Automatización Neumatica Industrial Con FESTO

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA

CD. MENDOZA, VER.

PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL

DE LA CARRERA:

INGENIERO MECNICO ELCTRICISTA

TITULO DEL TEMA:

AUTOMATIZACIN NEUMTICA INDUSTRIAL PRCTICA CON

EQUIPO FESTO

MODALIDAD:

MONOGRAFA

NOMBRE DE LOS ALUMNOS:

NGEL SNCHEZ GONZLEZ

HERIBERTO DELGADO GMEZ

JOS MIGUEL LPEZ BENTEZ

AUTOMATIZACION NEUMATICA INDUSTRIAL PRACTICA CON EQUIPO FESTO

AGRADECIMIENTO: NGEL SNCHEZ GONZLEZ.

A DIOS.

Por darme la fuerza y el coraje durante y al termino de esta etapa de mi vida. Por

permitirme concluirla rodeado de toda mi familia y permitirme vivir junto a ellos

este maravilloso momento gracias DIOS.

A MIS PADRES.

Ya que gracias a ellos todo esto es posible. Mi madre que con su infinito amor y

comprensin me ah apoyado en cada momento, con su sacrifio y bondad me ah

demostrado que todo puede ser alcanzado, gracias por amarme, estar conmigo

durante todo este camino y aconsejarme en los momentos difciles, no dejarme

caer y siempre darme fortaleza. Mi padre que me ah demostrado que con

perseverancia y dedicacin se pueden lograr grandes cosas a pesar de todos los

obstculos que se presenten, gracias a su ejemplo me motiva a seguir

superndome y tener el xito que l tiene. Gracias a ambos porque por ustedes

soy un hombre de bien con ganas seguir logrando metas y superndome los amo

gracias por apoyarme en todo momento.

A MIS HERMANOS.

Por apoyarme y darme consejos en los momentos difciles porque con sus logros

me motivaron aun mas a alcanzar esta meta gracias por apoyarme en todo

momento e impulsarme a seguir adelante.

A MI NOVIA.

Por su amor y comprensin incondicional en esta etapa final, por darme consejos

en los momentos difciles y no dejarme caer, porque con su cario y paciencia me

motivo aun mas a alcanzar esta meta. Por mantenerme centrado y apoyarme sin

miramientos por contribuir a hacerme una mejor persona.


Agradecimiento: HERIBERTO DELGADO GOMEZ

A DIOS: gracias por permitirme llegar a esta etapa y permitir estar con vida por

darme una familia hermosa que a pesar de las adversidades hemos salido

adelante unidos como familia gracias dios por todo lo maravilloso que me has

dado.

A mi abuela: Esperanza Rodrguez Castillo gracias a tu lucha y esfuerzo se ha

logrado este objetivo t eres la pieza importante en mi vida eres como una madre

para m. Gracias por todo tu cario y amor

A mi padre: gracias por todo tu apoyo de todo corazn te agradezco s que no te

fue fcil finalmente se cumpli el objetivo que nos propusimos t y yo.

Gracias por todos los consejos que me has dado y por el buen ejemplo que me

has dado a seguir como padre.

A mi madre: gracias por todo tu cario y amor que me diste, tal vez fue poco

tiempo que convivimos pero fue hermoso, le doy gracias a dios el haberme dado

una madre como t aun que ya no ests conmigo te llevo en mi corazn dios te

tenga en su santa gloria mama ahora puedo decirte que tu esfuerzo vali la pena.

A mis hermanos: gracias por todo su apoyo, gracias por confiar en m, me siento

orgulloso el tener unos hermanos como ustedes gracias por permanecer unidos a

pesar de todas las adversidades. El camino no fue fcil pero les puedo decir que

unidos como familia podemos llegar muy lejos Dios los bendiga y proteja.

A mi novia: gracias por estar conmigo en los buenos y en los malos momentos,

gracias por confiar en mi gracias por todo tu amor, cario y comprensin gracias

por formar parte de mi vida.

A mi amigo: Jess arenas Prez gracias por tu amistad y apoyo para que no me

desanimara te lo agradezco de todo corazn eres como mi hermano aun que la

vida nos lleve por diferentes caminos siempre te recordare como un gran amigo.


AGRADECIMIENTO; JOS MIGUEL LPEZ BENITEZ.

Agradezco principalmente a dios puesto que el me brinda sabidura, amor,

paciencia, y valores que me fortalecen como persona.

De igual manera agradezco a mis padres, hermano y novia, puesto que me

brindaron apoyo y fortaleza, en el desarrollo y transcurso de mis estudios,

ayudndome a concluirlos satisfactoriamente.

Tambin agradezco a los ingenieros involucrados en este proyecto de titulacin,

por brindarme su apoyo durante la realizacin de este trabajo.


NDICE

INTRODUCCIN. .................................................................................................................................. 1

CAPITULO I .......................................................................................................................................... 3

INTRODUCCIN A LA AUTOMATIZACIN NEUMTICA. ..................................................................... 3

1.1 HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION NEUMTICA ..................................................................... 3

1.2 AUTOMATIZACIN. ................................................................................................................... 4

1. 3 CONCEPTOS BASICOS DE LA NEUMATICA ................................................................................ 5

1.3.1 Neumtica. ......................................................................................................................... 5

1.3.2 Automatizacin neumtica. ............................................................................................... 5

1.3.3 Neumtica industrial .......................................................................................................... 5

1.3.4 aplicacin de la neumtica. ................................................................................................ 6

1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMTICA. ....................................................................... 7

1.5 MAGNITUDES FSICAS Y UNIDADES DE MEDIDA. ...................................................................... 8

1.6 LEY DE NEWTON. ..................................................................................................................... 11

1.7. LEY DE BOYLE MARIOTTE. ...................................................................................................... 13

1.8 PRIMERA LEY DE GAY LUSSAC. ............................................................................................. 14

1.8.1 Segunda Ley de Gay Lussac. .......................................................................................... 15

1.9 LEY GENERAL DE LOS GASES. .................................................................................................. 15

1.10 GENERACIN Y ALIMENTACIN DEL AIRE COMPRIMIDO ..................................................... 16

1.10.1 Propiedades del aire. ...................................................................................................... 16

1.10.2 Preparacin del aire comprimido. .................................................................................. 16

1.11 GENERACIN Y DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO. ...................................................... 18

1.11.1 Compresor de Embolo. ................................................................................................... 18

1.11.2 Compresor de Doble embolo. ........................................................................................ 19

1.11.3 Compresor de Membrana. ............................................................................................. 20

1.11.4 Compresor Radial. .......................................................................................................... 20

1.11.5 Compresor axial.............................................................................................................. 21

1.11.6 Compresor Rotativo Multicelular. .................................................................................. 21

1.11.7 Compresor de Hlices Bicelular...................................................................................... 22

1.11.8 Compresor de Roots. ...................................................................................................... 22


1.11.9 Grafica de Eficiencia de los Diferentes Tipos de Compresores ...................................... 23

1.11.10 Acumulador. ................................................................................................................. 24

1.11.11 Secador. ........................................................................................................................ 24

1.11.12 Secadores por Enfriamiento. ........................................................................................ 25

1.11.13 Secador por absorcin. ................................................................................................ 26

1.11.14 Secadores por Adsorcin.............................................................................................. 26

1.11.15 La Red de Aire Comprimido.......................................................................................... 28

1.11.16 Tipos de Redes Neumticas. ........................................................................................ 28

1.11.17 Elementos Indispensables para la Distribucin. .......................................................... 30

CAPTULO II. ...................................................................................................................................... 35

EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA NEUMTICA. ......................................................... 35

2.1 ELEMENTOS DE TRABAJO NEUMTICOS. SIMBOLOGA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

....................................................................................................................................................... 35

2.2 ACTUADORES NEUMTICOS LINEALES. CILINDROS NEUMTICOS. ........................................ 36

2.2.1 Cilindro de simple efecto ................................................................................................. 37

2.2.2 Cilindro de doble efecto ................................................................................................... 39

2.2.3 Cilindros sin vstago ......................................................................................................... 42

2.2.4 Cilindro tndem ................................................................................................................ 43

2.2.5 Cilindro de doble vstago ................................................................................................. 44

2.3 ACTUADORES GIRATORIOS ..................................................................................................... 45

2.3.1 Actuador de giro de paleta ............................................................................................... 46

2.3.2 Actuador de giro cremallera - pin ................................................................................ 47

2.3.3 Motores de paletas. ......................................................................................................... 48

2.4 ELEMENTOS DE MANDO O DE CONTROL. SIMBOLOGA, FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

....................................................................................................................................................... 49

2.4.1 Vlvulas de vas o distribuidoras ...................................................................................... 49

2.4.1.1 Vlvulas de 2/2 vas ....................................................................................................... 51

2.4.1.2 Vlvula de tres vas ........................................................................................................ 51

2.4.1.3 Vlvula de cuatro vas ................................................................................................... 52

2.4.1.4 Vlvula de cinco vas ..................................................................................................... 52

2.4.2 Nomenclatura de vlvulas de vas .................................................................................... 53


2.4.3 Accionamiento de las vlvulas ......................................................................................... 56

2.4.3.1 Accionamiento por fuerza muscular ............................................................................. 57

2.4.3.2 Accionamiento mecnico .............................................................................................. 58

2.4.3.3 Accionamiento neumtico o por aire comprimido ....................................................... 58

2.4.3.4 Accionamiento elctrico................................................................................................ 59

2.4.3.5 Accionamiento combinado ........................................................................................... 60

2.4.4 Activacin directa de cilindros ......................................................................................... 61

2.4.4.1 Accionamiento de un cilindro de simple efecto ............................................................ 61

2.4.4.2 Accionamiento de un cilindro de doble efecto ............................................................. 62

2.4.5 Caractersticas constructivas de las vlvulas distribuidoras ............................................ 63

2.4.6 Vlvulas de asiento ........................................................................................................... 63

2.4.6.1 Vlvula de 3/2 vas con asiento de bola ...................................................................... 634

2.4.6.2 Vlvula de 3/2 vas; cerrada en reposo con asiento plano ......................................... 635

2.4.6.3 Vlvula de 3/2 vas; abierta en reposo con asiento plano .......................................... 636

2.4.6.4 Vlvula de 4/2 vas; con asiento plano ........................................................................ 637

2.4.6.5 Vlvula de impulsos 5/2 vas; asiento de plato suspendido ....................................... 638

2.4.6.6 Servopilotaje ............................................................................................................... 639

2.4.6.7 Vlvula distribuidora 3/2, sevopilotada de accionamiento por palanca con rodillo .... 70

2.4.7 Vlvula de corredera ........................................................................................................ 71

2.4.7.1 Vlvula de 5/2 vas biestable de memoria o impulsos .................................................. 72

2.4.7.2 Vlvula de 5/3 vas (centro cerrado) ............................................................................. 73

2.5 ESTRUCTURA BSICA DE UN SISTEMA NEUMTICO ............................................................... 74

2.6 INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS NEUMTICOS CON LGICA COMBINATORIA. FUNCIONES

LGICAS. ........................................................................................................................................ 75

2.6.1 Funcin identidad: SI o igualdad lgica. ....................................................................... 76

2.6.2 Funcin negacin: NO (Inversin o complemento). ..................................................... 77

2.6.3 Funcin conjuncin: Y / AND ..................................................................................... 78

2.6.4 Funcin disyuncin: O / OR ....................................................................................... 80

2.6.5 Funcin OR - Exclusiva (XOR) ........................................................................................... 82

2.7 VLVULAS DE CIERRE, DE CAUDAL Y DE PRESIN. SIMBOLOGA, FUNCIONAMIENTO Y

APLICACIONES. .............................................................................................................................. 83


2.7.1 Vlvulas de cierre ............................................................................................................. 84

2.7.1.1 Vlvulas de antirretorno ............................................................................................... 84

2.7.1.2 Vlvulas de llave ............................................................................................................ 85

2.7.2 Vlvulas de caudal ............................................................................................................ 86

2.7.2.1 Vlvula estranguladora ................................................................................................. 86

2.7.2.2 Elementos de mando. Vlvula reguladora de caudal (unidireccional) ......................... 87

2.7.2.3 Vlvula de escape rpido .............................................................................................. 88

2.7.2.4 Vlvulas combinadas ..................................................................................................... 90

2.7.2.4.1 Vlvula temporizadora ............................................................................................... 90

2.7.3 Vlvula de presin ............................................................................................................ 91

2.7.3.1 Vlvulas reguladoras de presin ................................................................................... 92

2.7.3.2 Vlvula limitadora de presin ....................................................................................... 92

2.7.3.3 Vlvula de secuencia ..................................................................................................... 92

2.8 INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS NEUMTICOS CON LGICA SECUENCIAL. ......................... 95

2.9 NORMA DE LA NEUMTICA: NORMA DIN ISO 1219. .............................................................. 96

CAPITULO III ...................................................................................................................................... 99

PROBLEMAS DE APLICACIN REALES DE AUTOMATIZACIN NEUMTICA. ..................................... 99

CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 108

BIBLIOGRAFA .................................................................................................................................. 110


INDICE DE IMGENES Y FIGURAS

CAPITULO I ............................................................................................................ 3

Tabla 1.1 Unidades fundamentales. ........................................................................ 8

Tabla 1.2 Unidades derivadas ................................................................................. 9

Figura 1.2 Comportamiento de presin ................................................................. 10

Figura 1.3 F= P*A .................................................................................................. 11

Figura 1.4 P= F/A .................................................................................................. 12

Figura 1.5 A un rea mayor menor presin y a un rea menor mayor presin. .... 13

Figura 1.6 Representacin de flujo de aire. ........................................................... 13

Figura 1.7 Comportamiento de la presin respecto al volumen en el cual se ejerce.

.............................................................................................................................. 14

Figura 1.8 Comportamiento de la temperatura respecto al volumen. .................... 14

Figura 1.9 Volumen constante. .............................................................................. 15

Figura 1.10 Diagrama de compresores. ................................................................ 18

Figura 1.11 Compresor de embolo. ....................................................................... 19

Figura 1.12 Compresor de doble embolo. ............................................................. 19

Figura 1.13 Compresor de membrana. ................................................................. 20

Figura 1.14 Compresor radial. ............................................................................... 20

Figura 1.15 Compresor axial. ................................................................................ 21

Figura 1.16 Compresor rotativo multicelular. ......................................................... 21

Figura 1.17 Compresor de hlices bicelular. ......................................................... 22

Figura 1.18 Compresor de roots. ........................................................................... 22

Figura 1.19 Tabla de compresores. ....................................................................... 23

Figura 1.20 Smbolo del acumulador. .................................................................... 24

Figura 1.21 Smbolo del secador. .......................................................................... 25

Figura 1.22 Secador por enfriamiento. .................................................................. 25


Figura 1.23 Secador por absorcin. ...................................................................... 26

Figura 1.24 Secador por adsorcin. ...................................................................... 27

Figura 1.25 Distribucin del aire ............................................................................ 27

Figura 1.26 Desnivel en la red............................................................................... 28

Figura 1.27 Red lineal ........................................................................................... 29

Figura 1.28 Red anular .......................................................................................... 29

Figura 1.29 Red mltiple o de rejilla. ..................................................................... 30

Figura 1.30 Unidad de mantenimiento. ................................................................. 30

Figura 1.31 Filtro de aire ....................................................................................... 31

Figura 1.32 Purga manual y automtica. ............................................................... 32

Figura 1.33 Regulador de presin. ........................................................................ 32

Figura 1.34 Lubricador. ......................................................................................... 33

Figura 1.35 Lubricador de cmara de goteo y vlvula de escape ......................... 33

Figura 1.36 Unidad de mantenimiento. ................................................................. 34

Figura 1.37 Unidad de mantenimiento con y sin lubricador. .................................. 34

CAPITULO II ......................................................................................................... 35

Figura 2.1 Actuadores linales. ............................................................................. 35

Figura 2.2 Actuadores giratorios ........................................................................... 35

Tabla 2.1 Nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores. ........................ 37

Figura 2.3 Cilindro de simple efecto y smbolo ...................................................... 38

Figura 2.4 En estado de reposo ............................................................................ 38

Figura 2.5 En estado activado ............................................................................... 38

Figura 2.6 Partes internas de un cilindro de simple efecto. ................................... 39

Figura 2.7 Cilindro de doble efecto y smbolo. ...................................................... 40

Figura 2.8 En estado de reposo. ........................................................................... 40

Figura 2.9 En estado activo. .................................................................................. 40

Figura 2.10 Partes internas de un cilindro de doble efecto. .................................. 41

Figura 2.11 Cilindro de doble efecto sin amortiguamiento .................................... 41

Figura 2.12 Cilindro de doble efecto con amortiguamiento. .................................. 42

Figura 2.13 Cilindro sin vstago y smbolo norma DIN 1219 ............................... 42


Figura 2.14 Cilindro tndem y smbolo norma DIN 1219. ...................................... 44

Figura 2.15 Cilindro de doble vstago y smbolo Norma DIN 1219. ...................... 45

Figura 2.16 Actuador giratorio de paleta y smbolo norma DIN 1219. ................... 46

Figura 2.17 Actuador giratorio (cremallera y pin) y smbolo norma DIN 1219. .. 47

Figura 2.18 Corte seccionado. .............................................................................. 47

Figura 2.19 Rotor de un motor de paleta ............................................................... 49

Figura 2.20 Esquema de una vlvula de dos vas dos posicione. ......................... 51

Figura 2.21 Esquema de una vlvula de tres vas dos posiciones ........................ 52

Figura 2.22 Esquema de una vlvula de cuatro vas dos posiciones. ................... 52

Figura 2.23 Esquema de una vlvula de 5 vas, 2 posiciones ............................... 53

Figura 2.24 Rectngula que representa la vlvula. ............................................... 53

Figura 2.25 Posiciones de vlvula de vas. ........................................................... 54

Figura 2.26 Tipos de vas de una vlvula .............................................................. 54

Figura 2.27 Entrada y escape de aire. .................................................................. 54

Figura 2.28 Posicin de reposo de una vlvula de vas. ....................................... 55

Figura 2.29 Conexiones de la vlvula de vas. ...................................................... 55

Tabla 2.2 Nomenclatura de conexiones. ............................................................... 56

Figura 2.30 Ejemplo de la frmula. ........................................................................ 56

Figura 2.31 Tipos de accionamiento por fuerza muscular. .................................... 57

Figura 2.32 Tipos de accionamientos mecnicos. ................................................. 58

Figura 2.33 Tipos de accionamiento neumticos .................................................. 59

Figura 2.34 Tipos de accionamiento elctrico. ...................................................... 60

Figura 2.35 Accionamiento combinado. ................................................................ 60

Figura 2.36 Ejemplos de la formula completa. ...................................................... 60

Figura 2.37 Activacin de un cilindro de simple efecto. ......................................... 61

Figura 2.38 Activacin de un cilindro de simple efecto .......................................... 62

Figura 2.39 Vlvula de 3/2 vas con asiento de bola. ............................................ 64

Figura 2.40 Vlvula de 3/2 vas cerrada en reposo con asiento plano. ................. 65

Figura 2.41 Vlvula de 3/2 vas abierta en reposo con asiento plano. .................. 66

Figura 2.42 Vlvula de 4/2 vas. ............................................................................ 67


Figura 2.43 Vlvula de impulsos de 5/2 vas, asiento de plato suspendido. ......... 69

Figura 2.44 Funcionamiento del servopilotaje. ...................................................... 70

Figura 2.45 Vlvula de 3/2 vas con servopilotaje. ................................................ 71

Figura 2.46 Vlvula de impulsos biestable de 5/2 vas. ......................................... 73

Figura 2.47 Vlvula biestable de 3/5 vas. ............................................................. 74

Figura 2.48 Estructura bsica de un sistema neumtico. ...................................... 75

Tabla 2.3 Funcin de identidad: "SI" o igualdad lgica. ........................................ 76

Figura 2.49 Estado inactivo ................................................................................... 77

Figura 2.50 Estado activo ...................................................................................... 77

Tabla 2.4 Funcin negacin .................................................................................. 77



Tabla 2.5 Funcin AND. ........................................................................................ 79




Tabla 2.6 Funcin OR. .......................................................................................... 81

Figura 2.57 Pistn inactivo .................................................................................... 81

Figura 2.58 Pistn activo ....................................................................................... 81



Tabla 2.7 Funcin OR-Exclusiva (XOR). ............................................................... 83

Figura 2.61 Vlvula real, y smbolo ....................................................................... 85

Figura 2.62 Corte seccionado. .............................................................................. 85

Figura 2.63 Vlvula de llave y Smbolo. ................................................................ 86

Figura 2.64 Vlvula real, corte seccionado y su respectivo smbolo. .................... 87

Figura 2.65 Regulador de caudal unidireccional y su smbolo. ............................. 87

Figura 2.66 Corte seccionado de una vlvula unidireccional. ............................... 88

Figura 2.67 Vlvula de escape rpido y smbolo ................................................... 89

Figura 2.68 Corte seccionado, vlvula de escape. ................................................ 89


Figura 2.69 Vlvula temporizadora real y smbolo ................................................ 90

Figura 2.70 Corte secccionado .............................................................................. 91

Figura 2.71 Vlvula reguladora de presin. ........................................................... 92

Figura 2.72 Corte seccionado de un regulador de presin con orificio de escape. 93

Figura 2.73 Vlvula de secuencia y smbolo ........................................................ 94

Figura 2.74 Corte seccionado de la vlvula de secuencia. ................................... 95

Tabla 2.8 Nomenclatura de las normas. ................................................................ 98

CAPITULO III ........................................................................................................ 99

Figura 3.1 Banda de cartones ............................................................................. 100

Figura 3.2 Croquis de situacin. .......................................................................... 102

Figura 3.3 Diagrama de movimiento de espacio-fase. ..................................... 102

Figura 3.4 Solucin mediante el software FluidSim-P ......................................... 103

Figura 3.5 Croquis de situacin ........................................................................... 105

Figura 3.6 Diagrama espacio fase ....................................................................... 106

Figura 3.7 Solucin mediante el software FluidSim-P. ........................................ 106


Pgina 1

INTRODUCCIN.

Dentro del campo de la produccin industrial, la neumtica tiene una aplicacin

creciente en las ms variadas funciones. No solo entra a formar parte en la

construccin de mquinas, si no que va desde el uso domstico hasta la utilizacin

en la tcnica de investigacin nuclear, pasando por la produccin industrial.

En si las aplicaciones de la neumtica en la industria son cada vez ms

numerosas. Pues es una tecnologa que al servicio del hombre permite controlar o

automatizar procesos industriales como: alimentacin, ensamblaje y manipulacin,

sistemas robotizados o industrias de procesos continuos, son automatizados, en

gran parte neumticamente.

La extensin de la automatizacin de forma sencilla en cuanto a mecanismo y

adems bajo costo, se ha logrado utilizando tcnicas relacionadas con la

neumtica, la cual se basa en la utilizacin del aire comprimido, y es empleada en

la mayor parte de las maquinas modernas.

A travs de componentes neumticos, la automatizacin industrial, es una de las

soluciones ms sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicacin en la

industria. Hoy por hoy la necesidad de automatizar la produccin no afecta

nicamente a las grandes empresas, sino que tambin a la pequea industria.

El objetivo principal de la automatizacin es aumentar la competitividad de la

industria por lo que requiere la utilizacin de nuevas tecnologas, por tal motivo,

cada vez es ms necesario que toda persona relacionada con la produccin

industrial tenga conocimiento de estas.

Actualmente, el mercado ofrece una gran variedad de componentes neumticos

adaptados a cualquier aplicacin. Estos componentes neumticos estn

prcticamente involucrados en todo proceso industrial de produccin.


Pgina 2

Este trabajo presentar conceptos bsicos de automatizacin neumtica industrial,

se describir su importancia y pertinencia en el sector industrial. Adems se

detallarn los componentes bsicos que conforman a los sistemas de

automatizacin neumtica y se desarrollarn ejemplos de aplicacin que son tiles

y de uso frecuente en el sector industrial, aplicando las metodologas vigentes

empleadas por la empresa de automatizacin Festo Neumatics. Por ltimo, se

demostrarn las ventajas en la utilizacin del software FluidSim-P para la

elaboracin y simulacin de los sistemas de automatizacin diseados

previamente, para la reduccin de tiempos de diseo y la puesta a punto de tales

sistemas.

En los prximos captulos, presentamos de forma prctica y general la aplicacin

de la neumtica en la automatizacin industrial, simbologa bsica normalizada de

la neumtica, equipos e instrumentos utilizados para esta, as como ejemplos de

aplicacin prctica en la industria de circuitos neumticos reales para facilitar al

lector su introduccin en el campo de la Neumtica.

El objetivo principal de este trabajo es describir los componentes bsicos que

conforman un sistema neumtico industrial y presentar ejemplos de aplicacin de

uso frecuente en dicho sector para demostrar su importancia y servir como fuente

de consulta bsica para los estudiantes de la Facultad.

La justificacin de este trabajo es motivada por la necesidad de complementar los

conocimientos sobre automatizacin neumtica industrial que se adquieren

durante el curso de la carrera. En la regin existe una gran cantidad de empresas

que poseen sistemas de automatizacin neumtica que utilizan entre sus

componentes equipo de la empresa FESTO y por ello es muy importante que los

egresados de la carrera de Ingeniera Mecnica Elctrica e Ingeniera Industrial

estn familiarizados con su uso. Esta monografa presentar las metodologas

bsicas para la creacin de sistemas de automatizacin con ejemplos de

aplicacin en la industria.


Pgina 3

CAPITULO I

CAPITULO I

INTRODUCCIN A LA AUTOMATIZACIN NEUMTICA.

1.1 HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION NEUMTICA.

La automatizacin puede ser considerada como el paso ms importante del

proceso de evolucin de la industria en el siglo XX, al permitir la eliminacin total o

parcial de la intervencin humana. (1) (pg. 7)

Las primeras mquinas simples sustituan una forma de esfuerzo en otra forma

que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con

sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las mquinas fueron

capaces de sustituir formas naturales de energa renovable, tales como el viento,

mareas, o un flujo de agua por energa humana.

Segn su actual definicin, la neumtica es una tcnica moderna, pero segn su

concepcin original es una de las formas de energa ms antiguas de entre las

conocidas por el hombre. Existen manuscritos del siglo I de nuestra era donde se

describen mecanismos accionados por aire caliente en el transcurso de los siglos

siguientes fueron diseados dispositivos generalmente con fines blicos. La

neumtica moderna con sus grandes posibilidades, se inicia en Europa a partir de

la mitad del siglo XX debido a la acuciante necesidad de una automatizacin

racional del trabajo. Desde entonces la neumtica ha ido evolucionando, y lo

seguir haciendo segn las necesidades de la industria, ofreciendo en la

actualidad una extensa gama de productos.

En la industrializacin, la automatizacin es el siguiente paso, despus de la

mecanizacin. La mecanizacin le provee al operador humano con la maquinaria

necesaria para hacer trabajos que requieren esfuerzo muscular, la automatizacin

disminuye de gran manera la necesidad de que un humano atienda


Pgina 4

constantemente la maquinaria. La automatizacin se vuelve cada vez ms

importante en la economa mundial y la experiencia diaria.

1.2 AUTOMATIZACIN.

El diccionario de la Real Academia Espaola define a la Automatizacin como:

La disciplina que trata de los mtodos y procedimientos cuya finalidad es la

sustitucin del operador humano por un operador artificial en la ejecucin de una

tarea fsica o mental proveniente programada. (9) (Pg.8)

La automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin,

realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos

tecnolgicos.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

Parte de Mando.

Parte Operativa.

La Parte Operativa; es la parte que acta directamente sobre la mquina. Son los

elementos que hacen que la mquina se mueva y realice la operacin deseada.

Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las

mquinas como motores, cilindros, compresores y finales de carrera etc.

La Parte de Mando; suele ser un autmata programable (tecnologa programada),

aunque hasta hace poco se utilizaban rels electromagnticos, tarjetas

electrnicas o mdulos lgicos neumticos (tecnologa cableada). En un sistema

de fabricacin automatizado el autmata programable est en el centro del

sistema.

Dentro de la automatizacin tenemos como objetivos principales:

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la

produccin y mejorando la calidad de la misma.

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos

riesgosos e incrementando la seguridad.


Pgina 5

Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

Mejorar la disponibilidad de los productos, logrando proveer las cantidades

necesarias en el momento preciso.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes

conocimientos para la manipulacin del proceso productivo.

1. 3 CONCEPTOS BASICOS DE LA NEUMATICA

1.3.1 Neumtica.

La neumtica se define como la utilizacin de aire comprimido como medio de

trabajo en la industria, o como la generacin, preparacin, distribucin y utilizacin

del aire comprimido para realizar un trabajo y con ello controlar un proceso. (2)

(Pg.7)

1.3.2 Automatizacin neumtica.

La automatizacin neumtica se realiza usando las propiedades del aire

comprimido. Las seales deben traducirse a ausencia o presencia de presin

neumtica. El tratamiento de las seales de salidas son, generalmente, posiciones

de cilindros neumticos o componentes neumticos, y as ser una de las

soluciones ms sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicacin en la

industria.

1.3.3 Neumtica industrial.

La neumtica industrial entonces, consta del flujo y la presin de gases en

sistemas de potencia fluida, es decir, transmisin de potencia mediante aire

comprimido o gases.

Desde el punto de vista tecnolgico, La neumtica en la industria es la tecnologa

que emplea el aire comprimido como modo de transmisin de la energa necesaria

para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elstico y por

tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresin y devolver


Pgina 6

la energa acumulada cuando se le permita expandirse, segn la ley de los gases

ideales. (10) (Pg.3)

1.3.4 aplicacin de la neumtica.

Numerosos procesos de fabricacin no seran posibles sin la neumtica, ya que

sta se encuentra presente en sectores industriales automotriz, electrnica,

manipulacin, procesos, alimenticias etc.

En la figura 1.1 se observan los diferentes procesos de fabricacin en la industria

de la neumtica.

Figura Error! No se encuentra el origen de la referencia.

A continuacin se presenta una lista de diferentes aplicaciones de la neumtica

en la industria, dependiendo al tipo de proceso en el cual se utilizara:

Tcnicas de Fabricacin:

Dentro de esta tcnica de fabricacin las aplicaciones ms comunes son: perforar,

tornear, fresar, cortar, acabar, deformar, controlar.


Pgina 7

Tcnicas de procesos:

Dentro de esta tcnica de procesos las aplicaciones ms comunes son: llenar,

dosificar, bloquear, accionar ejes, abrir y cerrar puertas.

Tcnicas de manipulacin:

Dentro de esta tcnica de manipulacin las aplicaciones ms comunes son:

desplazamiento, sujecin de piezas, posicionamiento, orientacin, embalaje. Girar

piezas, prensar, separar piezas, estampar, deformar, cortar materiales, transportar

materiales. (2) (Pg. 14-15)

1.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMTICA.

Ventajas de la neumtica.

A primera vista puede sorprender que el uso de la neumtica se all extendido de

forma tan intensa y rpida en un espacio de tiempo tan corto. Esto se debe a sus

ventajas:

Cantidad.

Transporte.

Acumulacin / almacenamiento.

Temperatura.

Seguridad.

Desventajas de la neumtica.

Para poder delimitar exactamente los campos de aplicacin de la neumtica, es

necesario indicar no solamente las ventajas, sino tambin los inconvenientes del

aire comprimido, los cuales son:

Costos.

Preparacin / Acondicionamiento.

Compresin.

Limpieza

Construccin / Composicin.

Velocidad.

Resistencia sobre cargas


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Fuerza

Escape. (2) (Pg. 16-17)

1.5 MAGNITUDES FSICAS Y UNIDADES DE MEDIDA.

Para facilitar el entendimiento de las leyes fsicas se incluye a continuacin una

lista de las magnitudes fsicas. Los datos corresponden al sistema internacional

de unidades (SI).

En la tabla 1.1 se muestran las unidades fundamentales, para comprender mejor

el comportamiento del aire a presin.

Unidades fundamentales.

MAGNITUD DIMENSION NOMBRE Y SIMBOLO

Longitud I Metro (m)

Masa M Kilogramo (kg)

Tiempo T Segundo (s)

Temperatura T Kelvin (K, 0C=273,15 K)

Tabla 1.1 Unidades fundamentales.


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En La tabla 1.2 se muestran las unidades derivadas.

Unidades derivadas.

MAGNITUD DIMENSION NOMBRE Y SIMBOLO

Fuerza F Newton (N), 1 N = 1 kg m/s2

Superficie A Metro cuadrado (m2)

Volumen V Metro cubico (m3)

Caudal Q (m3/s)

Presin P Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2,

1 bar = 105 Pa.

Tabla 1.2 Unidades derivadas

El Sistema Internacional de Unidades ha establecido al kilogramo (Kg) como

unidad de masa, en sentido general, se designa a la masa como peso. Por

ejemplo: Una pieza de acero de 1Kg de peso, tiene una masa de 1Kg.

Como resultado de tener una unidad de masa, tenemos por motivos fsicos una

unidad de Fuerza. El fsico ingls Isaac Newton que descubri la siguiente ley

natural: (Fuerza = Masa por Aceleracin).

amF

La unidad de fuerza que resulta de la ley anterior es el Newton (N) que es:

2s

m1Kg1N

NOTA: La aceleracin de la gravedad en la Tierra es de 9.81 m/s2.

La presin es otra magnitud fsica, la cual representa a la fuerza que se encuentra

distribuida sobre una superficie:

2m

N

A

FP


Pgina 10

La unidad del SI derivada para expresar la presin, es llamada Pascal (abreviado

Pa). Un Pascal ejerce una presin pequesima, por lo que se suelen emplear sus

correspondientes mltiplos KPa (Kilopascal = 103) o MPa (Megapascal = 106).

La presin de 1MPa corresponde como magnitud a la presin de 10 veces la

presin atmosfrica, es decir: 1MPa = 10Pamb

En neumtica se suele usar otra unidad de presin, equivalente a una dcima

parte del MPa denominada Bar, es decir: 0.1MPa = Pamb

En la prctica ha resultado conveniente utilizar la unidad Bar por tener la magnitud

de la presin atmosfrica, es decir 0.1MPa = 1Bar

Los datos de presin se entienden siempre relacionados con una presin de

referencia, que en general es la presin atmosfrica.

Pamb = Presin atmosfrica

Pe = Presin excedente

Pabs = Presin absoluta

Tanto en neumtica como en hidrulica los datos de presin se refieren a la

presin atmosfrica. Por lo cual se emplea el smbolo Pe. Siendo Pe = 0 el nivel de

la presin atmosfrica. En la figura Error! No se encuentra el origen de la referencia..2 se

muestra lo dicho anterior mente. (2) (Pg. 18-25).

Figura 0.1.2 Comportamiento de presin


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1.6 LEY DE NEWTON.

La segunda ley de newton determina que si se aplica una fuerza aun cuerpo este

se acelera, la aceleracin se produce en la misma direccin que la fuerza aplicada

y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. (3) (pg. 3).

Es decir, Fuerza es igual a masa por aceleracin:

amF

Dnde:

F = Fuerza. m = Masa. a = Aceleracin.

Pero tambin, fuerza es igual a presin por rea.

APF Dnde:

F = Fuerza. P = Presin. A = rea. (2) (pg. 27).

En la Figura 1.3 se ejemplifica la formula F= P * A. Que se refiera a la fuerza que

se ejerce por cada unidad de rea.

Figura 1.3 F= P*A


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La presin es otra magnitud fsica, la cual est definida como la fuerza que se

aplica a un cuerpo por unidad de rea. Es decir presin es igual a fuerza sobre

rea. (3) (pg. 3).

La frmula es:

A

FP

Dnde:

P = Presin. F = Fuerza. A = rea.

En la Figura 1.4 se ejemplifica la formula P= F/A Que se refiera a la presin que

se ejerce por cada unidad de rea.

Figura 1.4 P= F/A

Entonces tenemos que la presin es directamente proporcional a la fuerza e

inversamente proporcional al rea. Por lo tanto tenemos que, al aplicar una fuerza

sobre un rea pequea tendremos mayor presin, y aplicando la misma fuerza

sobre un rea de mayor tamao tendremos una menor presin. En la Figura 1.5

se muestra lo dicho anteriormente. (2) (pg. 28-29).


Pgina 13

Figura 1.5 A un rea mayor menor presin y a un rea menor mayor presin.

1.7. LEY DE BOYLE MARIOTTE.

Antes de conocer la ley de BOYLE MARIOTTE es necesario tener bien en claro

los siguientes conceptos:

Caudal (Q): Es la cantidad de aire que fluye a travs de una tubera por unidad de

tiempo, el caudal se expresa como: Q=V/t. En la Figura 1.6 se muestra la

direccion del caudal en un determinado conducto.

Figura 1.6 Representacin de flujo de aire.

La fuerza de los actuadores neumticos esta determinada por la presin del aire

comprimido. La velocidad de los actuadores neumticos est determinada por el

caudal de aire comprimido.

Despues de tener en claro estos conceptos basicos, BOYLE MARIOTTE nos dice

que El aire puede comprimirse y tiene tendencia a expandirse y seala que a

temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es


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inversamente proporcional a la presin absoluta del mismo. En la figura 1.7 Se

puede apreciar que a mayor volumen es menor la presion y a menor volumen es

mayor la presion.

Figura 1.7 Comportamiento de la presin respecto al volumen en el cual se ejerce.

1.8 PRIMERA LEY DE GAY LUSSAC.

Mientras no cambia la presin, el volumen de un gas contenido en un depsito

cerrado es proporcional a la temperatura absoluta.

En la figura 1.8 se observa que a una menor temperatura un menor volumen y a

una mayor temperatura un mayor volumen.

Figura 1.8 Comportamiento de la temperatura respecto al volumen.


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1.8.1 Segunda Ley de Gay Lussac.

Mientras no cambia el volumen, la presin de un gas contenido en un depsito

cerrado es proporcional a la temperatura absoluta.

En la figura 1.9 se observa que a menor temperatura, menor presin y a mayor

temperatura, mayor presin.

Figura 1.9 Volumen constante.

1.9 LEY GENERAL DE LOS GASES.

La siguiente ecuacin general considera bsicamente todas las propiedades de

los gases: En un gas contenido en un recipiente cerrado, el producto de la presin

y el volumen, dividido por la temperatura, es constante.

Recurriendo a esta ecuacin general se obtienen las leyes mencionadas

anteriormente, suponiendo que se mantiene constante uno de los tres factores: (2)

(pg. 31-39).

Presin P constante Cambios isobricos

Volumen V constante Cambios fisocricos

Temperatura T constante Cambios isotrmicos


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1.10 GENERACIN Y ALIMENTACIN DEL AIRE COMPRIMIDO.

1.10.1 Propiedades del aire.

El aire es una mezcla de gases y su composicin es la siguiente:

Aprox. 78 % en volumen de nitrgeno.

Aprox. 21 % en volumen de oxgeno

Adems, el aire contiene rastros de vapor, dixido de carbono, hidrgeno, argn,

nen, helio, criptn y xenn. El aire se caracteriza por su baja cohesin, lo que

significa que las fuerzas entre las molculas del aire son mnimas. Al igual que

todos los gases, el aire tampoco tiene una forma determinada. Su forma cambia si

se aplica la ms mnima fuerza y, adems, siempre ocupa el mximo espacio

disponible.

1.10.2 Preparacin del aire comprimido.

Para garantizar la fiabilidad del sistema neumtico, es necesario que el aire

alimentado a ste tenga un nivel de calidad suficiente. Para ello es necesario

garantizar tres factores los cuales son: Presin correcta, aire seco y aire limpio.

Es necesario tratar el aire comprimido porque ste contamina el sistema. De no

tratar correctamente el aire comprimido, se puede resultar en tiempos de paro de

mquinas y costos excesivos de servicio y mantenimiento.

Para garantizar que el aire comprimido sea eficiente se deben de tomar en cuenta

los siguientes factores: Presin correcta, pocas partculas (impurezas), menor

condensacin y lubricacin adecuada.


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Presin correcta

Al no hacer un ajuste correcto en la presion esto puede derivar en diversos

problemas como son: Desgaste temprano del equipo, ms fugas de aire, mayores

costos de operacin, vibraciones de la mquina y baja calidad del producto.

Impurezas.

Al haber una gran cantidad de impurezas en el sistema estn pueden causar

daos tales como: Desgaste temprano del equipo, caidas de presin, lineas de

presin o elementos bloqueados, mal funcionamiento del equipo.

Las impurezas tambin pueden presentan en forma de polvo como pueden ser: el

carbn negro, la materia corrosiva y las partculas de desgaste.

Mayor condensacin.

Al tener una mayor condensacin en el sistema se pueden ocasionar problemas

tales como: corrosin, bajas velocidades y bloqueo de lneas de presin (lodo).

El agua es una de las principales causantes de la condensacin. Est siempre

presente en el aire en forma de humedad natural, sta se libera cuando el aire

comprimido se enfra. El aire a 20C con 100% de saturacin, contiene 17.15 gr de

agua por m3. Los inconvenientes que esta causa pueden ser o se traducen en:

Hinchamiento o destruccin de empaques y congelacin de empaques o de aire

en los elementos.

Lubricacin adecuada.

Es muy importante elegir un buen lubricante ya que el mal ajuste o la mala

seleccin del lubricante puede resultar en: desgaste temprano del equipo,

eliminacin del aceite especial, hinchamiento de los sellos y coloracin del

producto.


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Debemos de tener en cuenta que Puede tratarse de aceite proveniente del

compresor (an en el caso de compresores que trabajen sin aceite), o bien de

aerosoles presentes en el aire. (2) (pg.40-48).

1.11 GENERACIN Y DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO.

La generacin del aire comprimido empieza por la compresin del aire. Existen

diferentes tipos de compresores y se clasifican por su construccin interna: De

embolo alternativo, de embolo giratorio, de flujo.

En la figura 1.10 se representa el diagrama de los diferentes tipos de compresores

y su clasificacin.

Figura 1.10 Diagrama de compresores.

1.11.1 Compresor de Embolo.

Durante el movimiento de descenso, el mbolo aspira aire a travs de la vlvula

de aspiracin: lo comprime durante el movimiento ascendente y lo expulsa por la

vlvula de presin. La Presin: De una etapa, es de aproximadamente 600KPa (6

bar).


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En la figura 1.11 se muestra el accionar del compresor de embolo.

Figura 1.11 Compresor de embolo.

1.11.2 Compresor de Doble embolo.

Durante el movimiento de descenso, el mbolo aspira aire a travs de la vlvula

de aspiracin; lo comprime luego durante el movimiento ascendente y lo expulsa

por la vlvula de presin hacia una segunda cmara dnde se enfra y

posteriormente se repite el ciclo con un segundo mbolo de dimetro menor. La

presin de dos etapas, es aproximadamente 1500 KPa (15 bar).

En la Figura 1.1 se muestra el accionar del doble embolo.

Figura 1.12 Compresor de doble embolo.


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1.11.3 Compresor de Membrana.

Funciona bajo el mismo principio que el compresor de mbolo, sin embargo, una

membrana separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contacto

con las piezas mviles. Por tanto, el aire comprimido estar exento de aceite

En la Figura 1.1 se muestra el accionar de un compresor de membrana.

Figura 1.13 Compresor de membrana.

1.11.4 Compresor Radial.

El aire es acelerado en sentido radial por las paletas que giran rpidamente.

La energa cintica del aire se transforma en energa de presin, fuerza centrfuga

Presin: En varias etapas, aproximadamente 1000KPa (10 bar)

En la Figura 1.1 se muestra el accionar de un compresor radial.

Figura 1.14 Compresor radial.


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1.11.5 Compresor axial.

El aire es acelerado axialmente por las paletas que giran rpidamente.

La energa cintica del aire se transforma en energa de presin. La presin:

Aproximadamente 600 KPa (6 bar).

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor axial.

Figura 1.15 Compresor axial.

1.11.6 Compresor Rotativo Multicelular.

Chapas correderas existentes en un rotor colocado excntricamente dividen la

cmara de compresin en clulas cerradas. El aire se comprime al disminuir el

tamao de las clulas durante el proceso de circulacin. Presin de una etapa

aprox. 400 KPa (4 bar). De dos etapas aprox. 800 KPa (8 bar).

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento d un compresor rotativo multicelular.

Figura 1.16 Compresor rotativo multicelular.


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1.11.7 Compresor de Hlices Bicelular.

Es tambin conocido como compresor de tipo helicoidal. El aire es transportado al

lado de presin por medio de dos rotores que giran a alta velocidad.

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor de hlices bicelular.

Figura 1.17 Compresor de hlices bicelular.

1.11.8 Compresor de Roots.

En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea

modificado. Su ventaja radica en 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.

En la Figura 1.1 se muestra el funcionamiento del compresor roots.

Figura 1.18 Compresor de roots.

.


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1.11.9 Grafica de Eficiencia de los Diferentes Tipos de Compresores

En la Figura 1.1 se muestra la eficiencia de los diferentes compresores.

Figura 1.19 Tabla de compresores.

Esta grafica nos muestra la eficiencia de los diferentes tipos de compresores. (2)

(pg. 50-60).


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1.11.10 Acumulador.

Despus de pasar por el compresor y el enfriador, el aire comprimido llega al

acumulador. Un acumulador o tanque de almacenamiento cumple con varias

funciones: Reduce las cadas de presin en la lnea, sirve como respaldo de

energa neumtica, evita el funcionamiento del compresor de manera continua,

ayuda a eliminar la humedad, provocando condensados debido .al enfriamiento

que provoca su gran volumen.

El tamao del acumulador depende de los siguientes criterios: caudal del

compresor, cantidad de aire requerida por el sistema, red de tuberas, regulacin

del compresor, oscilacin permisible de la presin en el sistema.

Nota. Durante el proceso de enfriamiento, el agua se condensa, por lo que el

acumulador deber tener un grifo de purga de condensados.

En la Figura 1.200 se muestra el simbolo del acumulador el cual es regido por la

Norma DIN 1219.

Figura 1.20 Smbolo del acumulador.

1.11.11 Secador.

Al comprimir un gas, su temperatura aumenta en la misma proporcin que se ha

comprimido. Para eliminar la humedad en el aire comprimido utilizamos

dispositivos secadores de aire. Entre los principales tenemos: Secador por

enfriamiento (90-95% eficiencia). Secador por absorcin (55-60% eficiencia).

Secador por adsorcin (70-75% eficiencia).

En la Figura se muestra el smbolo del secador el cual es regido por la Norma DIN

1219.


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Figura 1.21 Smbolo del secador.

1.11.12 Secadores por Enfriamiento.

Con el secado por enfriamiento se logran puntos de condensacin a presin entre

+2C y +5C. Este es el secador empleado ms frecuentemente. Su

funcionamiento es fiable y presenta bajos costos de mantenimiento.

En la figura 1.22 se muestra la distribucin del aire en el enfriador.

Figura 1.22 Secador por enfriamiento.


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1.11.13 Secador por absorcin.

Es un proceso qumico, la humedad presente en el aire se une a una masa de

secado y la masa de secado se disuelve y debe ser sustituida. Presenta altos

costos de funcionamiento, pero tiene una instalacin sencilla y no requiere de

fuentes de energa externas.

En la Figura 1 se muestra la distribucin del aire en un secador por absorcin.

Figura 1.23 Secador por absorcin.

1.11.14 Secadores por Adsorcin.

Es un proceso fsico, la humedad existente en el aire se deposita en la superficie

porosa de la masa de secado su regeneracin es por medio de corriente de aire

caliente y pueden lograrse puntos de condensacin a presin hasta -900 C. (2)

(pg. 61-68).

En la Figura 1.24 se muestra la distribucin de aire en el secador por adsorcin.


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Figura 1.24 Secador por adsorcin.

Justo antes de que el aire comprimido alimente los elementos neumticos, debe

ser tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua

que haya podido condensarse en el ltimo tramo antes de llegar al punto de

utilizacin. Gran parte de estas impurezas se separan en los recipientes de

condensacin con una adecuada instalacin de la red general, pero las partculas

ms pequeas son arrastradas en forma de suspensin por la corriente de aire. (1)

(pg. 25-26).

En la Figura 1.25 se muestra la forma de tratamiento del aire para poder eliminar

todas las impurezas posibles. (2) (pg. 69).

Figura 1.25 Distribucin del aire


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1.11.15 La Red de Aire Comprimido.

Para que la distribucin del aire comprimido sea confiable, es recomendable

acatar una serie de puntos como:

Las dimensiones correctas del sistema de tuberas.

La dimensin correcta de los actuadores.

La resistencia del caudal de aire.

El material de las tuberas.

La configuracin de la red neumtica. (2) (pg. 71).

En la Figura 1.2 de muestra el desnivel que tiene que llevar la red el cual es de 1

2% por cada 10 metros de la red, para una correcta distribucin del aire as como

sus dems componentes.

Figura 1.26 Desnivel en la red

1.11.16 Tipos de Redes Neumticas.

La conduccin de aire comprimido se realiza a travs de la red de aire

comprimido. Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las

tuberas que parten del depsito, colocadas de modo que queden fijamente unidas

entre s, y que conducen el aire comprimido a los puntos de conexin para los

consumidores individuales.


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Para tener una red adecuada esta deber tener, una mnima perdida de presin,

mnima perdida de aire por fugas y una mnima cantidad de agua en la red y en los

puntos de utilizacin. Para determinar el dimetro correcto de las redes de aire es

necesario considerar diversos factores como: El caudal de aire, la cada de

presin admisible, la longitud de tubera y la presin de trabajo. (1) (pg. 27)

Existen diferentes tipos de redes neumticas, como son red lineal, red anular, y la

red mltiple o de rejilla.

En la Figura 1.2 se observa la red lineal la cual consta de una alimentacin, un

desfogue y una vlvula de paso. Se le llama red lineal por su forma ya que es

recta y no tiene retorno del aire.

Figura 1.27 Red lineal

En la figura 1.28 se muestra la red anular la cual consta de una alimentacin, un

desfogue y una vlvula de paso, en esta red existe recirculacin del aire debido a

la forma de la red.

Figura 1.28 Red anular


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En la Figura 1.2 se muestra una red multiple o de rejilla la cual consta de una

alimentacin, varias salidas de aire cerradas y varias vlvulas de paso. (2) (pg.

73-75).

Figura 1.29 Red mltiple o de rejilla.

1.11.17 Elementos Indispensables para la Distribucin.

En la Figura 1.30 se muestran por separado el filtro y purga de condensados, el

regulador de presin y el lubricador los cuales conforman la unidad de

mantenimiento. (2) (pg. 79).

Figura 1.30 Unidad de mantenimiento.


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Filtro de aire a presin

El aire a presin pasa de izquierda a derecha a travs del filtro. Un disco deflector

hace que el aire gire. Debido a la fuerza centrfuga se apartan las gotas de agua y

las partculas slidas. El aire previamente limpio pasa a travs de un cartucho

filtrante. (6) (pg. 56).

En la Figura 1.31 se muestra el filtro aire real y su corte seccionado con su

respectivo smbolo, de acuerdo a la Norma DIN 1219.

Figura 1.31 Filtro de aire

Todos los filtros de lnea FESTO estn equipados con elementos filtrantes de 40

micras. Generalmente para el 90% de las aplicaciones, esta capacidad de filtrado

es adecuada pero en algunas ocasiones no es suficiente, ya que el ms del 80 %

de los contaminantes es menor a 2 micras.

En el caso de querer eliminar partculas muy pequeas se recomienda el filtrado

por etapas para evitar la saturacin del cartucho en corto tiempo.

El filtro debe ser cambiado cuando existe una caida de presin entre la entrada y

la salida de la unidad de mantenimiento.

Lo mejor es instalar un indicador de caida de presin, cuando sta se active es

seal de que el filtro deber ser cambiado.


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Purga de condensados

En la Figura se observan las formas mediante las cuales se puede purgar el filtro

ya sea manualmente o automticamente.

Figura 1.32 Purga manual y automtica.

Regulador de presin.

En la Figura se muestra el regulador de presin con su respectivo smbolo de

acuerdo a la Norma DIN 1219.

Figura 1.33 Regulador de presin.

Lubricador.

Lo ms recomendable es no usar aceite en el lubricador sin embargo hay sistemas

con altas oscilaciones en dispositivos de trabajo que lo necesitan para estos

dispositivos se les recomienda usar: Aceite hidrulico con una viscosidad igual a

32 mm2/s.


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En la Figura se muestra el lubricador con su respectivo smbolo de acuerdo a la

Norma DIN 1219.

Figura 1.34 Lubricador.

En la Figura 1.3 se muestra el corte seccionado del lubricador con cmara de

goteo y con vlvula de escape.

Figura 1.35 Lubricador de cmara de goteo y vlvula de escape

Se recomienda que para un buen funcionamiento el vaso deba estar a la mitad

para que el aire ayude a que el aceite suba a la mirilla y desde ah se controla la

cada de las gotas: 1 o 2 gotas por minuto para oscilaciones bajas, 3 o 4 por

minuto gotas a oscilaciones altas.


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Unidad de mantenimiento

En la Figura se muestra ya la unin total de los elementos anteriores los cuales

forman la llamada unidad de mantenimiento.

Figura 1.36 Unidad de mantenimiento.

En la figura 1.37 se muestra el smbolo de las unidades de mantenimiento con

lubricador y sin lubricador. (2) (pg. 80-92).

Figura 1.37 Unidad de mantenimiento con y sin lubricador.


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CAPTULO II.

CAPITULO II

EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN LA

NEUMTICA.

2.1 ELEMENTOS DE TRABAJO NEUMTICOS. SIMBOLOGA,

FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES.

En un sistema neumtico los receptores son los llamados actuadores neumticos

o elementos de trabajo neumticos. Los elementos de trabajo neumticos, son

elementos que transforman la energa neumtica del aire comprimido en energa

mecnica. (1) (pg. 31).

Se clasifican, segn cul sea su clase de movimiento, en actuadores lineales,

normalmente llamados cilindros, en actuadores de giro y en motores. (4) (pg. 1).

ACTUADORES LINEALES: pistones, msculos, etc. En la figura 2.Figura

0.1 se muestran los actuadores lineales.

Figura 2.1 Actuadores linales.

ACTUADORES GIRATORIOS: motores, rotics. En la Figura 2.2 se puede

observar la imagen de los actuadores giratorios. (2) (pg. 95).

Figura 2.2 Actuadores giratorios


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2.2 ACTUADORES NEUMTICOS LINEALES. CILINDROS

NEUMTICOS.

Los cilindros neumticos son, por regla general, los elementos que realizan el

trabajo. Su funcin es la de transformar la energa neumtica en trabajo mecnico

de movimiento rectilneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso.

A los cilindros neumticos se les conoce tambin con el nombre de actuadores

neumticos lineales.

Generalmente, el cilindro neumtico est constituido por un tubo circular cerrado

en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales se desliza un mbolo que

separa dos cmaras. Al embolo va unido un vstago que, saliendo a travs de una

o ambas tapas permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la

presin del fluido al actuar sobre las superficies del mbolo.

Los dos volmenes de aire en que queda dividido el cilindro por el mbolo reciben

el nombre de cmaras. Si la presin de aire se aplica en la cmara posterior de un

cilindro, el mbolo y el vstago se desplazan hacia adelante (carrera de avance).

Si la presin de aire se aplica en la cmara anterior del cilindro, el desplazamiento

se realiza en sentido inverso (carrera de retroceso).

Segn la forma en que se realiza el retroceso del vstago, los cilindros se dividen

en:

Cilindros de simple efecto.

Cilindros de doble efecto. (1) (pg. 31-32).

Existen otros modelos de cilindros neumticos, pero el funcionamiento prctico del

cilindro no vara nada, en absoluto, solo su aspecto exterior y en realidad muy

poco porque nunca deja de tener forma cilndrica.


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En la tabla 2.1 se muestran la nomenclatura normalizada de los tipos de

actuadores.

Nombre Smbolo Norma DIN 1219

De simple efecto, retorno por muelle

De simple efecto retorno, por fuerza externa

De doble efecto

De doble efecto con amortiguador

Cilindro sin vstago

Cilindro tndem

Cilindro de doble vstago

Actuador angular

Actuador giratorio de ngulo limitado

Tabla 2.1 Nomenclatura normalizada de los tipos de actuadores.

2.2.1 Cilindro de simple efecto

El cilindro de simple efecto tiene una sola conexin de aire, el aire se alimenta en

un solo lado y puede ejecutar un trabajo en un solo sentido. (2) (pg. 97).


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En la Figura 2.3 se observa la imagen real de un cilindro de simple efecto con su

respectivo smbolo.

Figura 2.3 Cilindro de simple efecto y smbolo

Es decir, el desplazamiento del mbolo por la presin del aire comprimido tiene

lugar en un solo sentido. Para que el cilindro retroceda, debe descargarse primero

el aire contenido en la cmara para que se mueva el vstago por la fuerza que

ejerce el resorte incorporado. La carrera activa es la de vstago saliente. En la

Figura 2.4 y 2.5 se muestran los dos tipos de estados del cilindro de simple efecto.

Figura 2.4 En estado de reposo Figura 2.5 En estado activado

Figura 2.5 En estado activado

En la prctica existen varios tipos. Los ms empleados son los cilindros de

mbolo. El movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presin que obliga a

desplazarse al mbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presin, el

muelle hace que regrese a su primitiva posicin de reposo. Por eso los cilindros

de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una sola

direccin. Hay que tener presente que existe aire a la presin atmosfrica en la

cmara opuesta, pero puede escaparse a la atmosfera a travs de un orificio de

escape.


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Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los

cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera los

100 mm. Por razones prcticas, son de dimetro pequeo y la nica ventaja de

estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse como

elementos auxiliares en las automatizaciones. (1) (pg. 32-33).

Un cilindro de simple efecto est conformado de la siguiente manera. En la Figura

2.6 se muestran las partes internas de un cilindro de simple efecto.

Figura 2.6 Partes internas de un cilindro de simple efecto.

Estos cilindros tienen aplicaciones como: sujetar, expulsar, marcar, apretar y

levantar piezas. (2) (pg. 97).

2.2.2 Cilindro de doble efecto

Reciben aire comprimido en ambos lados, por lo que pueden ejecutar un trabajo

en ambos sentidos. Antes de ejecutarse el movimiento en el sentido contrario, es

necesario descargar primero el aire contenido en la cmara del lado opuesto. En

la Figura 2.7 se observa el smbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto.


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Figura 2.7 Cilindro de doble efecto y smbolo.

El campo de aplicacin de los cilindros de doble efecto es mucho ms extenso

que, el de los cilindros de simple efecto.

Algunas de las aplicaciones de estos cilindros de doble efecto son: Elevar o

mecanizar piezas. (2) (pg. 101).

El cilindro de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de mbolo y

posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del mbolo. Al

aplicar aire a presin en la cmara posterior y comunicar la cmara anterior con la

atmosfera a travs de una vlvula, el cilindro realiza la carrera de avance. La

carrera de retroceso se efecta introduciendo aire a presin en la cmara anterior

y comunicando la cmara posterior con la atmosfera, igualmente a travs de una

vlvula para la evacuacin del aire contenido en esa cmara del cilindro. En la

Figura 2.8 y 2.9 se observa el estado de reposo y el estado activo del cilindro de

doble efecto.

Figura 2.8 En estado de reposo. Figura 2.9 En estado activo.

Figura 2.9 En estado activo.


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Un cilindro de doble efecto est conformado de la siguiente manera. En la figura

2.10 se muestran las partes internas de un cilindro de doble efecto.

Figura 2.10 Partes internas de un cilindro de doble efecto.

Los cilindros de doble efecto pueden ser:

Cilindro de doble efecto: Sin amortiguacin. En la Figura 2.11 se muestra el

smbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto sin amortiguacin.

Figura 2.11 Cilindro de doble efecto sin amortiguamiento

Cilindro de doble efecto: Con amortiguacin. En la Figura 2.12 se observa

el smbolo y la imagen real de un cilindro de doble efecto con

amortiguacin.


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Figura 2.12 Cilindro de doble efecto con amortiguamiento.

En la prctica, el empleo de unos u otros depende de factores como la carga y la

velocidad de desplazamiento. Por ejemplo, cuando la carga viene detenida por

topes externos pueden aplicarse los cilindros sin amortiguacin. Sin embarga

cuando la carga vienen detenida por tales topes se debe recurrir a la utilizacin de

los cilindros con amortiguacin. (1) (pg. 33-34).

2.2.3 Cilindros sin vstago

A los cilindros sin vstago se les aplica aire a presin alternativamente por ambos

lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos. La fuerza del embolo es

idntica en ambos sentidos. (2) (pg. 107).

Estos cilindros se componen esencialmente de un cuerpo especial en aluminio,

ranurado longitudinalmente. Esta ranura permanece estanca tanto a la presin

interior como a la suciedad exterior mediante dos juntas longitudinales de material

plstico que encajan una con otra. La transmisin de fuerza se realiza mediante el

carro gua que va unido al embolo. Los cilindros sin vstago son cilindros de doble

efecto, con amortiguacin regulable.

En la figura 2.13 se observa la imagen real de un cilindro sin vstago y su smbolo

conforme a la norma DIN 1219.

Figura 2.13 Cilindro sin vstago y smbolo norma DIN 1219


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En comparacin con los cilindros neumticos convencionales, estos cilindros

cuentan con varias ventajas importantes:

Requieren poco espacio. Un cilindro convencional, provisto de vstago,

ocupa siempre ms del doble de la longitud de la carrera.

No hay riesgo de pandeo del vstago. (peligro de que el vstago pueda

retorcerse).

A diferencia de los cilindros convencionales, admiten grandes momentos

torsores y esfuerzos laterales

Como el movimiento esta guiado, en muchas aplicaciones no es necesario

utilizar dispositivos adicionales de guiado del mvil. (1) (pg. 84-86).

Los cilindros sin vstago se componen de la siguiente:

Cursor y embolo fijos mecnicamente.

Cinta hermtica para sellar la carrera.

Con amortiguamiento en los finales de carrera en ambos extremos.

El campo de aplicacin de estos cilindros sin vstago son reas restringidas y a

gran distancia. (2) (pg. 107).

2.2.4 Cilindro tndem

Los cilindros tndem estn constituidos por dos cilindros de doble efecto,

colocados en serie, montados en un mismo tubo. Estos dos cilindros reciben

simultneamente aire a presin, con lo que se obtiene prcticamente una fuerza

doble a la obtenida con un cilindro neumtico del mismo dimetro. No obstante, la

longitud que se precisa es doble. (1) (pg. 87).

En la Figura 2.14 se observa la imagen real de un cilindro tndem con su referente

smbolo de acuerdo con la norma DIN 1219.


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Figura 2.14 Cilindro tndem y smbolo norma DIN 1219.

Algunas de las caractersticas de los cilindros tndem son las siguientes:

Duplicacin de la fuerza mediante el acoplamiento de dos mbolos

Mltiples posiciones

Los cilindros tndem se emplean en aquellos casos en que se precisa un dimetro

pequeo y una fuerza superior a la de su dimetro correspondiente. Como puede

ser una rea restringida y gran fuerza. (2) (pg. 109).

2.4.5 Cilindro de doble vstago

Para mejorar la capacidad de gua se puede, dotar al cilindro de doble vstago.

Las tapas, guas eje y vstago son los mismos que se utilizan en los cilindros

normales. Los cilindros de doble vstago poseen un vstago hacia ambos lados,

normalmente, el vstago tiene el mismo dimetro en las dos extremidades, por lo

tanto, desarrolla una fuerza igual en ambos sentidos.

Es preferible que el vstago sea de una sola pieza, ya que si, son dos vstagos

separados, existe la posibilidad de que no estn en lnea recta y entonces no

estn exactamente alineados con respecto a las guas, circunstancia que provoca

un frenado o incluso el bloqueo del vstago. (1) (pg. 81-82).

Estos cilindros de doble vstago pueden ser con vstago hueco para el manejo

de ventosas o de doble apoyo para evitar el pandeo del vstago.

En la Figura 2.15 se muestra la imagen real de un cilindro de doble vstago con su

referente smbolo de acuerdo con la norma DIN 1219.


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Figura 2.15 Cilindro de doble vstago y smbolo Norma DIN 1219.

Los cilindros de doble vstago se usan para aplicaciones tales como: la

manipulacin. (2) (pg. 110).

2.3 ACTUADORES GIRATORIOS

Los actuadores rotativos o giratorios realizan la funcin de transformar la energa

neumtica en energa mecnica de rotacin. Dependiendo de si el mvil de giro

tiene un ngulo limitado o no se forman dos grupos a analizar:

Actuador giratorio de ngulo limitado

Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una

revolucin (exceptuando alguna mecnica particular como por ejemplo pin

cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ngulos de giro

de 90, 180..., hasta un valor mximo de unos 300 (aproximadamente). Existen

dos tipos fundamentales segn su construccin: actuador de giro de paleta y

actuador de giro pin-cremallera. (4) (pg. 4).

Motores neumticos

Los motores neumticos son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio

constante. Realizan la funcin de transforman la energa neumtica en energa

mecnica de rotacin. Se caracterizan por proporcionar un elevado nmero de

revoluciones por minuto, son ligeros y compactos, el arranque y paro es muy

rpido, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control

complejo y baja inercia. En neumtica se emplean principalmente los motores de

paleta, tambin se utilizan con menor frecuencia los de pistones. (1) (pg. 39).


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2.3.1 Actuador de giro de paleta

Estos actuadores realizan un movimiento de giro de 0 a 270 grados, incorporando

unos topes mecnicos que permiten la regulacin de este giro.

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.

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

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