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• Marcos Ramirez Pau

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Tema 3. Sistemas neumáticos y electro-neumáticos: simbología gráfica. Generación y alimentación de aire comprimido. Válvulas, actuadores. Tipos, funcionamiento, aplicación y mantenimiento. Configuración de sistemas

1. INTRODUCCION La neumática se encarga del estudio de las propiedades y aplicaciones del aire comprimido como medio de trasmisor de la energía. SIMBOLOGIA GRAFICA Los símbolos son la representación gráfica de los componentes neumáticos y representan esquemáticamente su funcionamiento interno y su sistema de control o regulación. A nivel internacional la norma ISO 1219 - 1 y que se ha adoptado en España como la norma UNE-101 -149 - 86, se encarga de representar los símbolos que se utilizan en los esquemas neumáticos e hidráulicos. En esta norma, se encuentran representadas tuberías, válvulas, actuadores, grupos compresores, depósitos, etc… GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor del trabajo deseado.

Grupo compresor Compresor. Se encarga de aspirar el aire a la presión atmosférica y comprimirlo a una presión mas elevada. El compresor recibe movimiento de un motor eléctrico ó de combustión interna por medio de poleas y correas. Tipos de compresores. - Compresores de émbolo: o De pistón o De diafragma - Compresores rotativos o De paletas o De tornillo helicoidal o Compresores roots - Turbocompresores o Axiales o Radiales La unidad compresora más sencilla es el compresor de émbolo de una etapa. Este compresor aspira el aire a presión atmosférica y lo comprime a la presión deseada en una sola compresión. Cuando el émbolo se mueve hacia abajo crea una presión más baja que la de la atmósfera forzando la entrada de aire en el cilindro a través de la válvula de admisión. Cuando el émbolo se desplaza hacia arriba, la válvula de admisión se cierra y el aire se comprime forzando a que la válvula de escape se abra para descargar el aire comprimido dentro del depósito. Sistemas de regulación. La presión suministrada por un compresor debe mantenerse dentro de unos límites prefijados de antemano, cualquiera que sea el caudal demandado por la instalación. Para realizar esta función, se dispone de un regulador de presión, cuya acción se ejecuta actuando sobre el propio compresor ó sobre el motor de arrastre.

En los compresores arrastrados por un motor eléctrico que es lo habitual en la industria, el regulador actúa sobre el motor eléctrico. Para ello se dispone de un presostato ó interruptor de presión. Cuando la presión del sistema alcanza su nivel máximo, el interruptor corta la corriente que va al motor del compresor. Cuando la presión desciende a un nivel dado, el interruptor vuelve a arrancar el compresor. Depósito ó acumulador. A la salida del compresor se dispone de un depósito capaz de acumular una cantidad de aire comprimido. Esto supone una reserva de aire para abastecer a los consumidores cuando la demanda es superior a la producción del compresor, evitando caídas de presión en la red. Además amortigua las pulsaciones del caudal de salida del compresor. Estas pulsaciones generan ondas de presión que pueden resultar perjudiciales para los aparatos consumidores. El acumulador dispone de una válvula de seguridad (limitadora de presión), tarada a una determinada presión que permite el vertido del aire hacia la atmósfera cuando se supera el valor de presión establecido. Unidad de mantenimiento. Antes de la conexión a una máquina ó circuito, el aire se trata instalando esta unidad. Consta de 3 partes: - Un filtro separador de agua y eliminador de impurezas, para evitar que la humedad del aire se introduzca en el circuito provocando posibles averías por efecto de la oxidación. - Manómetro y regulador de presión. Se encargan de mantener una presión estable en el circuito a la presión seleccionada e indicada mediante el manómetro. - Un lubrificador que actúa según el efecto venturi. Las diminutas gotas de aceite pulverizado viajan con el aire y lubrican las partes móviles de los mecanismos del circuito.

VÁLVULAS Ó ELEMENTOS DE CONTROL Se emplean en los circuitos para controlar las presiones, los caudales y las direcciones que debe tomar el fluido. Válvulas reguladoras de presión. Se encargan de proteger el circuito manteniendo la presión entre unos límites preestablecidos. Pueden ser: - Válvula limitadora de presión. Esta válvula, también llamada de seguridad, impide la elevación de la presión por encima del valor nominal admisible del sistema donde está conectada. En caso de sobrepresión procede a liberar el aire sobrante. - Válvula de secuencia. Se emplea en los circuitos para dar preferencia a ciertos consumidores, haciendo que los restantes solo puedan suministrarse cuando haya suficiente presión. - Válvula reductora de presión. Ajusta la presión a un valor determinado de trabajo mas bajo que la red general. Válvulas distribuidoras. Distribuyen el fluido dependiendo de su posición. Estas válvulas se designan según el nº de vías y el nº de posiciones. La cantidad de vías y posiciones se expresa con dos números separados por una barra. Las vías son las conexiones u orificios que tiene la válvula por las que puede circular el fluido. Lo normal son 3 vías (1 de trabajo, 1 de alimentación, 1 de escape), 4 vías (2 de trabajo, 1 de alimentación y 1 de escape) ó 5 vías (2 de trabajo, 1 de alimentación, 2 de escape). Las posiciones son las combinaciones diferentes de unión entre las vías que puede adoptar la válvula, normalmente dos ó tres. Las válvulas distribuidoras precisan de un sistema de accionamiento para adoptar las distintas posiciones previstas en su construcción. El sistema de accionamiento puede ser de cuatro tipos: accionamiento manual (pulsadores), mecánico (finales de carrera),

neumático (pilotaje) y eléctrico (electroválvulas). Estos dos últimos permiten un accionamiento a distancia. Válvulas reguladoras de caudal. Se utilizan para impedir ó reducir el paso del fluido en los dos sentidos ó en uno solo, dejándolo libre en el contrario. Pueden ser: - Válvula de cierre. Se emplean para abrir o cerrar, de forma total, el paso de fluido. - Válvulas antirretorno. Permite el paso del aire en una sola dirección. - Válvulas estranguladoras unidireccional. El fluido pasa libremente en un sentido y en el sentido contrario el paso de fluido está regulado. Se utiliza para regular la velocidad de los cilindros. - Válvulas de purga rápida. Su misión es la de vaciar rápidamente de fluido el elemento de trabajo, poniéndolo a escape evitando su paso por diferentes válvulas hasta llegar al retorno. - Válvulas selectoras. Consta de dos entradas y una salida. El aire llega a la salida cuando pasa por cualquiera de sus entradas. Se utiliza para activar cilindros desde dos lugares distintos. - Válvulas de simultaneidad. Consta de dos entradas y una salida. Sólo permite pasar el aire a la salida cuando hay aire con presión por las dos entradas a la vez. Se utiliza para activar cilindros desde dos lugares distintos.

ELEMENTOS RECEPTORES DE TRABAJO Se encargan de realizar el trabajo mecánico. Pueden ser cilindro ó motores. - Cilindros. Transforman la energía de presión en movimiento lineal. Se dividen en dos grandes grupos: de simple efecto y de doble efecto. Los de simple efecto realizan el esfuerzo activo en un solo sentido y el retorno lo efectúa un muelle que devuelve el émbolo a su posición inicial cuando se vacía de aire la cámara del cilindro. Los cilindros de doble efecto actúan de modo activo en los dos sentidos. Debido a la presencia del vástago en una de las cámaras, la superficie eficaz del émbolo queda reducida, por lo cual la fuerza que se genera en la carrera de avance es mayor que en la de retroceso. - Motores. Transforman la energía de presión en movimiento circular. El efecto es el inverso al obtenido con los compresores, y su construcción resulta similar, fabricándose motores de paletas, pistones, engranajes. APLICACIONES - Sujeción de Htas en fresadoras y mandrinadoras. - Sujeción de Piezas. Girar piezas. Separar y Apilar piezas. - Prensar y estampar piezas. - Desplazamiento y posicionamiento de piezas.

- Transporte, almacenamiento y embalaje de materiales. - Llenar recipientes. - Abrir y cerrar puertas. - Dispositivos de frenado.

TIPOS Circuito de anillo cerrado: Aquel cuyo final de circuito vuelve al origen evitando saltos por fluctuaciones y ofrecen mayor velocidad de recuperación ante las fugas, ya que el flujo llega por dos lados.

Circuito de anillo abierto: Aquel cuya distribución se forma por ramificaciones que no retornan al origen. Es más económica esta instalación pero hace trabajar más a los compresores cuando hay mucha demanda o fugas en el sistema. Estos circuitos a su vez se pueden dividir en cuatro tipos de sub-sistemas neumáticos: Sistemas manuales Sistemas semiautomáticos Sistemas automáticos Sistemas lógicos CONFIGURACIÓN DE SISTEMAS Configurar un sistema hidráulico implica dos fases: - Diseñar el circuito funcional. - Seleccionar los componentes y diseñar el esquema posicional Diseñar el circuito funcional. El diseño de un circuito se puede realizar por dos procedimientos, uno intuitivo y el otro metódico. El primero, como su misma palabra lo indica, se resuelve de una manera en que predomina la intuición y la experiencia frente al razonamiento metódico, se utiliza en circuitos reducidos ó por personas con cierta experiencia en el tema. En primer lugar, antes de confeccionar cualquier circuito es necesario conocer el servicio que debe cumplir, los esfuerzos que ha de vencer, en que secuencia, con qué velocidad se han de hacer los desplazamientos, cuantos ciclos se deben realizar por unidad de tiempo etc., en una palabra se han de saber todas las condiciones a cumplir en el proceso. Conocido lo anterior conviene realizar el circuito, si fuese posible, dividiendo el problema en aquellas partes en que haya una clara separación entre las mismas. Por otra parte se debe empezar resolviendo los movimientos básicos de cada cilindro, sin cumplir todos sus condicionamientos. Posteriormente se van incorporando los elementos que hagan cumplir cada uno de los requisitos exigidos por el proceso. Seleccionar los componentes y diseñar el esquema posicional. Una vez resuelto el circuito funcional, se seleccionan los cilindros, las válvulas, los sensores y otros elementos, así como los racores de unión y las tuberías necesarias. Las cuestiones a definir son: Tipo, sección transversal, materiales, sujeciones, etc. Lo anterior se resuelve en paralelo con lo que se denomina esquema posicional, es decir, decidir en que lugar exacto se colocan los elementos, sus fijaciones y el trazado de las conducciones. Se pondrá especial cuidado en que los vástagos de los cilindros no sufran pandeo ni flexiones superiores a lo admisible. Por otra parte, es fundamental para resolver bien el problema conocer los catálogos comerciales de las casas fabricantes, pues un circuito está constituido al 100% de elementos comerciales. Por último, resaltar que dichas empresas están continuamente desarrollando novedades por lo que es importante estar al día. MANTENIMIENTO La vida útil y fiabilidad de los circuitos neumáticos aumentan si los servicios de mantenimiento se efectúan periódicamente. Es recomendable preparar un plan de mantenimiento para cada mando neumático. En dicho plan deberán especificarse los trabajos de mantenimiento y los intervalos de su ejecución. Los intervalos de mantenimiento dependen de la duración del funcionamiento del sistema, del desgaste de cada uno de los elementos y de las circunstancias ambientales. Los trabajos de mantenimiento que deben realizarse con frecuencia y en intervalos pequeños son en la unidad de mantenimiento: Controlar el filtro y evacuar el agua condensada. Rellenar el depósito de aceite si se trabaja con lubricación.

Los trabajos de mantenimiento que se realizan en intervalos más prolongados son: Controlar la estanqueidad de las conexiones. Controlar el desgaste del vástago de los cilindros. Limpiar o sustituir filtros. Controlar el funcionamiento de las válvulas de seguridad.