FUNDAMENTOS DE SISTEMASFUNDAMENTOS DE SISTEMAS NEUMATICOS BASICOSNEUMATICOS BASICOS

Luis Campos González.

2006

1. INTRODUCCION A LA MECANICA DE LOS FLUIDOS.

La Hidráulica y la Neumática Industrial, son ramas de la mecánica de los fluidos que se ocupan del diseño y funcionamiento de los sistemas Hidráulicos, Neumáticos utilizados en la industria en general.Los fluidos se emplean para la transmisión de presión, y la capacidad de estos de transmitir energía. Y ello es valido para la Hidráulica y la neumática. La automatización de las maquinas, fabricas etc.., emplean una multitud de válvulas de variadísimas clases, cilindros, bombas, motores, filtros de aceite y aire, así como sistemas complejos, cuyo diseño estabilidad y control constituyen hoy día una aplicación muy importante en la mecánica de fluidos. La mecánica de fluidos nace con Prandtl, que en las primera décadas del siglo actual elaboró la síntesis entre la Hidráulica practica y la Hidrodinámica teórica. Cinco matemáticos del siglo XVIII, Bernoulli, Clairaut, D`Alembert, Lagrange y Euler habían elaborado con el creciente calculo diferencial e integral una síntesis Hidrodinámica perfecta; pero no habían obtenido grandes resultados prácticos. Por otra parte el técnico Hidráulico fue desarrollando multitud de formulas empíricas y experiencias en la resolución de los problemas que sus construcciones Hidráulicas le presentaban. Excepcionalmente un científico, Reynolds, busco y hallo apoyo experimental a sus teorías, y un técnico Froude, busco una base física a sus experimentos; pero Prandtl hizo la síntesis de las investigaciones teóricas de los unos y de las experiencias de los otros.

RESUMEN HISTORICO DE LA MECANICA DE FLUIDO.

NOMBRE. FECHA. APORTACION A LA HIDRAULICAArquímedes. 287 - 212 a.c. Leyes de flotación.

Leonardo da Vinci 1452 - 1519Ecuación de continuidad.Estudios sobre configuraciones de flujos.Sugerencias de diseños de maquinas hidráulicas.

Torricelli. 1608 – 1647.Salida por un orificio.Relación entre la altura y la presión atmosférica.

Pascal. 1623 – 1662.Ley de Pascal; fundamental en las transmisiones y controles hidráulicos.

Newton. 1642 – 1726.Ley de la viscosidad dinámica.Semejanza de modelos.

Bernoulli. 1700 – 1782.Teorema de Bernoulli. Conocida como ecuación de energía o altura de energía total.

Euler. 1707 – 1783.

El mayor genio de la Hidrodinámica.Ecuaciones diferenciales del movimiento del flujo perfecto.Formulación del teorema de Bernoulli.Teorema fundamental de las Tubomáquinas.

D`Alembert. 1717 – 1783.Ecuación diferencial de continuidad.Paradoja de D`Alembert.

Chézy. 1718 – 1798.Formula de Chézy de la velocidad media de la corriente de un canal.Semejanza de los modelos en canales.

Lagranje. 1736 – 1813. Función potencial y función de corriente.

Venturi. 1746 – 1822.Flujo en embocaduras y contracciones.Medidor de Venturi.

Fourneyron. 1802 – 1867. Diseño de la primera turbina Hidráulica.Poiseuille. 1799 – 1869. Resistencia en tubos capilares:

Weisbach. 1806 – 1871.Formula de resistencia en tuberías.Ecuaciones de Vertederos.

Froude. 1810 – 1879. Ley de semejanza de Froude.

Stokes. 1819 – 1903.Ecuaciones diferenciales de Navier-Stokes del movimiento de los fluidos viscosos.

Reynolds. 1842 – 1912.Diferencias entre el flujo laminar y flujo turbulento.Numero de Reynolds.

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Bazin. 1829 – 1917. Estudios de vertederos.

Joukowski. 1847 – 1921.Estudio del golpe de ariete.Perfiles aerodinámicos de Joukowski.

Lanchester. 1868 – 1945.Circulación causa de la sustentación.Torbellinos de herradura, causa del arrastre inducido.

Prandtl. 1875 – 1953.Teoría de la capa limite.Fundador de la moderna mecánica de fluidos.

1.1 SISTEMAS DE UNIDADES.

DIMENSIONES: Las leyes que rigen los fenómenos de la física se expresan mediante ecuaciones entre magnitudes físicas, como Presión, Viscosidad, densidad relativa, Peso Especifico... etc., que es preciso medir. La medida es un numero expresado en un sistema de unidades. Si se escogen tres magnitudes básicas o fundamentales y se asigna una unidad a cada una de estas tres magnitudes, las tres restantes magnitudes se denominan magnitudes derivadas. Solo tres magnitudes y unidades fundamentales son necesarias en mecánica de fluidos.

MAGNITUDES Y UNIDADES FUNDAMENTALES.

Magnitud fundamentalUnidad fundamental

Nombre. Símbolo. S.I. S. Técnico S. inglesMasa.

Kilogramo. M. Kg. U.T.M. Slug.

Longitud.

Metro. L. mt. Cm. Ft.

Tiempo.Segundo. T. S. S. S.

1.2 ECUACION DE DIMENSIONES.

En el curso se utilizara exclusivamente el Sistema Ingles y especialmente el sistema internacional, el cual es obligatorio en los principales países del are métrica y cuya adopción definitiva lo será también en el mundo entero. Sin embargo, asta que este sistema se implante exclusivamente el paso de cualquier sistema de unidades al SI seguirá siendo tarea del Ingeniero.Este paso es inmediato mediante la utilización de la ecuación de dimensiones, mediante la cual se expresan todas las magnitudes de la física en función de tres unidades fundamentales. nosotros utilizaremos como magnitudes fundamentales la Masa M; Longitud L; Tiempo T, cuyas dimensiones son: M, L, T.De seta forma se ha obtenido la ecuación de dimensiones de las restantes magnitudes que intervienen en la Mecánica de los Fluidos, y que son denominadas unidades derivadas y que pueden verse en la siguiente tabla.

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ECUACION DE DIMENSIONES EN FUNCION DE: M; L; T. Y UNIDADES EN LOS SISTEMAS: INTERNACIONAL, TECNICO, INGLES.

Magnitud. SímEcuación De Dimensiones

Sistema De Unidades.S Internacional S. Ingles. S. Técnico.

Aceleración. a. L * T-2 mt/s2 Ft/s2 cm/s2.

Caudal volumétrico. Q L3 * T-1 mt3/s Ft3/scm3/s.

Caudal másico. G M * T-1 Kg/s Lb/sgr/s.

Velocidad. v L * T-1 mt/s Ft/scm/s.

Viscosidad cinemática

L2 * T-1 mt2/s Ft2/scm2/s.

Densidad. M * L3 Kg/mt3 Lb/Ft3 gr/cm3

Densidad relativa. adimensional ----- --------

Fuerza. F M * L * T-2 Kg*mt/s2 = N Slug*ft/s2 = Lbgr*cm/s2 = UTM

Impulso. I M * L * T-1 Kg*mt/s Lb*ft/sgr*cm/s.

Módulo de elasticidad.

E M * L-1 * T-2 Kg/mt*s2 Lb/ft*s2 gr/cm*s2.

Momento de inercia. Ix, Iy M * L2 Kg*mt2 Lb*ft2 gr*cm2.

Par. T M * L2 * T-2 Kg*mt2/s2 = N*mt Slug*ft2/s2 = lb*ftgr*cm2/s2 =UTM*cm

Peso específico. M * L-2 * T-2 Kg/mt2*s2 = N/mt3 Slug/ft2*s2 = Lb/ft3 gr/cm2*s2 =UTM/cm3

Potencia. Pw M * L-1 * T-3 Kg*mt2/s3 = J/s =W Lb*ft2/s3 -----

Presión. P M * L-1 * T-2 Kg/mt*s2 = N/mt2

Pascal.Slug/ft*s2 =Lb/pulg2

= PSI.-----

Trabajo. W M * L2 * T-2 Kg*mt2/s2 = N*mt Lb*ft2/s2 -----

Viscosidad Dinámica. M * L-1 * T-1 Kg/mt*s Lb/ft*s-----

1.3 CAMBIO DE UNIDADES.

El paso de un sistema de unidades a otro cualquiera es inmediato utilizando las ecuaciones de dimensiones. Solo basta conocer la equivalencia de las unidades fundamentales del nuevo sistema con relación al antiguo.A continuación se entregan algunas equivalencias, que permiten con mayor facilidad la conversión de unidades.

1.4 FACTORES DE CONVERSION.

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Masa Y Densidad.1 Kg. = 2.2046 Lb. 1 gr/cm3 . = 103 Kg/mt3.1 gr/cm3 . = 62.428 Lb/ft3.

1 Lb = 0.4536 Kg.1 Lb/ft3 = 0.016018 gr/cm3.1 Lb/ft3 = 16.018 Kg/mt3.

Longitud. 1 cm . = 0.3937 in.1 mt . = 3.2808 ft.

1 in = 2.54 cm.1 ft = 0.3048 mt.

Velocidad.1 Km/h. = 0.62137 millas/h. 1 millas/h. = 1.6093 Km/h.

Volumen.1 cm3 . = 0.061024 in3.1 mt3 . = 35.315 ft3.1 litro. = 10-3 mt3.1 litro. = 0.0353 ft3.

1 in3 = 16.387 cm3.1 ft3 = 0.028317 mt3.1 gal = 0.13368 ft3.1 gal = 3.7854x10-3 mt3.

Fuerza. 1 N. = 1 Kg*mt/s2.1 N. = 0.22481 Lbf.

1 Lbf = 32.174 Lb*ft/s2.1 Lbf = 4.4482 N.

Presión.1 Pa. = 1 Nmt2.1 bar. = 100000 N/mt2. 1 atm. = 1.01325 bar.

1 Lbf/in2 = 6894.8 Pa.1 Lbf/in2 = 144 Lbf/ft2.1 atm = 14.696 Lbf/in2

Trabajo.1 J = 1 N*mt1 KJ = 737.56 Lbf * Ft1 KJ = 0.9478 Btu.1 KJ/Kg = 0.42992 Btu/Lb.

1 Lbf * Ft = 1.35582 J.1 Btu = 778 Lbf*Ft.1 Btu = 1.0551 KJ.1 Btu/Lb = 2.326 KJ/Kg.1 Kcal = 401868 Kj.

Potencia.1 W = 1J/s.1 W = 3.413 Btu/h.1 Kw = 1.341 Hp.

1 Btu/h = 0.293 W.1 Hp = 2545 Btu/h.1 Hp = 550 Lbf*ft/s.1 Hp = 0.7457 Kw.

Constante universal.R =

8.314 KJ/ Kmol ºK.1445 Lbf*Ft/Lbmol ºR.848 Kgf*mt/Kmol ºK.

Aceleración de gravedad. g =

9.81 mt/s2

32.2 Ft/s2

Presión atmosférica.1 atm =

1.013 bar.14.7 Lbf/in2

Relaciones de temperatura.

T (ºR) = 1.8 T (ºK) T (ºC) =T(ºK) – 273.15 T (ºF) = T(ºR) – 460. T (ºF) = 1.8T(ºC) + 32.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS.

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2. FLUIDO.

Es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que los contiene.Los fluidos se dividen en líquidos y gases.Los fluidos a una presión y temperatura determinadas ocupan un volumen determinado. Introducido el liquido en un recipiente adopta la forma del mismo. Si sobre el recipiente se ejerce una presión, como por ejemplo, la atmosférica, el liquido adopta una forma plana.Los gases a una presión y temperatura determinada tienen también un volumen determinado, pero puestos en libertad, se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente que lo contiene, y no presentan superficie libre. En resumen: los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen; los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma; y los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen. Por lo tanto, el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías), porque solo los líquidos son capases de crear una superficie libre. En general los sólidos y los líquidos son poca compresibles y los gases muy compresibles; pero ningún cuerpo (sólido, liquido o gaseoso) es estrictamente incompresible.

Hay innumerables problemas que se resuelven aceptablemente en ingeniería, suponiendo que el fluido es incompresible. Estos problemas se estudian en la mecánica de fluidos incompresibles.Los restantes problemas forman la mecánica de fluido compresibles y se estudian en la termodinámica.

2.1 DENSIDAD ABSOLUTA:

La densidad de un fluida es la masa por unidad de volumen.La densidad de un fluido es función de la temperatura y la presión. La variación de la densidad absoluta de los líquidos es muy pequeña, salvo a presiones relativamente altas y para todos los cálculos prácticos esta pequeña variación puede despreciase.

= M / V. M = Masa del fluido.V = Volumen del fluido.

Ejemplo: La densidad del agua destilada a la presión atmosférica y una temperatura de 4ºC es máxima e igual aproximadamente;

H20 = 1000Kg/ mt3, H20 = 1 gr/cm3, H20 = 62.428 Lb/ft3.

2.2 PESO ESPECIFICO:

El peso especifico de un fluido, corresponde al peso por unidad de volumen.El peso especifico es función de la temperatura y de la presión aunque en líquidos no varia prácticamente con esta ultima.

= W / V.

W = Peso del fluido.

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V = Volumen del fluido.

(a) W = M * g.(b) = M / V.(c) M = * V.

Por lo tanto: = * V * g . V

= * g.

Ejemplo: El peso especifico del agua es de:

H2O = 9800 N/mt3.

2.3 DENSIDAD RELATIVA:

Es la relación entre la masa de un cuerpo a la masa de un mismo volumen de agua a la presión atmosférica y un temperatura de 4ºC. Esta relación es igual a la de los pesos específicos del cuerpo en cuestión y del agua en las mismas condiciones. La densidad relativa es una magnitud adimensional.

= S / H20. Ó = S / H2O

Ejemplo:

H2O = 1000 Kg / mt 3 . H2O = 1. 1000 Kg / mt3

DENSIDAD RELATIVA DE ALGUNOS LIQUIDOS.

Liquido. Densidad relativa. T ºC.Agua dulce. 1 4Agua de mar. 1.02 – 1.03 4Petróleo bruto ligero. 0.86 – 0.88 15Petróleo bruto medio. 0.88 – 0.90 15Petróleo bruto pesado. 0.92 – 0.93 15Kerosene. 0.79 – 0.82 15Gasolina ordinaria. 0.70 – 0.75 15Aceite lubricante. 0.89 – 0.92 15Feul-oil. 0.89 – 0.94 15Alcohol sin agua. 0.79 – 0.80 15Glicerina. 1.26 0Mercurio. 13.6 0

DENSIDAD, VISCOSIDAD DINAMICA Y CINEMATIACA DEL AGUA EN FUNCION DE LA TEMPERATURA.

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Temperatura.Densidad.Kg / mt3.

Viscosidad dinámica 105 kg / mt*s.

Viscosidad cinemática 106 mt2 / s = cSt

0 999.8 178.7 1.7872 999.9 167.1 1.6714 1.000 156.2 1.5626 999.9 146.4 1.4648 999.8 137.6 1.375

10 999.7 130.5 1.30712 999.4 122.6 1.22714 999.2 116.1 1.16316 998.9 110.4 1.10618 9998.5 105.2 1.05320 998.2 100.2 1.003822 997.7 95.5 0.95724 997.2 91.1 0.91426 996.6 87.2 0.87528 996.1 83.4 0.83730 995.7 79.7 0.80132 994.9 76.4 0.76834 994.2 74.1 0.74536 993.4 70 0.70538 992.8 68 0.68540 992.2 65.3 0.65845 990.2 59.8 0.60450 988 54.8 0.55455 985.7 50.5 0.51260 983.2 46.7 0.47565 980.6 43.4 0.44370 977.8 40.4 0.41375 974.8 37.8 0.38880 971.8 35.5 0.36585 968.6 33.4 0.34590 965.3 31.5 0.32695 961.8 29.8 0.310

100 958.4 28.2 0.295150 916.9 18.6 0.205200 864.6 13.6 0.161250 799.2 10.9 0.14300 712.4 8.91 0.132

2.4 VOLUMEN ESPECIFICO:

El volumen especifico es el reciproco de la densidad absoluta.

v = 1 /

Así el volumen especifico del agua destilada a la presión atmosférica y una temperatura de 4 ºC es aproximadamente igual 0.001 mt3 / kg. Es interesante observar que la densidad del aire en igual condición de presión y temperatura es aproximadamente 1.3 kg / mt3 y su volumen especifico es de 1/1.3 kg / mt3 ; es decir, 1 kg de aire ocupa aproximadamente 800 veces más espacio que 1 kg de aire.

2.5 VISCOSIDAD.

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La viscosidad se entiende como la característica de un fluido hidráulico de ofrecer una resistencia al desplazamiento laminar reciproco de dos capas vecinas de fluido hidráulico.La magnitud característica más importante al seleccionar un fluidos hidráulico es la viscosidad. No caracteriza la calidad de un fluido, sino de indica la conducta del fluido hidráulico a una determinada temperatura de referencia. Para la selección de componentes hidráulicos es muy importante considerar los valores máximos y mínimos de viscosidad indicados en la documentación del fabricante de componentes hidráulicos.

2.5.1 VISCOSIDAD DINAMICA:

Un sólido puede soportar esfuerzos normales de dos clases: de presión y contracción. Un liquido puede soportar esfuerzos de compresión pero no de tracción. Los sólidos y los fluidos pueden estar sometidos también a esfuerzos cortantes y tangenciales. En ellos la fuerza es paralela sobre el área que actúa.En los fluidos la deformación aumenta constantemente bajo la acción del esfuerzo cortante, por pequeño que éste sea.Entre las moléculas de un fluido existen fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de cohesión. Al desplazarse unas moléculas con relación a las otras se produce a causas de ellas una fricción. Por otra parte entre las moléculas de un fluido en contacto con un sólido y las moléculas del sólido existen fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de adherencia. El coeficiente de fricción interna del fluido se denomina viscosidad y se designa con la letra .

2.5.2 VISCOCIDAD CINEMATICA:

En hidrodinámica interviene junto con las fuerzas debidas a la viscosidad de las fuerzas de inercia, que dependen de la densidad. Por eso tiene un significado importante la viscosidad dinámica referida a la viscosidad dinámica referida a la densidad, o sea la relación de la viscosidad dinámica a la densidad , que se denomina viscosidad cinemática.

= / .

Unidad: 1 = 1 mt2/s.En la practica se ha utilizado mucho mas el Stoke (St) = 1 cm2 /s.

1 cSt = 10-2 St = 10-6 mt2/s.

PRESION

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3. DEFINICION Y PROPIEDADES.

La presión ejercida por un cuerpo, sobre una superficie horizontal de área A, debida a la fuerza vertical W, esta definida por la siguiente ecuación:

P = W / A

En la practica, la presión generada por una columna de liquido es función de la altura equivalente, expresada con frecuencia como la presión en altura equivalente; por ejemplo: en mt de columna de agua, en mm de columna de mercurio.A continuación se deduce una ecuación, que permite pasar fácilmente de una presión expresada en columna equivalente de un fluido a la expresada en unidades de presión de un sistema cualquiera.

P = W / A = V**g / A = A*h**g / A

P = *g*h

P = Kg/mt3 * mt/s2 * mt

P = N/mt2 = Pascal.

3.1 PRESION ATMOSFERICA:

Sobre la superficie libre de un liquido reina la presión de aire o gas que sobre ella existe. Esta presión puede adquirir un valor cualquiera en un recipiente cerrado, pero si el recipiente se encuentra abierto, sobre la superficie libre del liquido reina la presión atmosférica.La presión atmosférica varia con la temperatura y la altitud. La presión media normal a 0 ºC y a nivel del mar es de 760 Torr = 1.01396 bar y se llama atmósfera normal.Las presiones absolutas se miden con relación al 0 absoluto (vacío total ó 100% de vacío) y las presiones relativas (presión Manómetrica y presión Vacuométrica) se miden con relación a la presión atmosférica.La mayoría de los manómetros están construidos de manera que solo miden presiones relativas con relación a la atmósfera local. Para determinar la presión absoluta habrá que sumar a la presión leída en el manómetro la presión atmosférica local con un Barómetro:

P absoluta = Prelativa + P atm.

Pe = P. Relativa. Manómetrica P. absoluta. P. absoluta. Pe = P. Relativa. Manómetrica.

P = atmosfera técnica. P = 1 bar.

0 % de vacío.

Pe = P. Relativa. Pe = P. Relativa. Pamb= 700Torr P = -6 m.c.a. Vacuométrica Vacuométrica ( P Manometrica) Pamb = P. Barométrica

Pamb = 1.013 bar. 63.03 % Vacío Pabs = 3.52 m.c.a.

FUENTES DE ENERGIA NEUMATICA E HIDRAULICA.

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1. SIMBOLOGIA NEUMATICA E HIDRAULICA.

Esta recopilación de símbolos cumple con lo establecido en la norma DIN/ISO 1219.Aquellos componentes que están comprendidos en la norma se han representado con su símbolo usual, la designación de sus conexiones corresponde a los lineamientos internacionales.

1.1.DESIGNACIÓN DE LAS CONEXIONES:

Designación de Conexiones Letras. Números. Color.Líneas de presión. P 1 Rojo.Líneas de trabajo. A – B – C. 2 – 4 – 6. Verde.Líneas de retorno. S – R – T. 3 – 5 – 7. Azul.Líneas de pilotaje. X – Y – Z. 10 – 12 – 14. Amarilla.Líneas de drenaje. L. 9.

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SIMBOLOGIA UTILIZADA EN

SISTEMAS NEUMATICOS E

HIDRAULICOS.

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CARACTERISTICAS Y FUNCIONAMIENTO DE VALVULAS.

2. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO:2.1.VALVULAS DIRECCIONALES.

Las válvulas comandan e influyen sobre el flujo del medio presurizado. Ellas guían al medio dosificado y en el momento correcto hacia los componentes que realizaran un trabajo.Dependiendo de su función especifica se diferencian distintos tipos de válvulas:

Direccionales: Controlan el inicio, parada y dirección del medio presurizado.

De bloqueo: Bloquean el flujo en un sentido y lo liberan en sentido contrario.

De caudal: Influyen sobre el caudal del medio que ésta fluyendo.

De presión: Influyen sobre la presión del medio presurizado o bien se controlan con esta presión.

1.- válvula de caudal.2.- válvula antirretorno.3.- válvula 3/2.

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2.2.FUNCIONAMIENTO Y PREPARACION DE VALVULAS DIRECCIONALES.

La función de una válvula direccional se representa por los símbolos según DIN ISO 1219.Ejemplo.Avance y retroceso del vástago de un cilindro de simple efecto.

Posición de retroceso. Posición de avance.

Si en el sistema se requiere tener un control de avance y retroceso, la válvula debe ofrecer la posibilidad de dejar pasar parcialmente caudal al cilindro o bien de cerrar el paso y, en su recorrido de retroceso, dejar que la tubería del cilindro libere hacia el escape.Son entonces requisitos en la válvula: a) Numero de conexiones necesarias: 3.

Conexión al cilindro, a la entrada de presión, y escape.b) Numero de posiciones necesarias: 2.

1. Retroceso.2. Avance.

c) Denominación:Válvula 3/2, 3 conexiones, 2 posiciones.

Las posiciones se simbolizan con cuadrados, la cantidad de posiciones por lo tanto estará determinada por el numero de cuadros que tenga la válvula.Las conexiones a la válvula quedan marcadas por las líneas de conexión.

2.3. INTERPRETACION SIMBOLICA DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES.

OBSERVACIONES: Cantidad de posiciones = cantidad de cuadros. Cantidad de conexiones = cantidad de líneas de conexión. (en las conexiones solo cuentan las

principales, no cuentan las conexiones de mando). Símbolos con líneas adicionales = válvula de cambios continuos.

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CONDUCTOS DE RETORNO: En válvulas neumáticas debe diferenciarse entre escape conectados a un conducto (con rosca de

conexión) y escapes liberados a la atmósfera (sin rosca de conexión). En válvulas hidráulicas se diferencia entre tubería a tanque y tubería de descarga.

POSICIONES DE REPOSO: Posición normal: es la posición definida que toma la válvula si no existe ninguna fuerza de influencia

externa (válvulas de retorno por resorte). Posición inicial: es la posición a la cual la válvula esta dibujada sobre el plano, o sea, la posición que

toma la válvula luego de haber sido conectado el circuito a la red y estando el circuito en posición de reposo (válvulas sin retorno por resorte).

Posición intermedia: es la posición que toman las válvulas con tres posiciones.

2.4.DESCRIPCION DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES.

Símbolo. Estado de reposo. Ejemplo práctico de construcción.

Estado de activo. Ejemplo práctico de construcción.

Especificaciones sobre válvulas direccionales: Cantidad de conexiones. Cantidad de posiciones. Tipo de la posición normal, inicial o intermedia. Tipo de accionamiento. Tamaño. Versión.

Descripción: Válvula 3/2. Normal cerrada. Accionamiento manual. Retorno por resorte.

ACCIONAMIENTO:Para llevar la válvula de una posición a otra es necesario contar con un accionamiento.

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Manuales. Mecánicos. Por presión. Eléctricos.

2.5.ACCIONAMIENTOS DE VALVULAS DIRECCIONALES. Manuales. Mecánicos.

Neumáticos. Eléctricos.

2.6.FUNCION DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES.

Ejemplo:Mando de un cilindro de doble efecto.La fuerza de empuje en ambos sentidos, debe ser realizada por el medio de presión. La válvula de mando debe posibilitar entonces el cambio de la entrada de energía de un lado o del otro. Adicionalmente debe posibilitarse una descarga al lado contrario.De estas especificaciones se desprende que la válvula debe ser de: 4 Conexiones A, B, P, R. 2 Posiciones.

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Denominación:

Válvula 4/2.Posición de retroceso. Posición de avance.

Reconocimiento:

Para comandar un cilindro de doble efecto se necesita una válvula 4/2.Debido a los principios constructivos se usan también en la practica válvulas 5/2.Diferencia entre una válvula 4/2 y 5/2: Válvula 4/2: un conducto de retorno para ambas conexiones del cilindro. Válvula 5/2: cada lado del cilindro tiene su retorno.

Válvula 5/2.

Construcción.

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2.7.TIPOS Y SIMBOLOS DE VALVULAS DIRECCIONALES.

De la inmensa gama de válvulas direccionales que existen hay alguna de uso muy frecuente en la industria, como por ejemplo:

Simbología según DIN ISO 1219.

2.8.TIPOS DE VALVULAS DIRECCIONALES NEUMATICAS.

Las características de las válvulas neumáticas dependen del tipo y de sus características constructivas.Son diferencias significativas: Tipo de construcción: asiento – corredera. Tipo de mando: accionamiento directo pilotado. Intersección: con o sin.

Tipos de construcción: Accionamiento: fuerza, camino, tipo. Tipo de sello. Sensibilidad.

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Operable sin lubricación.

a) Válvulas de asiento: b) Válvulas de corredera:

Válvulas de asiento son aquellas que evitan por completo las fugas, pero necesitan de esfuerzos de accionamiento importantes, conmutan rápidamente en caminos cortos, insensibles a la suciedad y operan libres de lubricación.

Las válvulas de corredera (de pistón) son construcción sencilla, tienen un volumen constructivo pequeño y esfuerzos de accionamiento bajos, no obstante precisan de recorridos de conmutación mayores, son de estanqueidad limitada y mas susceptibles a la suciedad que las de asiento, pero tienen la ventaja de que el accionamiento a ambos lados de ellas puede realizarse con mucha facilidad.

2.9.PILOTAJE DE VALULAS DIRECCIONALES NEUMATICAS.

En las válvulas pilotadas el accionamiento no actúa directamente sobre la válvula principal, lo hace sobre válvula piloto auxiliar. La válvula principal es actuada por la presión del medio que controla.Los pilotajes se aplican en válvulas de asiento con esfuerzos de accionamientos grandes y en electroválvulas, para poder usar sistemas electromagnéticos pequeños. Propiedades de las válvulas pilotadas: Esfuerzos de accionamientos pequeños, aun para grandes tamaños. Tiempos de accionamientos mayores que los de las válvulas de accionamiento directo. Precisan de una presión mínima.

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Representación y denominación. Válvula 3/2, Normal cerrada, Accionamiento manual – retorno por resorte.

Representación detallada.

Ejecución practica.

Representación simplificada.

2.10. PRINCIPIOS CONSTRUCTIVOS DE VALVULAS DIRECCIONALES.

Ejemplo: válvula 5/2.

Ejemplo: válvula 3/2.

Intersección / sobreposición.El término intersección describe el comportamiento de la válvula en la fase de conmutación. Válvula principal: con intersección, mientras ocurre la fase de conmutación A, P y R están

comunicados entre si. Válvula piloto: sin intersección, luego de cerrado R se comunica P con A.

Retorno neumático.El retorno de una válvula a su posición de reposo puede realizarse por un resorte mecánico o bien por medio de presión de aire.Cuando el retorno esta integrado y ocurre constantemente por presión se dice que hay resorte neumático.

Luis Campos G. 23

Accionamiento manual auxiliar.Las válvulas de accionamiento neumático o eléctricose incorpora generalmente un accionamiento manual auxiliar para simplificar el manejo local de la válvula. De esta forma también es posible operar la válvula sin tener energía de pilotaje.

Válvulas con actuador émbolo diferencial.En válvulas neumáticas de accionamiento por ambos lados puede realizarse el pilotaje por pilotos de émbolos de igual área o bien por pilotos con émbolos de áreas diferentes.

Símbolo.

2.11. DISEÑO PRACTICO DE VALVULAS DIRECCIONALES NEUMATICAS.

Luis Campos G. 24

2.12. VALVULAS ELECTROMAGNETICAS.

Las válvulas electromagnéticas convierten a la energía eléctrica (tensión, corriente).

Luis Campos G. 25

Características neumáticas.Como todas las válvulas neumáticas, las características mas importantes son: Función. Tipo de construcción. Tipo de pilotaje. Intersección. Tamaño.

Características eléctricas. Tiempo de conmutación para energizar y desenergizar. Tipo de corriente, corriente continua, corriente alterna. Potencia absorbida: potencia de retención, potencia de excitación. Tipo de protección: de los contactos, impurezas, al agua, a explosiones, a la presión. Tipo de servicio (%).

3. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO:

3.1.VALVULAS DE CAUDAL.

Estas válvulas sirven para reducir la sección de paso con el objetivo de modificar el caudal de aire comprimido y, por consecuencia, la velocidad de los actuadores.Fundamentalmente se diferencian en dos tipos:

Estranguladores: fijos o regulables.Características: sección (diámetro).

El flujo depende de la diferencia de presión. El flujo depende de la viscosidad.

Símbolo según DIN ISO 1219.

Válvula de bloqueo.

Símbolo según DIN ISO 1219.

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Válvula de bloqueo pilotada.

Diafragmas: fijos o regulables.Características: estrechamiento corto con relación a la sección (diámetro).

El flujo depende de la diferencia de presión. El flujo no depende de la viscosidad. Flujo turbulento.

3.2.VALVULA ESTRANGULADORA DE CAUDAL:

La válvula estranguladora de caudal unidireccional es una combinación entre una estranguladora (generalmente regulable) y una válvula antirretorno. Se utiliza allí donde debe influenciarse sobre el caudal en un solo sentido.Son características de estas válvulas: Precisión de regulación, sensibilidad. Caudal de flujo libre en sentido de regulación con regulación totalmente abierta. Caudal de flujo libre sobre la antirretorno.Según el tipo de estrangulador que se use serán mas o menos precisas la linealidad y la regulación.

Campo de aplicación.

Reducción de velocidad en sistemas neumáticos. (cilindros y motores). Regulación de temporizadores. Influencia sobre el caudal desplazado.

Simbología según DIN ISO 1219.

Válvula estranguladora de caudal unidireccional.

Tipos de estrangulación.

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Ejemplos de aplicación.

3.3.EJERCICIOS PRACTICOS.Válvulas de flujo.

La velocidad de avance y retroceso de un cilindro de doble efecto debe regularse por una estrangulación en la alimentación. El sistema arranca con el pulsador T1, retrocede por el pulsador T2 y el control de ambas cámaras de los cilindros es por manómetros.Compare las propiedades de una estrangulación con una en el escape.

Estrangulación en la alimentación:

Presión de alimentación y escape a nivel bajo, por ello gran dependencia de la variación de esfuerzos.

Posible salto de arranque.

No apropiada en esfuerzos negativos.

Estrangulación en el escape.

Presión de alimentación y escape en nivelalto, por ello el embolo está solicitado y la dependencia de los esfuerzos externos es baja, permitiendo uniformidad en el movimiento.

Comportamiento de arranque aceptable.

Luis Campos G. 28

Retención a las cargas negativas.

4. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO.

4.1.VALVULAS DE PRESION.

Las válvulas de presión ejercen influencia sobre la presión del aire comprimido o bien reaccionan frente a valores de presión determinados.Las principales válvulas de presión son:

1. Válvula reguladora de presión (reductora de presión).2. Válvula de secuencia (control de presión).3. Válvula de sobrepresión (de seguridad).

4.1.1. VALVULA REGULADORA DE PRESION:

Una válvula reguladora de presión tiene por misión mantener en línea y sistema un valor de presión constante aun si la red de alimentación tiene presiones de valor oscilante y consumos variables. Son valores nominales para un regulador de presión:

Caída de presión respecto al caudal. Sensibilidad de respuesta. Rango de presión para trabajar sin perturbaciones (valores mínimo y máximo). Tiempo de respuesta (curva característica de regulación a presiones variables).

1. - resorte.2. - membrana.3. - asiento de la válvula para la regulación de flujo. 4. - entrada.5. - salida.6. - asiento de válvula para el escape.

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Símbolo según DIN ISO 1219.

Se diferencian entre:a) Regulador de presión con alivio.b) Regulador de presión sin alivio.

Campo de aplicación.

Alimentación centralizada de instalaciones de aire comprimido. Unidad de mantenimiento de un sistema. Regulación de fuerzas en cilindros. Regulación de los torques en motores de aire comprimido. En todos los lugares donde se requiera una presión constante para realizar un trabajo seguro y

confiable.Un regulador de presión funciona solamente en un sentido. Debe prestarse atención a una conexión correcta.Una mejora en el comportamiento de regulación a oscilaciones de presión fuertes se consigue mediante: Incorporación de un volumen auxiliar para amortiguar. Conexión en serie (conexión cascada) de varios reguladores de presión.

VÁLVULAS ACCIONADAS POR PRESIÓN.

Símbolo según DIN ISO 1219. Válvula de secuencia neumática ajustable.

Luis Campos G. 30

Símbolo según DIN ISO 1219. Válvula licitadora de presión.

4.1.2. VALVULA DE SECUENCIA.

una válvula de secuencia tiene por función, luego de alcanzar cierta presión entregar un señal de salida. Esta señal de salida puede estar dentro del campo de las presiones bajas o normales, y también puede ser eléctrica. La presión de respuesta de una válvula de secuencia, generalmente es regulable.

Valores nominales y criterios de selección.

Rango de presiones de respuesta (valores mínimos y máximos). Repetibilidad. Presión de regulación. Histéresis (diferencia entre presión de conexión y de corte). Caudal nominal. Comportamiento de la conexión de mando frente a distintos medios. Función de la válvula base.

Campos de aplicación.

Toma de presión en tuberías de cilindros para controlar el esfuerzo realizado. Control de presiones en distintos rangos y ejecución de procesos a partir de su señal. Señal sustituto para monitoreo del estado de cilindros a través de la presión de alimentación. Accionamiento de sistemas de seguridad al sobrepasarse un valor definido de presión.

4.1.3. VALVULA LIMITADORA DE PRESION.

Las válvulas de sobrecarga se usan en la neumática generalmente como válvulas de seguridad.Al sobrepasar una presión que se ha calibrado con un resorte se abre el flujo y el aire sale hacia la atmósfera.Frecuentemente estas válvulas de seguridad poseen además de la sobrecarga, una descompresión por accionamiento manual y están precintadas.

4.2.EJERCICIOS PRACTICOS.

Un cilindro de doble efecto debe avanzar con presión reducida luego de activar un pulsador T1. Al alcanzar su posición final se aplica la presión total a través de un pulsador T2 y luego de alcanzar dicha presión el cilindro retrocede. En la posición posterior se conmuta automáticamente de nuevo a la presión reducida mediante la válvula S1.

Luis Campos G. 31

5. ELEMTOS Y VALVULAS ESPECIALES PARA SISTEMAS NEUMATICOS.

5.1.TEMPORIZADORES NEUMATICOS.

Las temporizaciones neumáticas pueden realizarse al crear un retardo en el envío o en la interrupción de una señal de mando.Pueden ser realizadas de las siguientes formas: Retardo en la generación de presión de pilotaje por estrangulación y de un volumen adicional

(elemento RC). Descompresión por estrangulación. (sistema de diafragma). Elementos mecánicos con elementos de señal neumática.

Según el conexionado se diferencian en:

Luis Campos G. 32

a) De apertura retardada con señal de salida.positiva.

En este tipo de señal de salida A tiene el valor 0 mientras no existe la señal de control, y al establecerse la misma el valor 1 comienza el retardo.Luego de transcurrido el retardo la salida A toma el valor 1. Al caer la señal de mando, también cae la señal A =0.

b) De cierre retardado con señal de salida negativa.

En este tipo, en posición de reposo existe flujo constante. Luego de transcurrido el tiempo de retardo cae la señal de salida y al quitar la señal de mando, la señal de salida se restablece.

Ejemplos de versiones practicas. Símbolos, denominación, función.Válvula 3/2, normal cerrada (positiva),retardo por progresivo aumento de presión a través de estrangulación hacia un volumen.

Luis Campos G. 33

Válvula 3/2, normal abierta (negativa), retardo por Válvula 3/2, normal cerrada, retardo por aumento de presión, estrangulación hacia un deformación del fuelle de mando. volumen.

5.2.EJERCICIOS PRACTICOS CON TEMPORIZADORES.

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El émbolo de un cilindro de doble efecto debe avanzar luego de accionarse un pulsador, y luego de llegar al final de su carrera permanecer allí un tiempo regulable y finalmente retroceder por si solo.

5.3.EJEMPLOS DE CIRCUITOS NEUMATICOS BASICOS.

5.3.1. Sistema de alimentación para cintas transportadoras.

5.3.2. Sistema de llenado.

Luis Campos G. 35

Un cilindro de doble efecto se comando a Través de un pulsador. El avance debe ocurrirluego de accionar el pulsador, el retroceso luego de haber alcanzado su carrera final, por medio de un fin de carrera. El circuito debe realizarse de forma tal que por más que se mantenga actuado el pulsador, el cilindro vuelva a su posición inicial, y solo queda ejecutar un solo ciclo luego de soltar y volver a accionar el pulsador de marcha.

Se debe mover una cinta transportadora mediante un sistema de enganche y un cilindro de transporte.El proceso debe comenzar luego de conmutar un accionamiento giratorio con traba en forma continua. Luego de desconectar el accionamiento el cilindro de transporte debe volver a su posición inicial.

Se llenan una serie de recipientes por medio de un sistema basculante accionado por un cilindro de aire comprimido.El giro se produce por la acción de válvulas de mando correspondiente.

5.3.3. Prensa neumática.

5.3.4. Sistema de inmersión y lavado.

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Sobre una prensa neumática se clavan piezas. Luego de introducir las piezas en la matriz porta piezas y una vez que esta ha sido introducida en la maquina comienza automáticamente el proceso de prensado. Luego de alcanzar su posición final de trabajo, el cilindro retorna a su posición inicial. El retorno del cilindro sólo puede ocurrir cuando se haya alcanzado la máxima fuerza de trabajo, controlada por medio de la presión.

Por medio de un cilindro de doble efecto se introducen en un baño de inmersión una serie de piezas. Para realizar una limpieza completa, es necesario realizar la inmersión dos veces, y el tiempo de inmersión de las mismas debe ser aproximadamente de 2 seg. El arranque del proceso ocurre mediante un pulsador.

5.3.5. Sistema de dosificación.

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Un cilindro de aire comprimido regula la carga de recipientes. Los valores de carga son registrados por barreras neumáticas del tipo horquilla instalado sobre el nonio indicador de la balanza.Apenas se encuentre un recipiente vacío sobre la balanza y se accione un pulsador de arranque, comienza el proceso de llenado.Luego de terminar el proceso y antes de comenzar un nuevo ciclo debe retirarse el recipiente lleno y depositarse uno vacío.

6. APLICACIONES Y EJEMPLOS DE SISTEMAS NEUMATICOS INDUSTRIALES.

EJEMPLO N° 1.

OPERACIÓN MANUAL DE UNA VÁLVULA 3/2 CON RETORNO POR RESORTE PARA EL COMANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.

1. OBJETIVOS.

1.1 Pamiliarización con la válvula 3/2 operada a perilla con retorno a resorte.1.2 Familiarización con el cilindro de acción simple.1.3 Construcción de un circuito operativo básico para simular la operación de una prensa.

2. DISCUSION

La Figura 1.1 muestra una prensa operada por un cilindro de acción simple equipado con un resorte de retorno. El cilindro es operado por una válvula manual 3/2 con resorte de retorno. La Figura 1.2 muestra el diagrama del sistema.

Luis Campos G. 38

Figura 1.1: Principios de operación de una prensa simple.

Figura 1.2: Circuito de control

3. CUESTIONARIO.

3.1 ¿Cuál es la función del resorte en la válvula V1?.3.2 ¿Cuál es la función de la tercera lumbrera en la válvula Vi?.3.3 ¿Cómo es retornado el cilindro A?.3.4 ¿Qué función cumple el orificio en el extremo del cilindro?.3.5 ¿Cuáles son las desventajas del resorte en el cilindro?.3.6 ¿Cuáles son las ventajas del resorte en el cilindro?

EJEMPLO N° 2.

COMANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO CON DOS VÁLVULAS 3/2.

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprensión del método de la conexión en serie.1.2 Uso de dos válvulas conectadas en serie como dispositivo de seguridad.1.3 Construcción de un circuito usando la conexión en serie.

2. DISCUSION.

La Figura 2.1 muestra un circuito de control para una prensa, como se describe en la Figura 1.1 (Ejercicio 1). El circuito de control es operado por dos válvulas conectadas en serie, que conforman un dispositivo de seguridad para el manejo de una prensa con dos manos.

Nota: El dispositivo de seguridad acostumbrado requiere del uso de ambas manos, y opera según el principio de tiempos. Las perillas deben ser oprimidas durante períodos breves y a intervalos fijos. Más adelante se verá un ejercicio basado en este principio.

Para operar el cilindro (A), las válvulas (V1 y V6) deben ser oprimidas simultáneamente.

Luis Campos G. 39

Figura 2.1: Control en serie

3. CUESTIONARIO.

3.1 ¿Por qué las válvulas V1 y V6 requieren tres lumbreras en lugar de dos lumbreras?3.2 ¿Por qué la activación separada de una sola de las válvulas V1 o V6 no causa la activación del

cilindro A?

EJEMPLO N° 3.

OPERACIÓN DE UNA VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/3 COMANDO POR PALANCA, CENTRADA POR RESORTE.

1. OBJETIVOS.

1.1 Familiarización con la válvula de 5/3 vías a palanca de centro cerrado.1.2 Operación del cilindro con la válvula de 5/3 vías a palanca de centro cerrado.

2. DESCRIPCION.

Una aplicación interesante para esta válvula puede encontrarse en un circuito de control para abrir y cerrar puertas pesadas, cuando la puerta debe ser detenida en diferentes posiciones de abertura; por ejemplo, la puerta de un horno.

Figura 3.1: Puerta de un horno.

Luis Campos G. 40

Figura 3.2: Circuito de control de puerta de un horno

3. CUESTIONARIO.

3.1 Si el cilindro está trabado en una posición determinada en el medio de su carrera, ¿puede ser movido ejerciendo fuerza en el vástago del pistón?

3.2 En la válvula V7 se obtiene la posición trabada central cuando la palanca es liberada, por medio de dos resortes (Figura A1). Puede existir otro tipo de válvula 5/3, en la cual no haya resorte de retorno, y que la palanca, al ser liberada, deje a la válvula en su último estado de activación (Figura A2). ¿Cómo influencia este tipo de válvulas el movimiento del cilindro de doble acción?

Luis Campos G. 41

EJEMPLO N° 4.

OPERACIÓN DE UN CIRCUITO DE CONTROL DE TRES POSICICIONES.

1. OBJETIVOS.

1.1 Familiarización con el circuito de control de tres posiciones para operación de un cilindro1.2 Comprender y usar la tabla de verdad.

2. DESCRIPCION.

Una puerta corrediza es impulsada por un cilindro de doble acción.

Figura 4.1

Luis Campos G. 42

Figura 4.2: Circuito de control

3. CUESTIONARIO

3.1 ¿Cuántas posiciones pueden obtenerse mediante los dos botones pulsadores?3.2 Al oprimir uno o más botones, ¿cuál será la posición del cilindro?3.3 Al oprimir ambos botones simultáneamente, el cilindro B se desplaza. ¿Por qué?

EJEMPLO N° 5.

OPERACIÓN DE UNA VÁLVULA 5/2 COMANDO NEUMÁTICO.

1. OBJETIVOS

1.1 Explicar cómo puede mejorarse un sistema de operación directa que contiene un cilindro de acción doble, por la adición de un elemento de memoria.

1.2 Construir el sistema.

2. DESCRIPCION.

La configuración del control de la prensa de un cilindro fue modificada para mejorar su desempeño.A continuación se muestra la configuración de control.

Luis Campos G. 43

Figura 5.1

3. CUESTIONARIO.

3.1 ¿Es posible obtener una posición en la que el cilindro B pueda ser desplazado hacia adelante y hacia atrás, como en el ejercicio anterior? Explique.

3.2 En la Figura 5.1, la presión momentánea en uno de los dos botones pulsadores moverá al cilindro B hasta el final de su carrera, sin detenerse en el recorrido. ¿Por qué?

3.3 Al oprimir simultáneamente ambas válvulas de control V1 y V6, podemos obtener una posición en la que no haya movimiento. ¿Por qué?

EJEMPLO N° 6.

OPERACIÓN DE UN CONTROL NEUMÁTICO SEMIAUTOMÁTICO

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprender la operación de un circuito de control neumático semiautomático.1.2 Construcción de un circuito de control neumático semiautomático.

2. DESCRIPCION.

La siguiente figura describe un sistema de control para operación de un ciclo semiautomático.

Luis Campos G. 44

Figura 6.1

3. CUESTIONARIO

3.1 ¿Por qué B+ B- es ejecutado al oprimir momentáneamente el botón pulsador V1, y por qué el cilindro se detiene en la posición B + al oprimir continuadamente hasta liberar el botón pulsador? Explique.

3.2 Construya un circuito de control semiautomático B- B+. En este circuito, la opresión momentánea de V1 retornará al cilindro A y lo extenderá automáticamente, y la opresión continua dejará al cilindro en la posición "-'.

EJEMPLO N° 7.

USO DEL DEPOSITO PARA EL RETARDO DE TIEMPO. (Temporizador Neumático).

1. OBJETIVOS.

1.1 Explicar un circuito de control con retardo basado en el principio de acumulación de la presión.1.2 Cómo construir un circuito de control con retardo, independiente de válvulas limitadoras.

2. DESCRIPCION

La Figura 9.1 describe una disposición de control neumático.

Luis Campos G. 45

Figura 7.1

3. CUESTIONARIO

3.1 En su opinión, ¿cuáles son los parámetros que afectan el retardo de tiempo?3.2 ¿Cuál es la función de la válvula de retención?3.3 ¿Es posible omitir la válvula V4 y conectar el tanque directamente al control de B-?

EJEMPLO N° 8.

USO DE UN TEMPORIZADOR NEUMÁTICO EN UN CIRCUITO DE CONTROL.

1. OBJETIVOS.

1.1 Familiarización con un circuito de control que tiene retardo neumático en combinación con válvulas limitadoras.

1.2 Cómo construir un retardo neumático en combinación con válvulas limitadoras.

2. DESCRIPCION.

La Figura 8.1 muestra un circuito de control que usa un tanque de retardo con una válvula limitadora integrada. En este circuito de control el retardo está basado en el principio de incremento de presión en el tanque (depósito).

Luis Campos G. 46

Figura 8.1

3. CUESTIONARIO.

3.1 En su opinión, ¿hay una relación lineal entre la posición de la aguja y el retardo de tiempo?. 3.2 ¿Es posible obtener un retardo de 1 hora exacta?3.3 ¿Cuál es el retardo de tiempo razonable que puede obtenerse usando el circuito de la Figura

8.1?

EJEMPLO N° 9.

CIRCUITO DE CONROL CON RETARDO OPERANDO POR DESCARGA DE PRESIÓN.

1. OBJETIVOS.

1.1 Familiarización con el circuito de control neumático con retardo integrado, que opera bajo el principio de la descarga de presión.

1.2 Cómo construir un circuito de control neumático con retardo de descarga de la presión.

2. DESCRIPCION.

La Figura 9.1 muestra un circuito de control neumático, en el cual un cilindro doble acción opera automáticamente. El circuito de control incluye un retardo neumático, basado en el principio de la descarga de presión.

Luis Campos G. 47

Figura 9.1

3. CUESTIONARIO

3.1 Compare los retardos de tiempo con los de los ejercicios anteriores. Explique las diferencias.3.2 ¿Cuál es la función de la válvula de retención en F1?

EJEMPLO N° 10.

REGULACIÓN DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprender el método de regulación de la velocidad de un cilindro de doble acción.1.2 Explicar el uso de una válvula de aguja para la regulación.

2. DESCRIPCION.

En la Figura 10.1 se muestra el circuito de control de un cilindro de doble acción con dos reguladores de velocidad.

Luis Campos G. 48

Figura 10.1

3. CUESTIONARIO

3.1 ¿Qué tipo de regulación del caudal realiza F2: entrante o saliente?3.2 ¿Qué tipo de regulación del caudal realiza F1: entrante o saliente?

Luis Campos G. 49

EJEMPLO N° 11.

CIRCUITO DE CONTROL AUTOMÁTICO CON UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprensión y familiarización con un circuito de control con un cilindro de doble acción.1.2 Construcción de un circuito de control automático que opera con un cilindro de doble acción.

2. DESCRIPCION

Sistema para una máquina que entrega ítems consecutivamente.

Figura 11.1

El circuito de control es como sigue:

Figura 11.2

3. CUESTIONARIO

3.1 Si se intercambian las conexiones de salida de la válvula V2 y se intercambian las conexiones de control B+ B-, ¿cambiará la operación del circuito de control?

3.2 El botón pulsador V1 está conectado entre la válvula LV4 y el control B +. ¿Qué sucederá si se cambia la ubicación de la válvula V1, de modo que esté entre el sumiristro de aire y la entrada de presión de la válvula LV4?

Luis Campos G. 50

3.3 ¿Qué sucederá si se cambia la ubicación de la válvula Vi, de modo que esté entre la válvula LVS y el control B-?

Luis Campos G. 51

EJEMPLO N° 12.

CIRCUITO DE CONTROL PARA UNA MAQUINA AMOLADORA.

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprensión de la construcción y la operación del circuito de control neumático de una máquina amoladora.

1.2 Cómo construir el circuito de control necesario para la máquina amoladora.

2. DESCRIPCION.

En la Figura 12.1 se muestra el circuito de control para una máquina amoladora impulsado por un cilindro neumático.Nota: Con el objeto de regular exactamente la velocidad del cilindro C y con independencia de los cambios de fuerza, se incorpora una unidad de control de la velocidad denominada "Hydrocheck".

Figura 12.1

Luis Campos G. 52

Figura 12.2

3. CUESTIONARIO

5.1 En la Figura 12.2, la válvula V1 provee aire a las válvulas LV1 y LV2. ¿Qué sucederá al circuito de control si la válvula V1 también provee aire a la válvula V2?

Luis Campos G. 53

EJEMPLO N°13.

USO DE SENSORES EN CIRCUITOS DE CONTROL.

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprensión del uso de sensores en un circuito de control.1.2 Comprender la construcción de un circuito de control neumático con un cilindro de doble acción.1.3 Análisis de aplicaciones que requieran llevar a cabo ciertas condiciones simples.

2. DESCRIPCION

La Figura 13.1 muestra un circuito de control, para una máquina que reparte Items consecutivamente. Este circuito de control es similar al descripto en el Experimento 12, con la adición de dos sensores (V3 y V6). La función del sensor V3 consiste en asegurar que haya ítems en el cargador M. La función del sensor V6 consiste en asegurar que aún no se hayan repartido ítems.

Cuando el sensor V3 detecta un ítem en el cargador M, y el sensor V6 detecta que aún no se ha repartido un ítem, un nuevo ítem es repartido.Para concluir, las condiciones requeridas para el ciclo operativo correcto son:(1) El sensor V3 está activado.(2) El sensor V6 está desactivado.(3) La válvula V1 está activada.

El circuito de control es como sigue:

Figura 13.1

3. CUESTIONARIO

3.1 ¿Por qué conectamos las válvulas V1 y V3 en serie?3.2 ¿Por qué la válvula V6 fue conectada invertida y en serie a las válvulas V1 y V3?3.3 Estudie el circuito de la Figura 13.1, y explique su operación.

Luis Campos G. 54

EJEMPLO N° 14.

CIRCUITO AUTOMATICO CON UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO Y DOS VÁLVULAS DE CONTROL.

1. OBJETIVOS.

1.1 Comprender y explicar la función de un circuito automático con un cilindro de doble acción.1.2 Comprender la conexión de dos pulsadores en una disposición especial.

2. DESCRIPCION.

En la Figura 14.1 se muestra el circuito de control neumático.

Figura 14.1

Las válvulas V3 y V6 en este circuito de control neumático proveen al operador con dos modos de operación del circuito:

(1) Ciclo único(2) Operación automática

3. CUESTIONARIO

3.1 ¿Por qué se requieren dos posiciones, de ciclo único o automático?.3.2 ¿Es posible el control doble en este circuito? Explicar. 3.3 ¿Cómo puede obtenerse un solo ciclo único? Explicar.

Luis Campos G. 55

EJEMPLO N° 15.

CIRCUITO CON CILINDROS DE DOBLE EFECTO

1. OBJETIVOS.

1.1 Interpretar la operación de un circuito de control neumático con dos cilindros de doble acción.1.2 Saber cómo construir un circuito de control neumático con dos cilindros.1.3 Localizar fallas en circuitos neumáticos de control con dos cilindros.

2. DESCRIPCION.

El sistema está compuesto por dos cintas transportadoras y un elevador neumático automático. El elevador neumático automático eleva paquetes desde la cinta transportadora N0 1 hasta la cinta transportadora N0 2.

La siguiente es la disposición de un circuito neumático para operación de un elevador neumático. Cuando un paquete llega a la superficie superior del cilindro C activa al sensor V6 al sensor V6, el que opera el cilindro C, el cual levanta el paquete. El cilindro B entonces reacciona, empujando el paquete a la cinta transportadora N0 2.

Figura 15.1

Luis Campos G. 56

Figura 15.2

3. CUESTIONARIO

3.1 ¿Cuál es la función del sensor V6?3.2 ¿Cuál es la función del sensor V3?3.3 ¿Por qué las válvulas V3 y V6 están conectadas en serie?3.4 ¿Cuál es la secuencia de operaciones del sistema?3.4 ¿Hay control doble en este ciclo? Explicar.

Luis Campos G. 57

EJEMPLO N° 16.

OPERACIÓN DE DOS CILINDROS EN PARALELO.

1. OBJETIVOS

1.1 Construir un circuito de control neumático con dos cilindros operando en paralelo.1.2 Construir un circuito neumático de control en el cual los dos pistones ejecutan simultáneamente

el movimiento de retroceso.1.3 Detectar fallas en circuitos neumáticos similares de control.

2. DESCRIPCION.

En la Figura 16.1 se muestra un sistema compuesto por dos cintas transportadoras y un elevador neumático automático.

Figura 16.1

5. CUESTIONARIO

5.1 En su opinión, ¿por qué las válvulas LV1 y LV4 están conectadas en serie?5.2 ¿Por qué la válvula LVS se divide y opera los dos controles A- y B-?5.3 Trate de establecer la secuencia de operaciones en este circuito.5.4 ¿Hay un control doble? ¿Dónde?5.5 Teóricamente, este circuito ¿funcionará?

Luis Campos G. 58

7. APLICACIONES MONTAJE DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS CON COMANDO ELÉCTRICO, SEGÚN SECUENCIA.

Para cada uno de los ejemplos que se describen a continuación se pide:Interpretar el circuito neumático y eléctrico del sistema.

A. Ejercicio N° 1.Descripción del problema.Un cilindro de simple efecto debe impulsar objetos defectuosos de una cinta transportadora. Al accionar el pulsador S1, el cilindro debe salir. Al soltar el pulsador S1, vuelve a su posición original.

B. Ejercicio N° 2.Descripción del problema.Luego de pulsar S1 un cilindro de doble efecto debe abrir una compuerta de llenado. Después de soltar el pulsador, el cilindro cierra la compuerta nuevamente.

Luis Campos G. 59

C. Ejercicio N° 3.Descripción del problema.Un cilindro de simple efecto debe abrir y cerrar un portón. De un lado el porton se abre por intermedio del pulsador S1, del otro lado se cierra con S2.S1: salida del cilindro.S2: entra el cilindro.

D. Ejercicio N° 4.Descripción del problema.Hay que cerrar cajas grandes con una cinta adhesiva. Un patín que se desliza movido por un cilindro de doble efecto presiona la cinta sobre el cartón. Requisitos: S1; comienzo del proceso de pegado.S2; cinta adhesiva en el portacintas.S3; el cartón está listo.

Luis Campos G. 60

E. Ejercicio N° 5.Descripción del problema.Debe realizarse una etapa de prensado a través de un cilindro de doble efecto. El proceso de prensado se inicia con S1. El retorno del cilindro puede realizarse en forma indistinta desde dos terminales diferentes, S2 ó S3.

F. Ejercicio N° 6.Descripción del problema.Un cilindro de doble efecto debe permitir una etapa de prensado. Accionando brevemente S1 el cilindro sale y permanece en esa posición hasta que se pulse S2.

Luis Campos G. 61

G. Ejercicio N° 7.Descripción del problema.Un cilindro de doble efecto conduce una cierra de madera. Con el cilindro A se sujeta la madera y con el cilindro B se corta. En su posición final el cilindro A activa una señal a través de un fin de carrera.Nota: para realizar el proceso de corte el cilindro B debe salir en forma lenta.

Luis Campos G. 62

H. Ejercicio N° 8.Descripción del problema.Un cilindro de doble efecto sale cuando se acciona S1, S2 ó S3. Su posición final se indica con el fin de carrera S4. El cilindro debe permanecer 15 segundos en su posición final con ayuda de un temporizador y luego retornar automáticamente.

I. Ejercicio N° 9. Descripción del problema.Tres cilindros (A, B y C) de doble efecto deben salir en forma consecutiva cuando el anterior haya alcanzado su posición final. Una lámpara testigo indica la posición final de los tres cilindros. Luego de 20 segundos todos los cilindros vuelven simultáneamente a su posición inicial.

Luis Campos G. 63

J. Ejercicio N° 10.Descripción del problema.Dos cilindros (A y B) de doble afecto se hacen salir simultáneamente pulsando S1. Cuando el fin de carrera S3 indica la posición final el cilindro A debe volver inmediatamente y el cilindro B al cabo de 30 segundos (el fin de carrera S3 se encuentra en el cilindro B).

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K. Ejercicio N° 11. Descripción del problema.Tres cilindros de doble efecto (A, B y C): cuando el cilindro A haya alcanzado su posición final (accionado por el pulsador S1) sale el cilindro B. Una vez alcanzada la posición final deben transcurrir 20 segundos hasta que salga el cilindro C. cuando el cilindro C también haya alcanzado su posición final todos los cilindros regresaran simultáneamente a su posición inicial.

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L. Ejercicio N° 12.Descripción del problema.Un portón de garaje se mueve con un cilindro neumático de doble efecto. Si se acciona el pulsador S1se enciende una señal luminosa. 30segundos después de accionado el cilindro (portón) sale (contra tope fijo). Con el pulsador S2 el portón se cierra nuevamente.

Luis Campos G. 66

M. Ejercicio N° 13.Descripción del problema.Mediante el pulsador S1 ó S2 se abre un portón con ayuda de un cilindro de doble efecto. Si se deja de pulsar S1 ó S2 el portón debe permanecer abierto 30segundos por razones de seguridad y luego cerrar automáticamente. El portón debe abrir y cerrar en forma amortiguada.

N. Ejercicio N° 14.

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Descripción del problema.Dos cilindros de doble efecto (A y B) salen después de accionar el pulsador S1. Una vez alcanzada la posición extrema el cilindro A retorna inmediatamente mientras que el B recién lo hace después de 15 segundos. El fin de carrera S2 se encuentra en la posición final del cilindro A.

O. Ejercicio N° 15.

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Descripción del problema.Un cilindro de doble efecto se lleva a su posición extrema por medio de un pulsador S1. Al llegar a su posición final el cilindro actúa sobre un fin de carrera S2.Para permitir un proceso de prensado el cilindro debe volver recién cuando la presión del lado del émbolo haya alcanzado un valor determinado.

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P. Ejercicio N° 16.Descripción del problema.Dos cilindros ( A y B) en un proceso de trabajo:Se dispone del diagrama de estado/fase y el plano neumático.Dibuje el plano eléctrico.Construya el sistema listo para operar.

Q. Ejercicio N° 17.Descripción del problema.Dibuje el plano eléctrico para el circuito del ejercicio 16. Observe que solo dispone de electroválvulas 5/2 con retorno por resorte. (Piense en la realimentación con relé).

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R. Ejercicio N° 18.Descripción del problema.Una estampadora se monta de la siguiente forma:El cilindro A sujeta la pieza a maquinar, el cilindro B la estampa y, a continuación, el cilindro C expulsa la pieza terminada.Construya el circuito con electro válvulas de retorno por resorte.Dibuje el plano neumático y el plano eléctrico.Complete el diagrama de estado/fase con las señales de los fines de carrera necesarios.

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Ejercicio °N 19.

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