal en las unidades de mantenimiento Todos los aparatos poseen una resistencia interior, por lo que se produce una cada de presin -hasta que el aire llega a la salida. Esta

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    cada de presin depende M caudal de paso y de la presin de alimentacin correspondiente. En el diagrama estn representadas varias curvas, por ejemplo, para

    En la abscisa est indicada la prdida de presin A p. Esta es la diferencia entre la presin reinante en el regulador de presin (p,) y la presin a la salida de la unidad (p2). La prdida mxima de presin A p puede corresponder por tanto a la presin P2. En este caso, la resistencia despus de la unidad ha disminuido hasta el valor cero y, por tanto, se dispone del caudal mximo de flujo.

    Actividad Complementaria 8.Si BarP 61 y kPap 50

    determinar a cuanto desciende el volumen. R. 1.8 h

    m3

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    Actividad Complementaria 9. Relaciona de manera correcta las siguientes columnas.

    123) Es un procedimiento puramente qumico. El aire comprimido pasa a travs de un lecho de sustancias secantes.

    Filtro finsimo de aire comprimido

    456) El aire comprimido se filtra hasta un 99,999%

    El secado por absorcin

    987) Se basan en el principio de una reduccin de la temperatura del punto de roco.

    Filtro

    654) Tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada

    Los secadores de aire comprimido por enfriamiento

    321)Son llamados mano reductores Reguladores de presin

    159) Filtro de aire comprimido, Regulador de presin, Lubricador de aire comprimido

    Limpiarse el cartucho filtrante y Verificar el nivel de aceite en la mirilla

    753) Conservacin de las unidades de mantenimiento

    Lubricador de aire comprimido

    654) Su funcionamiento se basa en el tubo ventura

    Partes de la unidad de mantenimiento

    Actividad Extraclase 2. Investigar cmo le afecta a los cilindros neumticos la condensacin de agua del aire comprimido.

    1.3 Elementos de trabajo neumticos Los cilindros neumticos producen un trabajo: transforman la energa neumtica en trabajo mecnico de movimiento rectilneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso.

    Existen diferentes tipos de cilindros neumticos. Segn el modo en que se realiza el retroceso del vstago, los cilindros se dividen en tres grupos:

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    Cilindros de simple efecto

    Cilindros de doble efecto

    Cilindro de rotacin

    Cilindros de simple efecto Estos cilindros tienen una sola conexin de aire comprimido. No pueden realizar trabajos ms que en un sentido. Se necesita aire slo para un movimiento de traslacin. El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa. El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el mbolo a su posicin inicial a una velocidad suficientemente grande. En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de ste limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm. Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc.

    Figura 1.25. Cilindro de simple efecto

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    Figura 1.26. Minicilindros de simple efecto.

    TIPOS DE CILINDROS DE SIMPLE EFECTO.

    Cilindro de mbolo La estanqueidad se logra con un material flexible, que recubre el pistn metlico o de material plstico. Durante el movimiento del mbolo, los labios de junta se deslizan sobre la pared interna del cilindro. En la segunda ejecucin aqu mostrada, el muelle realiza la carrera de trabajo; el aire comprimido hace retornar el vstago a su posicin inicial.

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    Aplicacin: frenos de camiones y trenes.

    Ventaja: frenado instantneo en cuanto falla la energa. Cilindros de membrana Una membrana de goma, plstico o metal reemplaza aqu al mbolo. El vstago est fijado en el centro de la membrana. No hay piezas estanqueizantes que se deslicen, se produce un rozamiento nicamente por la dilatacin del material. Aplicacin: Se emplean en la construccin de dispositivos y herramientas, as como para estampar, remachar y fijar en prensas.

    Figura 1.27. Cilindro de membrana.

    Cilindros de membrana arrollable La construccin de estos cilindros es similar a la de los anteriores. Tambin se emplea una membrana que, cuando est sometida a la presin del aire, se desarrolla a lo largo de la pared interior del cilindro y hace salir el vstago. Las carreras son mucho ms importantes que en los cilindros de membrana dilatable (aprox. 50-80 mm). El rozamiento es mucho menor.

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    Figura 1.28. Cilindro de membrana arrollable

    Cilindros de doble efecto La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al mbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslacin en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza til tanto en la ida como en el retorno. Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el mbolo tiene que realizar una misin tambin al retornar a su posicin inicial. En principio, la carrera de los cilindros no est limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vstago salido. Tambin en este caso, sirven de empaquetadura los labios y mbolos de las membranas.

    Figura 1.29. Cilindro de doble efecto.

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    TIPOS DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO. Cilindros con amortiguacin Interna Cuando las masas que traslada un cilindro son grandes, al objeto de evitar un choque brusco y daos es utiliza un sistema de amortiguacin que entra en accin momentos antes de alcanzar el final de la carrera. Antes de alcanzar la posicin final, un mbolo amortiguador corta la salida directa del aire al exterior .En cambio, es dispone de una seccin de escape muy pequea, a menudo ajustable. El aire comprimido se comprime ms en la ltima parte de la cmara del cilindro. La sobrepresin producida disminuye con el escape de aire a travs de las vlvulas antirretorno de estrangulacin montadas (seccin de escapo pequea). El mbolo se desliza lentamente hasta su posicin final. En el cambio de direccin del mbolo, el aire entra sin obstculos en la cmara del cilindro por la vlvula antirretorno.

    Figura 1.28. Cilindro con amortiguacin interna.

    Figura 1.30. Otros tipos de amortiguacin.

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    Cilindros de doble vstago Este tipo de cilindros tiene un vstago corrido hacia ambos lados. La gua del vstago es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre stos permanece constante. Por eso, este cilindro puede absorber tambin cargas pequeas laterales. Los elementos sealizadores pueden disponerse en el lado libre M vstago. La fuerza es igual en los dos sentidos (los superficies del mbolo son iguales).

    Figura 1.31. Cilindro de doble vstago

    Cilindro tndem Est constituido por dos cilindros de doble efecto que forman una unidad. Gracias a esta disposicin, al aplicar simultneamente presin sobre los dos mbolos se obtiene en el vstago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal M mismo dimetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espacio determinado, no siendo posible utilizar cilindros de un dimetro mayor.

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    Figura 1.32. Cilindro tndem

    Cilindro sin vstago El pistn transmite el movimiento a la carga a travs de un carro acoplado mecnicamente al pistn mediante un exclusivo sistema patentado. Un sistema de cintas garantiza un doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior del cilindro. Variantes constructivas de ste incluyen guas externas de diversos tipos.

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    Figura 1.33. Cilindro sin vstago

    Cilindro de rotacin

    Estos cilindros por mtodo de la presin introducida podemos obtener un movimiento rotativo

    En las mquinas de produccin en ocasiones es necesario rotar o girar la herramienta o inclusive la misma pieza, llevarlo a cabo a travs de la composicin de mltiples movimientos lineales es imprctico y costoso. Se han desarrollado elementos que permiten tener desplazamientos angulares con alta potencia y precisin, los cuales reciben el nombre de actuadores giratorios. Estos actuadores angulares o giratorios difieren de los actuadores lineales desde su principio constructivo y funcional, los cuales pueden ser: sistema de aleta giratoria y sistema de pin - cremallera. Los actuadores con aleta giratoria se distinguen por su forma compacta de construccin y su alta velocidad de movimiento. Mientras que los actuadores con pin y cremallera son especialmente slidos, y capaces de absorber una gran fuerza de impacto al alcanzar sus posiciones finales de carrera.

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    TIPOS DE CINDROS ROTATIVOS

    Actuador de pin - cremallera

    En esta ejecucin de cilindro de doble efecto, el vstago es una cremallera que acciona un pin y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, podemos regular si queremos el movimiento en sentido de las agujas del reloj o al revs.

    Los ngulos tpicos de giro son de 45, 90, 180, 290 hasta 720.

    El giro est en funcin de: la presin y la superficie del mbolo.

    A continuacin mostramos dos secuencias claves de este cilindro rotativo tan simple:

    Figura 1.34 Cilindro rotativo de pin y cremallera.

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    Figura 1.35 Cilindro rotativo de pin y cremallera comercial.

    Actuador de Paleta El actuador de giro de tipo paleta quiz sea el ms representativo dentro del grupo que forman los actuadores de giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que rara vez supera los 270, incorporando unos topes mecnicos que permiten la regulacin de este giro.

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    Estn compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cmaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de movimiento angular limitado. Tal y como podemos apreciar en la figura, el funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire comprimido a una de sus cmaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y cuando exista diferencia de presin con respecto a la cmara contraria (generalmente comunicada con la atmsfera). Si la posicin es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido contrario.

    Figura 1.36 Actuador de Paleta.

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    Figura 1.37 Movimiento del Cilindro rotativo.

    Los cilindros de cable:

    Funcionamiento:

    Este es un cilindro de doble efecto. Por medio de poleas en los extremos de un cable (las poleas estn fijadas en ambos lados del mbolo).

    Figura 1.38 Cilindro de cable.

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    Cuando entra presin por un lado: el embolo se mueve hacia el otro. De esta forma el cable se mueve tambin, provocando un movimiento rotativo.

    Aplicacin:

    Esos cilindros son muy tiles para:

    Abrir y cerrar puertas.

    Mover cargas no muy pesadas.(tanto horizontal como vertical)

    Obtener carreras largas (en el caso que las dimensiones sean pequeas)

    MOTORES

    Estos elementos transforman la energa neumtica en un movimiento de giro mecnico. Funcionan igual que los cilindros de giro pero el ngulo de giro no est limitado. Por eso es de los cilindros neumticos ms usados.

    Estos cilindros por mtodo de la presin introducida podemos obtener un movimiento rotativo

    De este tipo de actuador podemos encontrar de 2 tipos:

    Motor de paletas

    Motor de pistones

    Ventajas:

    Construccin sencilla ( peso ligero )

    Arranque y paro muy rpido

    Insensibilidad al polvo, agua, calor y fro

    La velocidad vara entre 3.000 y 8.500 rpm .

    Alta aceleracin y baja inercia.

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    Motor de paletas:

    Este motor por medio de paletas transforma la energa neumtica en energa rotativa (tambin podra por medio de piones)

    Este es el motor neumtico usado ms frecuentemente.

    Figura 1.39. Motor de Paletas

    Funcionamiento:

    Estos motores se constituyen en el principio de la inversin del compresor rotativo.

    Un rotor dotado de ranuras gira en una cmara cilndrica. En las ranuras se deslizan aletas, que son empujadas contra la pared interior del cilindro por el efecto de la fuerza centrfuga.

    Normalmente estos motores tienen de 3 a 10 aletas, estas forman cmaras en el interior del motor. El aire entra en la cmara ms pequea y se dilata a medida que el volumen de la cmara aumenta.

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    Figura 1.40. Motor de Paletas

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    Ventajas:

    Son ms ligeros y baratos que los motores de pistones

    La velocidad se controla fcilmente y oscila entre 3000 y 25000 r.p.m.

    La relacin peso/potencia es muy alta

    Motor de pistones:

    Funcionamiento:

    La presin que se provoca en cada pistn hace desarrollar una potencia se desarrolla bajo la influencia. El nmero de cilindros puede ser 4 o 6.

    Segn sea la disposicin de los pistones pueden ser de tipo radial o axial. Su comportamiento es similar, caracterizndose los de pistn axial por un par rpido y elevado en el arranque.

    Esquema de un motor de pistones con 4 cilindros en dos momentos distintos:

    Figura 1.41 Motores de pistones

    Ventajas:

    Trabajan a bajas velocidades (inferiores a las de los motores de aletas)

    Si la velocidad es muy baja entonces se obtiene el par mximo.

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    El par de arranque es muy efectivo (ms que el de los motores de aletas)

    Aplicaciones:

    Se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas, por ejemplo: estos motores, generalmente, estn diseados para ser usados en mquinas de perforacin.

    Actividad Complementaria 10. Realizar un tabla indicando los siguientes conceptos de los cilindros Neumticos:

    Tipo

    Caractersticas

    Aplicaciones

    CLCULOS DE CILINDROS

    Normalizacin ISO

    La ISO (International Standard Organization) ha establecido un serie de normas de carcter internacional que regulan el aspecto

    dimensional de los cilindros neumticos. En ella bsicamente se establecen las dimensiones tendientes a garantizar al usuario la

    intercambiabilidad de cilindros de diversas procedencias. Segn esta

    entidad quedan fijados los dimetros constructivos de los cilindros, los extremos de vstagos, roscas de conexin, materiales a emplear, sus

    tolerancias y los diferentes accesorios de montaje.

    Para los dimetros establece la siguiente serie:

    8- 10- 12- 16- 20- 25- 32- 40- 50- 63- 80- 100- 125- 160- 200- 250-

    320 mm - etc. Las primeras seis dimensiones (8 a 25 mm) corresponden a los comercialmente denominados microcilindros, que responden a un tipo particular de construccin (sin tensores y en general no

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    desarmables), en tanto las restantes (a partir de 32 mm) son los genricamente conocidos como cilindros.

    Velocidad mxima y mnima de cilindros neumticos

    Los cilindros neumticos pueden alcanzar una velocidad mxima

    comprendida entre 0,6 y 2,6 m/s segn el dimetro.

    Dimetro Velocidad (mm) mx. (m/s)

    10 - 12 - 16 2,6

    20 - 25 - 32 2,6 40 2,5

    50 2 63 1,5

    80 1,1

    100 0,9 125 0,7 160 0,6

    Estos valores mximos a su vez se ven afectados por la carga desplazada, tamao de la vlvula y conducciones, condiciones de

    descarga (libre, regulada o con escape rpido), carrera del cilindro, etc. En realidad se prefiere hablar de velocidades medias alcanzables, ya que el cilindro desarrolla su carrera en un tiempo en el cual se produce una aceleracin inicial y una desaceleracin final de modo que su velocidad no es constante a lo largo del recorrido. Como velocidades medias puede considerarse un 70 % del valor indicado en la tabla anterior. Fuerza del mbolo La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende de la presin del aire, del dimetro del cilindro del rozamiento de las juntas. La fuerza terica del mbolo se calcula con la siguiente frmula:

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    En la prctica es necesario conocer la fuerza real. Para determinarla hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 400 a 800 kPa/4 a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza calculada.

    Cilindro de simple efecto.

    4

    4

    2

    2

    DA

    FFpDF FR

    Fuerza de retorno del muelle (FF) Otro de los componentes fundamentales es la fuerza de retorno del muelle que est definida por la ley de Hooke

    FF = K L Dnde: FF es la fuerza del retorno del muelle (N) K es la constante de Hooke para el resorte L es el desplazamiento del resorte de su estado de reposo

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    Si barp 6

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    Actividad Complementaria 11. Resolver de manera correcta los siguientes ejercicios. 1. Un cilindro neumtico debe levantar una carga de 60 kg en forma

    vertical cul ser la fuerza necesaria para levantar la carga; a una presin de 5 bar cul deber ser el dimetro del embolo del cilindro? Si tiene una frecuencia de 10 ciclos por segundo y una carrera de 600mm. R. 588.6N, 38 mm

    2. De acuerdo al diagrama de la figura 3 del anexo 1, determinar la

    teorF para el ejemplo anterior y determinar la Fuerza real de

    traccin para el mbolo (avance y retorno).

    3. Considere un cilindro de dimetro de 80 mm, un vstago de dimetro de 25 mm y una lnea de aire con una presin de trabajo de 6 Kp/cm

    2. Calcule las fuerzas que se generan en el cilindro a

    partir de la presin de trabajo. R. 3015.6N, 2700N 4. Para la sujecin de piezas en un tornillo de banco se utiliza un

    cilindro de mbolo de simple efecto, accionado por medio de un interruptor de pedal. El cilindro tiene un dimetro interior de D = 100mm. El dimetro del vstago d = 20mm. La fuerza del rozamiento del mbolo sobre la pared del cilindro es el 10% de la fuerza calculada. La presin de trabajo es de 6.10

    5 N/m

    2. La

    constante del muelle K= 30N/cm, y el desplazamiento del mbolo es de 10 cm. Calcular la fuerza real del cilindro. R. 4758N, 3983N

    5. Si la presin es de 2

    400cm

    N y se tiene una fuerza de 5000N y

    se desprecia la fuerza de rozamiento, determinar el dimetro del mbolo. R. 39.8 mm.

    Longitud de carrera La longitud de carrera en cilindros neumticos no debe exceder de 2000 mm. Con mbolos de gran tamao y carrera larga, el sistema neumtico no resulta econmico por el elevado consumo de aire.

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    Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecnico del vstago y de los cojinetes de gua es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse vstagos de dimetro superior a lo normal. Adems, al prolongar la carrera la distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora la gua del vstago. Consumo de aire Para disponer de aire y conocer el gasto de energa, es importante conocer el consumo de la instalacin. Para una presin de trabajo, un dimetro y una carrera de mbolo determinados, el consumo de aire se calcula como sigue:

    Frmulas para calcular el consumo de aire Cilindro de simple efecto

    compresin deRelacin

    4

    2^

    dnsV

    Cilindro de doble efecto

    compresin deRelacin

    44

    222^

    n

    dDs

    DsV

    ^V = Cantidad de aire

    minl

    s = Longitud de carrera cm

    n = Ciclos por minuto min

    1

    La frmula anterior la podemos reducir a:

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    compresin deRelacin nAAsQV A la cantidad de aire tambin es conocida como caudal volumtrico. Ejemplo: Calcular el consumo de aire de un cilindro de doble efecto de 50 mm de dimetro (dimetro del vstago: 12 mm) y 100 mm de longitud de carrera. El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presin de trabajo es de 600 KPa (6 bar).

    min10

    600

    10100

    2.112

    550

    ciclosn

    kPaP

    cmmms

    cmmmd

    cmmmD

    Relacin de compresin

    9.63.101

    3.701

    3.101

    6003.101

    3.101

    Trabajo dePresin 3.101

    kPa

    kPa

    kPa

    kPakPa

    kPa

    kPa

    Consumo de aire

    compresin deRelacin

    44

    222^

    n

    dDs

    DsV

    6.9

    min110

    4

    44.12510

    4

    2510

    222^

    cmcm

    cmcmV

    min

    3.266.9min

    11094.18425.196 33^

    lcmcmV

    Con ayuda de la tabla de la figura 2.40, se pueden establecer los datos del consumo de aire de una manera ms sencilla y rpida. Los valores estn expresados por cm de carrera para los dimetros ms corrientes de cilindros y para presiones de 200 a 1500 kPa (2-15 bar).

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    El consumo se expresa en los clculos en litros (aire aspirado) por minuto. La frmula para calcular el consumo de aire conforme al diagrama de la figura 4 del anexo 1 es la siguiente. Cilindro de simple efecto

    Cilindro de doble efecto

    En caso de emplear el diagrama de consumo de aire de la figura 4 del anexo 1, para nuestro ejemplo se obtiene la frmula siguiente

    En los clculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cmaras secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto estn reunidos para cilindro Festo en la tabla de la figura 2.41.

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    Figura 2.41. Tabla (cmara muerta)

    Volumen de aire El volumen manejado por el cilindro se puede calcular:

    4000000

    22 mmsmmDV

    V = Volumen de aire necesario para mover el vstago del cilindro

    3mm D = Dimetro del mbolo 2mm s = Longitud de carrera mm Velocidad del cilindro La velocidad del mbolo en cilindros neumticos depende de la fuerza de la presin del aire, de la longitud de la tubera, de la seccin entre los elementos de mando y trabajo y del caudal que circula por el elemento demando. Adems, influye en la velocidad la amortiguacin final de carrera.

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    Cuando el mbolo abandona la zona de amortiguacin, el aire entra por una vlvula antirretorno y de estrangulacin y produce una reduccin de la velocidad. La velocidad media del mbolo, en cilindros estndar, est comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. Con cilindros especiales (cilindros de impacto) se alcanzan velocidades de hasta 10 m/s. La velocidad del mbolo puede regularse con vlvulas especiales. Las vlvulas de estrangulacin, antirretorno y de estrangulacin, y las de escape rpido proporcionan velocidades mayores o menores. Por la ley de continuidad sabemos que:

    A

    QvAvQ

    mbolo del

    mbolo del

    reaA

    velocidadv

    caudalQ

    Unidades

    sm

    La velocidad tambin se puede determinar con la siguiente frmula.

    t

    sv

    tiempot

    velocidadv

    longituds

    Unidades

    sm

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    Criterios de seleccin de los actuadores de giro neumtico En los dispositivos giratorios, normalmente se tiende a confundir los conceptos de Torque (par de giro), energa de rotacin y momento de inercia. En el presente mostrar algunos puntos aclaratorios, que ayuden al diseador. Par de giro (Torque) O tambin conocido como par de giro, es el producto de la fuerza y la distancia vertical de su lnea de accin desde el centro de giro.

    Figura 1.42. Par de giro

    En la figura 1.42, se mueve una masa desde la posicin horizontal en una trayectoria circular hacia arriba. El par de giro eficaz en el eje inducido se calcula en base a la fuerza producida por la masa multiplicada por la longitud del brazo de palanca.

    T F L dnde: T = Par de giro (Torque) F = Fuerza l = Longitud del brazo de palanca

    T

    m

    l

    F

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    Figura 1.43. Par de giro

    En la figura 1.43 se muestra la masa a girar en un ngulo de 45, la fuerza que se transmite a travs del brazo de palanca es una componente de la masa total, por lo que el par de giro sobre el pivote se ve reducido.

    F F 1 sen dnde: F = Fuerza total, componente de la masa total F1 = Masa total

    sen = Seno del ngulo con respecto Energa de rotacin El par de giro que se produce al mover una masa, no es la nica magnitud decisiva para determinar el actuador giratorio, tambin es importante considerar la energa de rotacin, ya que esta ser absorbida en los finales de carrera. La energa de rotacin es anloga a la energa cintica en movimientos lineales. Y depende del momento de inercia de la masa movida y de la velocidad angular con la que gira.

    T

    F

    l

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    EJ

    2

    2

    dnde: E = energa de rotacin J = momento de inercia de la masa

    = velocidad angular

    Momento de inercia La inercia de una masa es siempre contraria a la accin de la fuerza. Por ejemplo: en automvil al acelerar, la masa se opone al movimiento; de la misma manera al desacelerar, la masa va contraria a la desaceleracin.

    Figura 1.44. Momento de inercia

    Esta fuerza contraria a la fuerza que cambia la velocidad de un cuerpo, es a lo que se le conoce como inercia. En el caso de los movimientos giratorios, cuando se alcanza el final de carrera, el momento de inercia es el factor decisivo para la seleccin de los actuadores giratorios. Debido a que normalmente no es posible reducir la velocidad angular, por condiciones implcitas del proceso, la energa de rotacin suele ser demasiado elevada para los topes mecnicos de final de carrera, por lo que los sobrecarga y finalmente los deteriora.

    FESTO

    inercia aceleracindesaceleracin

    masa

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    Fig.1.45 La energa de rotacin final es muy grande en el final de carrera de un

    actuador giratorio, por lo que debe considerarse ste valor para una correcta seleccin del actuador giratorio.

    Actividad Complementaria 12. Resolver de manera correcta los siguientes ejercicios. 1. Se quiere disear un cilindro de simple efecto que utilice en su

    funcionamiento un volumen de aire de 650 cm3, cuya presin de

    trabajo sea de 11 N/cm2 y su longitud sea de 25 cm. Se pide:

    a) Dimetro del cilindro. R. 57.53

    3mm

    b) Fuerza del cilindro. R. 2.859 N

    2. Un cilindro de doble efecto se mueve con aire comprimido, el

    dimetro del mbolo es de 63 mm, el dimetro del vstago mide 20 mm, la presin de trabajo es de 6 bar, la carrera de 500 mm. Si realiza un proceso de 10 ciclos/minuto, calcular el caudal y la velocidad del cilindro potencia del compresor necesario, as

    como la potencia del compresor. R. 210 minl , 6.543 min

    cm,

    20.26 kW

    3. Calcular el consumo de un cilindro de doble efecto de 50 mm de dimetro (dimetro del vstago: 12 (mm) y 100 mm de longitud de carrera. El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presin de

    trabajo es de 600 KPa (6 bar). R. 28 minl

    Efinal

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    4. Queremos disear un cilindro de simple efecto que utilice en su

    funcionamiento un volumen de aire de 800 cm3, cuya presin de

    trabajo sea de 12.3 Kg/cm2 y su longitud es de 29 cm. Hallar el

    dimetro de este cilindro. Calcular las fuerzas del cilindro. R. 3.3

    9N

    5. Tenemos el mismo cilindro del ejercicio anterior. Supongamos

    ahora que el cilindro tiene una carrera de 700 mm y efecta 5 ciclos por minuto. Cul es el consumo de aire de dicho cilindro?.

    R. 124.436

    min

    6. Determinar la fuerza y torque necesarios para mover una pieza

    cuyo peso es de 10Kg y el brazo que mueve a la pieza mide 30 cm, el ngulo entre el brazo y la pieza es de 45.

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    1.4 Elementos de control neumticos Los mandos neumticos estn constituidos por los elementos de informacin, rganos de mando y los elementos de trabajo. Los dos primeros modulan las fases de trabajo de la mquina o dispositivo y se designan, en neumtica, bajo la denominacin de vlvulas. Las vlvulas mandan o regulan la puesta en marcha, el paso, el sentido, la presin y el caudal del fluido transportado por la bomba o almacenado en un recipiente. El lenguaje internacional el trmino distribuidor denomina a los tipos de vlvulas (de corredera, de bola, de asiento, etc). Segn la norma DIN 24300, las vlvulas se subdividen en cinco grupos: 1. Vlvulas de vas distribuidoras. 2. Vlvulas de bloqueo. 3. Vlvulas de presin. 4. Vlvulas de caudal. 5. Vlvulas de cierre. Segn el tiempo de accionamiento se distinguen: 1. Accionamiento permanente, seal continua La vlvula es accionada manualmente o por medios mecnicos, neumticos o elctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento. Este es manual o mecnico por medio de un muelle. 2. Accionamiento momentneo, impulso La vlvula es invertida por una seal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa posicin, hasta que otra seal la coloca en su posicin anterior.

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    Figura 1.46. Tipos de accionamientos.

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    Vlvulas de vas

    Para representar las vlvulas distribuidoras en los esquemas de circuito se utilizan smbolos; stos no dan ninguna orientacin sobre el mtodo constructivo de la vlvula; solamente indican su funcin. Hay que distinguir, principalmente:

    1. Las vas, nmero de orificios correspondientes a la parte de trabajo.

    2. Las posiciones, las que puede adoptar el distribuidor para dirigir el flujo por una u otra va, segn necesidades de trabajo.

    Las posiciones de las vlvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados.

    La cantidad de cuadrados indica la cantidad de posiciones de la vlvula distribuidora.

    El funcionamiento se representa esquemticamente en el interior de las casillas (cuadros).

    Las lneas representan tuberas o conductos. Las flechas, el sentido de circulacin del fluido.

    Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante lneas transversales.

    La unin de conductos o tuberas se representa mediante un punto.

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    Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posicin de reposo o inicial.

    La otra posicin se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.

    Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minsculas a, b, c ... y 0.

    Vlvula de 3 posiciones. Posicin intermedia = Posicin de reposo.

    Por posicin de reposo se entiende, en el caso de vlvulas con dispositivo de reposicin, p. ej., un muelle, aquella posicin que las piezas mviles ocupan cuando la vlvula no est conectada. La posicin inicial es la que tienen las piezas mviles de la vlvula despus del montaje de sta, establecimiento de la presin y, en caso dado conexin de la tensin elctrica. Es la posicin por medio de la cual comienza el programa preestablecido. Conductos de escape sin empalme de tubo (aire evacuado a la atmsfera). Tringulo directamente junto al smbolo.

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    Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a un punto de reunin). Tringulo ligeramente separado del smbolo.

    Para evitar errores durante el montaje, los empalmes se identifican por medio de letras maysculas: Rige lo siguiente:

    Tuberas o conductos de trabajo A, B, C

    Empalme de energa P

    Salida de escape R, S, T

    Tuberas o conductos de pilotaje Z, Y, X

    Conexin de aire a presin 1 Escape de aire 3,5 Salidas 2,4 Conexiones mando:

    o Conexin de aire a presin de 1 hacia 2 12 o Conexin de aire a presin de 1 hacia 2 14

    Cancela salida de seal 10 Aire auxiliar del mando 81,91

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    Figura 1.47. Vlvulas de vas

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    Vlvulas de vas con accionamientos

    Figura 1.48. Vlvulas de vas con accionamientos.

    1.4.1 Funcionamiento

    Caractersticas de construccin de vlvulas distribuidoras

    Las caractersticas de construccin de las vlvulas determinan su duracin, fuerza de accionamiento, racordaje y tamao.

    Segn la construccin, se distinguen los tipos siguientes:

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    Vlvulas de asiento o Esfrico o Disco plano

    Vlvulas de corredera o mbolo o mbolo y cursor o Disco giratorio

    Vlvulas de asiento

    En estas vlvulas, los empalmes se abren y cierran por medio de bolas, discos, placas o conos. La estanqueidad se asegura de una manera muy simple, generalmente por juntas elsticas. Los elementos de desgaste son muy pocos y, por tanto, estas vlvulas tienen gran duracin. Son insensibles a la suciedad y muy robustas.

    Las vlvulas de asiento presentan el problema de que el accionamiento en una de las posiciones de la vlvula debe vencer la fuerza ejercida por el resorte y aquella producto de la presin. Esto hace necesario una fuerza de accionamiento relativamente alta.

    En general presentan un tipo de respuesta pequea, ya que un corto desplazamiento determina que pase un gran caudal.

    La fuerza de accionamiento es relativamente elevada, puesto que es necesario vencer la resistencia del muelle incorporado de reposicionamiento y la presin del aire.

    Vlvulas de asiento esfrico

    Ests vlvulas son de concepcin muy simple y, por tanto, muy econmicas. Se distinguen por sus dimensiones muy pequeas.

    Un muelle mantiene apretada la bola contra el asiento; el aire comprimido no puede fluir del empalme P hacia la tubera de trabajo A. Al accionar el taqu, la bola se separa del asiento. Es necesario vencer al efecto la resistencia M muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido. Estas vlvulas son distribuidoras 2/2, porque tienen dos posiciones (abierta y cerrada) y dos orificios activos (P y A).

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    Con escape a travs del taqu de accionamiento, se utilizan tambin como vlvulas distribuidoras 3/2. El accionamiento puede ser manual o mecnico.

    Figura 1.49. Vlvula distribuidora 2/2

    Figura 1.50. Vlvula distribuidora 3/2

    Vlvulas de asiento plano

    Las vlvulas representadas en la figura 1.51 tienen una junta simple que asegura la estanqueidad necesaria. El tiempo de respuesta es muy pequeo, puesto que un desplazamiento corto determina un gran caudal de paso, Tambin estas vlvulas son insensibles a la suciedad y tienen, por eso, una duracin muy larga.

    Al accionar el taqu, en un margen breve se unen los tres empalmes P, A y R. Como consecuencia, en movimientos lentos una cantidad grande de aire comprimido escapa de P hacia R, a la atmsfera, sin haber rendido antes trabajo. Estas son vlvulas que no tienen escape exento de solapo.

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    Figura 1.51. Vlvula distribuidora abierta 3/2

    Figura 1.52. Vlvula distribuidora cerrada 3/2

    Las vlvulas construidas segn el principio de disco individual tienen un escape sin solapo. No se pierde aire cuando la conmutacin tiene lugar de forma lenta (figura 1.53).

    Al accionar el taqu se cierra primeramente el conducto de escape de A hacia R, porque el taqu asienta sobre el disco. Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P hacia A. El reposicionamiento se realiza mediante un muelle.

    Las vlvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o para el pilotaje de servoelementos.

    En el caso de una vlvula abierta en reposo (abierta de P hacia A), al accionar se cierra con un disco el paso de P hacia A. Al seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento y abre el paso de A hacia R. El aire puede escapar entonces por R. Al soltar el taqu, los muelles reposicionan el mbolo con los discos estanqueizantes hasta su posicin inicial.

    Las vlvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecnicos, elctricos o neumticos.

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    Figura 1.53. Vlvula distribuidora 3/2 (cerrada en posicin de reposo)

    Figura 1.54. Vlvula distribuidora 3/2 (abierta en posicin de reposo)

    Una vlvula 4/2 que trabaja segn este principio es una combinacin de dos vlvulas 3/2, una de ellas cerrada en posicin de reposo y la otra, abierta en posicin de reposo.

    En la figura 1.52, los conductos de P hacia B y de A hacia R estn abiertos. Al accionar simultneamente los dos taqus se cierra el paso de P hacia B y de A hacia R. Al seguir apretando los taqus contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de reposicionamiento se abre el paso de P hacia A y de B hacia R.

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    Esta vlvula tiene un escape sin solapo y regresa a su posicin inicial por la fuerza de los muelles. Se emplea para mandos de cilindros de doble efecto.

    Figura 1.55. Vlvula distribuidores 4/2

    Figura 1.56. Mando de un cilindro de doble efecto con una vlvula distribuidora 4/2 .

    Vlvula distribuidora 3/2, de accionamiento neumtico (junta plana de disco). Al aplicar aire comprimido al mbolo de mando a graves de empalme Z se desplaza el taqu de vlvula venciendo la fuerza de muelle de reposicionamiento. Se unen los conductos P y A. Cuando se pone a escape el conducto de mando Z. el embolo de mando regresa a su

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    posicin inicial por el efecto del muelle montado. El disco cierra el paso de P hacia A, El aire de salida del conducto de trabajo A puede escapar por R.

    Figura 1.51. Vlvula distribuidora 3/2 (de accionamiento neumtico)

    La figura 1.58 muestra otra vlvula 3/2 que trabaja segn el principio de asiento plano. El aire comprimido, proveniente del empalme de mando Z. acta sobre una membrana. El mbolo de mando unido a esta cierra el paso con sus juntas y abre sucesivamente los diversos empalmes. Permutando los empalmes P y R se puede disponer esta vlvula cerrada o abierta en posicin inicial. La presin de accionamiento es de unos 600 kPa (6 bar), la presin de trabajo, de 120 kPa (1,2 bar). El margen de la presin de trabajo se encuentra entre 120 y 800 kPa (1.2 8 bar), El caudal nominal /N es de 100 l/min.

    Figura 1.58. Vlvula distribuidora 3/2 segn el principio de junta plana de disco

    La figura 1.59 muestra una vlvula distribuidora 5/2 que trabaja segn el principio de las vlvulas de disco flotante. Se invierte

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    alternativamente por aire comprimido y permanece en la posicin correspondiente hasta que recibe un impulso inverso.

    Al recibir presin, el mbolo de mando - como en una corredera longitudinal - se desplaza. En el centro de dicho mbolo se encuentra un disco con una junta anular, que une los conductos de trabajo A o B con empalme de presin P o los separa de este. El escape se realiza a travs de R S.

    Una placa de montaje universal, sobre la cual se fijan las vlvulas, garantiza una intercambiabilidad rpida de las diversas vlvulas.

    Figura 1.59. Vlvula distribuidora 5/2 (principio de disco flotante)

    Vlvula distribuidora 3/2 (abierta en posicin de reposo) Funcionamiento: La vlvula de servopilotaje est unida al empalme de presin (P) por medio de un taladro pequeo, Cuando se acciona el rodillo, se abre la vlvula de servopilotaje. El aire comprimido circula hacia la membrana y hace descender el platillo de vlvula. La inversin se realiza en dos fases:

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    En primer lugar se cierra el conducto de A hacia R, y luego se abre el P hacia A. La vlvula se reposiciona al soltar el rodillo. Se cierra el paso de la tubera de presin hacia la membrana y se purga de aire. El muelle hace regresar el mbolo de mando de la vlvula principal a su posicin inicial. Este tipo de vlvula puede emplearse opcionalmente como vlvula normalmente abierta o normalmente cerrada. Para ello slo hay que permutar los empalmes P y R e invertir el cabezal de accionamiento 180.

    Figura 1.60 Vlvula distribuidora 3/2 (abierta en posicin de reposo)

    En la vlvula distribuidora 4/2 servopilotada, a travs de la vlvula de servopilotaje reciben aire comprimido dos membranas, y dos mbolos de mando unen los diversos empalmes. La fuerza de accionamiento no vara; es tambin de 1,8 N (180 p).

    Figura 1.61 Vlvula distribuidora 4/2 (servopilotada)

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    Clculos para la eleccin de una vlvula de vas

    Un vez selecciona la vlvula distribuidora es necesario calcular su tamao para que pueda accionar el cilindro en el tiempo adecuado tanto en un sentido de la carrera como en el contrario. El factor ms

    importante es la capacidad de caudal ( VV KC o ) que indica el grado

    de resistencia que la vlvula presenta al flujo de aire en el circuito neumtico. En instalaciones crticas debe prestarse especial atencin a la resistencia de conectores y a los tubos que unen la vlvula al resto de la instalacin. Unos pocos cm adicionales de tubera o un conector incorrecto puede ser la diferencia entre que el circuito trabaje correctamente o no lo haga.

    La prctica utilizada en el paso de seleccionar la vlvula distribuidora del mismo tamao que los orificios del cilindro es errnea, que las vlvulas distribuidoras poseen actualmente una gran capacidad de caudal comparada con los modelos que se fabricaban hace aos. Adems son ms rpidas de accionamiento, consumen menos potencia al utilizar bobinas solenoide de menor tamao y son ms baratas.

    El factor CV se define como:

    Caudal de agua en galones USA por minuto a la temperatura de 60F(15.5C)que pasa a travs de la vlvula en posicin completamente abierta y con una prdida de carga de una libra por pulgada cuadrada (psi).

    El factor KV (norma C-534-1987) se define del siguiente modo:

    Caudal de agua a 20C enh

    m3 que pasa a travs de la vlvula a

    una apertura dada y con una prdida de carga de 1 bar.

    La equivalencia entre los coeficientes VV CK y es:

    h

    mKV3

    VC 853.0

  • Sistemas Neumticos e Hidrulicos U