TECNOLOGIA Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN DE NEUMATICA HIDRAULICA Y ELECTRICIDAD ROLDAN VILORIA

RoldBn Viloria, Jo1Ú T.e,nolngYa y circuitos de aplimiV,n de 130 26-Jun·201J 7l6n ·

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TECNQLOGÍA Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN DE

NEÚ&\ÁTICA, HIDRÁULICA Y ELE~tRICIDAD

Paraninfo

TECNOLOGÍA Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN DE

NEUMÁTICA, HIDRÁULICA Y ELECTRICIDAD

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Paraninfo Tecnología y circuitos de aplicación de _neumática, hidráulica y electricidad

© José Roldan V1lona

Gerente Editorial: María José López Raso

Equipo Técnico Editorial: Alicia Cerviño González Nuria Duarte González

Editora de Adquisiciones: Carmen Lara Carmona

Producción: Nacho Cabal

COPYRIGHT © 2012 Ediciones Paraninfo, S.A. _ -Av. Filipinas, 50 Bajo A/ 28003 Madnd, ES PANA Teléfono 902 995 240 I Fax: 914 456 ~18 [email protected]

Diseño de cubierta: Ediciones Nobel

Preimpresión: Ediciones Nobel

Impresión: Impulso

ISBN: 978-84-283-3370·2 Depósito legal: M-34463-2012

(10603)

Impreso en España ¡ Printed in Spain

es añola De conformidad con lo dispuesto en el artículo 270 Reservados los derechos para todos los palses de 1ei1gua : mult~ Y privación de libertad quienes reprodu¡eren o pladel Código Penal vigente, podrán ser castigado~ con penastíftca fijada en cualquier tipo de soporte sin la preceptiva au-

iaren en todo o en parte, una obra titeraria, art!st1c~ o cien. no de la cub'terta puede ser reproducida, a!macena~a o fortza~ión. Ninguna parte de esta publicag~ó~~~~ui;ae~~::1ectrónico, quími~_o, mecánico, electro-óptico, grabación, transmitida de ninguna terma, m por rnng 1 . ació~ escrita por parle de la Editorial. fotocopia o cualquíer otro, sin la previa au onz

Prefacio ........... .. .............. VII

1. Neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1. Física aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.1. Fuerza (F) ............ .... 3 1.1.2. Presión (p) ............ . . . . 3 1.1.3. Peso . ....... ... ..... .... . 3 1.1.4. Masa (m) ... ... ....... . ... 4 1.1.5. Potencia (P) .. . . ...... .... . 4 1.1.6. Fuerza de tracción (F1) •• ••• • 4 1.1.7. Fuerza de empuje (F,) .... . . 4 1.1.8. Movimiento rectilíneo .... . 4 1.1.9. Escalas de temperatura ... . . 5

1.2. Aire neumático ... . . . , .... ..... 5 1.2.1. El aire ..... . .. . .... .. .... 5 1.2.2. Aire neumático ...... . .. . . 6 1.2.3. Ventajas e inconvenientes que

supone el aire neumático .. , 7 1.2.4. Leyes físicas aplicadas a la

neumática .. ...... . . . .. . . 8 1.2.5. Humedad .. . ........ . . . . 11 1.2.6. Equivalencia entre

unidades de presión . . . . . . 12 1.3. Compresores de aire . .. ........ 12

1.3.1. Equipo compresor . . . .. .. 13 1.3.2. Producción de aire

comprimido con depósito de acumulación .... ... . . . 14

1.3.3. Instalación de aire neumático (comprinúdo) . . 16

1.3.4. Purga y vaciado de circuitos neumáticos . .. . . . 16

1.3.5. Problemas de aplicación. . . 18 1.4. Símbolos y normativa . .. . .. . ... 22

1.4.1. Símbolos neumáticos .. . . . 22 1.4.2. Directivas europeas y

marcado CE . ..... . .. . ... 26

CONTENIDO

1.4.3. Normas para el diseño y construcción de materiales neumáticos. . . . . . . . . . . . . . 28

1.4.4. Identificación del fluido que transportan las tuberías .. . 28

1.5. Componentes neumáticos . . . . . . 29 1.5.1. Cilindros neumáticos . . ... 29 1.5.2. Distribuidores .... ... . .. . 38 1.5.3. Válvulas .......... .. . .. . 45 1.5.4. Análisis de los principales

aparatos neumáticos . . . .. . 48 1.6. Inicio de una instalación

neumática . ... , . .. ...... .. .. . . 54 1.7. Esquemas neumáticos .. ...... . 60

1.7.1. Estudio de un circuito básico . ... . ......... . .. . . 60

1.7.2. Principales elementos que encontramos en los circuitos neumáticos. . . . . . . . . . . . . . 61

1.7.3. Diversas formas de mando de un cilindro de simple efecto .. .. .. . ... 63

1.7.4. Representación gráfica de las maniobras de un cilindro de doble efecto . .. ... ..... 73

1.7.5. Diversas formas de mando de un cilindro de doble efecto ................... 75

1.7.6. Diferencias de mando entre un cilindro de simple efecto y otro de doble efecto . . . . . 79

1.8. Otras formas de mando de cilindros neumáticos . ... ...... 80

1.9. Motores neumáticos ..... ...... 93 1.10. Aplicaciones neumáticas . ..... 95

1.10.1. Circuitos con maniobra neumática .. .. , .. . . ..... 95

© Ediciones Paraninfo • V

Tecnología Y círcuitos de oplicoción de neumática, hidráulica Y electricidad

1.10.2. Esquemas varios (especiales) ... .. · · · · · · 103

1.10.3. Esquemas mixtos (electro-neumáticos) .. · 108

1.11. Tuberías newnáticas · · · · · · · · 129 l.ll.1. Tuberías para instalaciones

neumáticas ... . · · · · · · · 129 l.11.2. Velocidad del aire en

· tuberías neumáticas . . . 130 1.12. Algunos ejemplos de materiales

y aplicaciones neumáticas . · · · 137

2. Hidráulica . .... · · · · · · · · · · · · · · · · · 139

2.1. Física aplicada .. · · · · · · · · · · · · · 140 2.1.1. Conceptos generales .... · 140 2.1.2. Propiedades de los fluidos 143 2.1.3. Ley de Poiseuille .. . · · · · · 145 2.1.4. Teorema de Torricelli . · . · 146 2.1.5. Flujos hidráulicos .. · · · · · 146 2.1.6. Presión hidrostática . . · · · 147 2.1.7. Viscosidad . . . . , · · · · · · · · · 149

2.2. Fluidos hidráulicos. · · · · · · · · · · 150 2.2.1. Cualidades principales de

los líquidos hidráulicos . · 150 2.2.2. Tipos de líquidos

hidráulicos .... · · · · · · · · l5l 2.2.3. Aditivos que se añaden a

los líquidos hidráulicos. · 154 2.2.4. Líquidos hidráulicos

resistentes al fuego · · · · · · 154 2.2.5. Duración de los líquidos

hidráulicos ..... · · · · · · · · 155 2.2.6. Conservación de los

líquidos hidráulicos · . · · · 155 2.3. Símbolos hidráulicos . · · · · · · · · l55 2.4. Grupos hidráulicos ... · · · · · · · · 159 · 2.5. Bombas hidráulicas .. · · · · · · · · 164

2.5.1. Tipos de bombas . · · · · · · · 164 2.5.2. Fórmulas de cálculo

para bombas en general. . 166 2.5.3. Principales características

de las bombas hidráulicas . . 168 2.5.4. Bomba de engranajes . ··· 169 2.5.5. Bomba de paletas . . · · · · 170

VI •©Ediciones Paraninfo

2.5.6. Bomba de pistones axiales . 171 2.6. Motores hidráulicos .. · · · · · · · · 172 2.7. Motor oscilante

(actuador hidráulico) · · · · · · · · · · 174 2.8. Distribuidores hidráulicos . . · · 176 2.9. Cilindros hidráulicos . . · · · · · · · 180

2.9.1. Fónnulas de cálculo aplicadas a cilindros

hidráulicos ... . · · · · · · · · · l 8l 2.9.2. Presentación comercial

de cilindros . ... · · · · · · · · 183 2.9.3. Representación simbolizada

de cilindros hidráulicos · · 184 2.9.4. Representación de un

cilindro hidráulico de doble efecto con sistema de amortiguación a los

extremos ...... · · · · · · · · · 184 2.lO. Componentes hidráulicos . · · · 185 2.11. Esquemas hidráulicos

básicos . . ... · · · · · · · · · · · · · · · 196

2.12. Motores hidráulicos .. . · · · · · · 214 2.13. Aplicaciones hidráulicas . · · · · 218 2.14. Tuberías hidráulicas ... · · · · · · 223 2.15. Algunos ejemplos de materiales

y aplicaciones hidráulicas · · · · 229

. 'd d 1· da 231 3. Electnc1 a ap 1ca . · · · · · · · · · · · 3.1. Física eléctrica aplicada . . · · · · · 232

3.1.1. Clases de electricidad. · · · 233 3.1.2. Ley de Ohm · . · · · · · · · · · · 233 3.1.3. Potencia eléctrica .. · · · · · · 233 3.1.4. Energía eléctrica . · · · · · · · 234

3.2. Tensiones eléctricas ... · · · · · · · 235 3.2.1. Tensiones eléctricas

normalizadas . ... · · · · · · · 235 3.2.2. Clasificación de las

tensiones . . . . . .. · · · · · · · · 236 3.2.3. Tensiones nominales

usualmente utilizadas . . · 236 3.2.4. Frecuencia de las redes · · 236 3.2.5. Tensiones especiales. , · · · 236 3.2.6. Instalaciones a muy baja

tensión .... · · · · · · · · · · · · 236

3.3. Medición de magnitudes eléctricas . ... . . . . .. . . . . . ... .. 237 3.3.1. Amperímetros . . . . ..... 237 3.3.2. Voltúnetros .. . ... . .. . .. 237 3.3.3. Frecuencímetros ..... . . 238 3.3.4. Vatímetros .... . . ..... . 238 3.3.5. Contadores de energía .. 239 3.3.6. Electropinza ... . .. .... . 239 3.3.7. Polímetro ......... . .. . . 239

3.4. Transformadores y rectificadores de corriente eléctrica . . . . . . . . . 240 3.4.1. Transformadores

de tensión. . . . . . . . . . . . . 241 3.4.2. Rectificadores de

corriente . . . . . . . . . . . . . . 241 3.4.3. Esquemas de maniobra

para relés y contactores . 242 3.5. La electricidad en instalaciones

neumáticas e hidráulicas ... .. 243 3.5.1. Contactores . . ... . ... . ... 243 3.5.2. Relés . .. . .. . . .. . .... . . . 244 3.5.3. Temporizadores ......... 244 3.5.4. Otros elemen tos utilizados

en las instalaciones . . . ... 245 3.6. Motores trifásicos . . . . . . . . . . . . 246

3.6.1. Placa de características

Contenido

3.7.3. Motor universal. . . . .. . .. 254 3.8. Conexión de la caja de bornes

de motores trifásicos . . . . . . . . . 255 3.9. Inversión de giro de un

motor trifásico . . .. ... . . . . . .. . 257 3.10. Esquemas de arranque

de motores . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 3.10.1. Características del arranque

de mqtores trifásicos . . . 259 3.10.2. Arranque directo . . ..... 259 3.10.3. Arranque en conexión

estrella-triángulo . . . . . . 262 3.11. Protecciones eléctricas . ...... 263

3.11.1. Protección de circuitos y recep tores . . .. . . . . . .. . . 264

3.11.2. Características de los dispositivos de

protección ......... . .. . 264 3.12. Puesta a tierra de masas

metálicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 3.13. Esquemas de aplicación .. .. .. 267 3.14. Electroimanes y

electroválvulas . . . . . . . . . . . . . 276 3.14.1. Electroimanes .. .. . . . ... 277 3.14.2. Electroválvulas . .. . .. . . 278

de un motor trifásico . . . . 246 3.6.2. Fórmulas aplicadas a 4. Complementos . . . . . ... . .. . . ..... 281

4.1. Esfuerzo dinámico desarrollado por el cilindro . . . . . . . . . . . . . . . 282

motores trifásicos . . . . . . . 247 3.6.3. Características de

motores trifásicos de jaula de ardilla . . . . . . . . . . . . . . 249

3.6.4. Normas sobre motores .. 250 3.7.5. Ejemplo de cálculo sobre ·

un motor trifásico . . . . . . . 251 3.7. Motores monofásicos . ... . .... 252

3.7.1. Esquema para el arranque de un motor monofásico con o sin condensador. . . . 252

3.7.2. Formas características de motores monofásicos con bobinado auxiliar de arranque. . . . . . . . . . . . . . . 253

4.2. Aplicaciones de cilindros . . .. . . 285 4.3. Símbolos empleados en

tuberías .. .. ... . ... . .. . . . . . .. 290 4.4. Marcado de tuberías .... .... .. 291 4.5. Marcado de los conductores

eléctricos . ..... . ... . ... ... .. . 294 4.6. Estanqueidad de los aparatos

hidráulicos ... .. . . ....... . .. . 295 4.7. Conductores eléctricos .. ...... 297 4.8. Armarios neumáticos,

hidráulicos y eléctricos . . .. . .. 298 4.9. Figuras geométricas ... . ..... . 300

© Ediciones Paraninfo • VII

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PREFACIO

La obra que está estudiando, consultando, o simplemente hojeando, es fruto de una experiencia profesional en este campo de los automatismos neumáticos, hidráulicos, para los que la electricidad es fundamental en sus muchas y variadas aplicaciones. El libro recoge tanto el lado teórico de estas tecnologías, como el práctico.

Para conocer una determinada tecnología, debemos conocer los principios en los que se basa (física aplicada), así como los componentes mediante los cuales se realizan sus instalaciones. Sin conocer los materiales, nos va a resultar muy difícil interpretar esquemas, materializar instalaciones, mantenerlas y modificarlas, así corno diseñar esquemas de aplicación, etc.

El desarrollo de la materia se hace paso a paso, de una manera que resulte fácil de comprender el comportamiento de los aparatos y su función en los circuitos. Se presentan muchos ejercicios de aplicación, con desarrollos prácticos, sin llegar a complicar su funcionamiento para que el estudioso de esta materia pueda seguirlos con relativa facilidad.

La electricidad es fundamental en muchas instalaciones neumáticas e hidráulicas, ya que su aplícación facilita realizar múltiples maniobras a la vez que integrarlas en procesos automáticos en los que los autómatas programables son el elemento principal.

La neumática e hidráulica en las maquinas es fundamental en muchos de sus movimientos, desplazamientos lineales, abertura y cierre de tolvas, tapas, compuertas, elevadores, prensas, extractores, mecanismos, etc. También en su función de motor, para obtener movimientos de rotación.

En este libro, además de tener una herramienta de estudio, también tendrá un medio técnico de consulta de estas materias, que le ayudará a resolver cuestiones que se le puedan presentar en el desarrollo de su tarea como montador, mantenedor de instalaciones y proyectista de este tipo de esquemas.

Si le ayudo a conseguir alguno de estos objetivos, me sentiré muy satisfecho.

José Roldán Viloria

© Ediciones Paraninfo • IX

NEUMÁTICA

1.1. Física aplicada

1.2. Aire neumático

1.3. Compresores de aire

1.4. Símbolos y normativa

1.5. Componentes neumáticos

1.6. Inicio de la instalación

1.7. Esquemas neumáticos

1.8. Otras formas de mando de cilindros neumáticos

1.9. Motores neumáticos

1.10. Aplicaciones neumáticas

1.11. Tuberías neumáticas

1.12. Algunos ejemplos de materiales y aplicaciones neumáticas

© Ediciones Paraninfo • 1

Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Figura 1.1 . Cilindros neumáticos.

Neumática:

Es una parte de la física que estudia el aire y su aplicación industrial, bajo la forma de aire comprimido hasta una presión máxima de 10 bar.

111 FÍSICA APLICADA

Para el cálculo de las instalaciones neumáticas se requiere tener un conocimiento mínimo de algunos conceptos físicos relacionados con esta materia, en la que el aire es el fluido mediante el cual se pueden desarrollar diferentes maniobras, que son muy importantes en muchos procesos y funcionamiento de aparatos con determinados movimientos.

Los conceptos más,importantes son:

Aire y sus características. Aire neumático.

• Caudales empleados. • Presión.

Temperatura. Secciones de cilindros y tuberías. Fuerza desarrollada.

• Velocidad en los movimientos. Tiempos empleados en los movimientos.

2 • © Ediciones Paraninfo

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1.1.1. Fuerza (F)

Siendo:

F - Fuerza, en N . m - Masa, en kg. a - Aceleración, en m/ s2. 1N=lm ·kg/ s2 1 N = 1 · m js2 = 0,102 (kp)

1.1.2. Presión (p)

Siendo:

F -Fuerza. S - Sección o superficie.

Neumática

F =m·a

F p =-s

Hasta la aplicación del SI . dad de presión, siendo: para este tipo de cálculo se empleaba el kp/ cm2 como uni-

1 kp/cm2 = 1 atmósfera. 1 bar= 10 N/ cm2 = 1 daN/cm2 1 bar= 1,02kp/cm2(1J 1 atm = 1,033 bar <1>

1 bar = 10.000 Pa = 105 Pa 1 kp/ cm2 = 0,981 bar 1 pascal= 1 Pa = 1 N/ m2

La presión se indica normalmente en bar (bar) o pascal (Pa).

r, >un bar es casi igual a una atmósfera, y por tanto, a 1 kp/cm2.

1.1.3. Peso

El peso de un cuerpo es la fuerza que aplicada a la m . aceleración en caída libre igual a la , d d asa del mismo, le comunica una

grave a = 9,81 m/ s2.

G = m· g (N)

Siendo:

1 N = 1 kgm/ s2

1 kp = 0,981 daN "" 1 daN

© Ediciones Paran info • 3

. . . d 1. . , de neumática, hidráulica y electricidad Tecno/ogJO y circwtos e op ,coc1on

1.1.4. Masa (m)

La unidad de masa es el kg.

1.1.s. Potencia (P)

Siendo: P- Potencia, en kW. F - Fuerza, en N. v - Velocidad, en m/s. M - Par, en Nm.

F·v P = - (kW)

1.000

= M ·n (kW) p 9.550

N _ Velocidad de rotación, en rpm.

1.1.6. Fuerza de tracción (Ft)

F = 1.000 .p (N) r V

Siendo: p - Potencia, en kW. v - Velocidad, en m/s.

1.1.7. Fuerza de empuje (F.)

F; = p · S(N)

Siendo: f _ Fuerza de empuje, en N.

/- Presión, en bar. S - Sección, en cm2

•

l.1.8. Movimiento rectilíneo

a) Velocidad (v)


e V= -

t

Siendo:

e - Espacio recorrido. t - Tiempo empleado.

b) Espado recorrido (e)

e) Tiempo (t)

1.1.9. Escalas de temperatura

e = V· t

e t = -

V

Neumática

El calor empieza a partir del cero absoluto, es decir, Oº de la escala Kelvin (O K), equivalente a -273,16° de la escala centígrada. Preferentemente se utilizan las tres siguientes escalas: Kelvin, Centígrada y Fahrenheit

Tabla 1.1. Equivalencias entre escalas.

AIRE NEUMÁTICO

Las instalaciones neumáticas utilizan como fluido aire neumático a presión. Distinguiremos entre aire ambiente o atmosférico, y aire neumático o con presión que procede del primero.

1.2.1. El aire

El aire es un gas que se encuentra libre en la atmósfera que rodea a nuestro planeta Tierra, y está constituido por una serie de gases, algunos de ellos muy predominantes sobre el resto, tal como vemos en la Tabla 1.2.

Características del aire

Es un gas incoloro, inodoro e insípido. • El aire es indispensable para la vida sobre la tierra.

El aire es necesario para la combustión. Los gases que contiene el aire pueden separarse por medios físicos, como es la destilación fraccionada.



Un litro de aire en condiciones normales pesa 1,293 gramos. Coeficiente de dilatación: a = 1/273,16 = 0,00366. Calor especifico: 0,237 a presión constante; 0,168 a volumen constante.

Tabla 1.2. Composición del aire atmosférico.

1.2.2. Aire neumático

El aire neumático debe ser eminentemente seco, sin vapor de agua, y sin agentes agresivos y contaminantes. En el proceso de compresión, el aire genera condensados de agua, y más, cuando las temperaturas son bajas.

El aire neumático tiene que ser limpio, lo que se consigue al hacerlo pasar por filtros de entre 4 y 40 micras. El aire neumático comprimido no sobrepasa en su utilización los 10 bar (145 psi) y en su uso generalizado la presión está comprendida entre 6 y 8 bar (87 y 116 psi).

El aire debe estar seco, sin humedad, lo que se consigue con separadores de agua o secadores de aire instalados en la red de distribución y en los inicios de las instalaciones. El aire puede ser utilizado seco o engrasado.

Existen aparatos de instrumentación y otros que precisan aire seco, mientras que otros, corno los cilindros, distribuidores, reguladores y otros de mucho consumo se les alimenta con aire engrasado, que cumple dos objetivos, como son: evitar la oxidación por efecto de la humedad contenida en el aire y, por otro, engrasar los elementos móviles de los aparatos neumáticos.

Los aceites contenidos en el aire neumático serán neutros respecto a las juntas y otros elementos con los que están construidos los aparatos neumáticos en la parte que está en contacto directo con el aire neumático.

El aire neumático, una vez que ha realizado su función, debe ser evacuado al exterior (ambiente), donde la instalación esté ubicada. Si el recinto contiene una gran cantidad de aparatos neumáticos, el aire evacuado pueden tener un gran volumen, y que sumado a que contiene aceite de engrase, puede contaminar el medio donde trabajan personas o hay materiales y productos sensibles.


F . ··;

Neumática

Debe cuidarse mucho los niveles de contaminación . gan un problema de salud para las personas que tra[ ~us ne~gos,l para que no suponcho automatismo neumát · E

1 ªJan en oca es cerrados con mu-

ico. n a gunos casos pu d · t los escapes neumáticos El ruido d . d ' l e e-m eresar evacuar al exterior problema. . pro uci o en os escapes también puede ser otro

Resumen de las propiedades del aire comprimido

• Pasará por un filtro de entre 4 y 40 micras. La presión será lo más regular 'bl . . t . L . . . que sea posi e, sm oscI!aciones importan-

• Ees.. as vanacmnes de presión repercuten en la respuesta de los aparatos s importante que el aire tenga un bajo contenido en agua El a u :

:~~:1:u:;ías ~ pieza_s fabricadas en acero al carbono. El ~gua fa;~::

dros). a unc10nanuento de los elementos móviles (correderas y cilin-

El a~e estará seco cuando se aplique a aparatos de instrumentación El aJr~ se engrasará cuando así lo requiera la utilización. . El ac_e1te ~e engrase o lubrificación debe ser de base mineral La VJ.Scosidad normali d d l · · 20 y 40 cSt (centistolces).za a e aceite de engrase estará comprendida entre

La pres~ón máxim~ de utilización del aire neumático no excederá de 10 bar La presión en los cucmtos neumáticos está comprendida entre 5 8 b . La temperatura de empleo del aire comprimido estará en torno a 1o{20 º;~·

1.2.3. Ventajas e inconvenientes que supone el aire neumático

Ventajas del empleo del aire neumático

Es un fluido elástico.

Se a~apta a las formas del recipiente que lo contiene. Presiona en todas las direcciones.

• ~u~d~ variar su presión y volumen por la aportación de frío o calor s ,ácrl de almacenar y transportar. ·

Tiene fácil control y regulación.

~ transporta a gran velocidad (10 veces más rápido que un flu1·d h'd , lico). o i rau-

Genera movimientos rápidos.

~a red de distribución es muy simple (una tubería), no precisando de reorno, ya .9ue los retornos se envían a la atmósfera.

Los aparatos de maniobra son relativamente sencillos. Los retornos a la atmósfera son bastante limpios.

• No hay c?nsumo de energía cuando no hay consumo de aire. Es un fluido seguro e til · · n su u ización y no representa riesgo de explosión.


Tecnologla y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Inconvenientes del aire neumático

Tiene el inconveniente de las fugas (estanqueidad). • No es adecuado para trabajar con presiones elevadas, ya que el rendimien

to del motor disminuye. • La presión de utilización está comprendida entre 0,1 y 10 bar.

Los aparatos y circuitos tienen dificultad en su regulación, debido a la comprensibilidad del aire y a las inercias de los órganos en movimiento. Para un mismo esfuerw a realizar, los elementos neumáticos precisan 10 a 30 veces más volumen que los circuitos hidráulicos. La humedad en el aire neumático es otro de los problemas a resolver.

1.2.4. Leyes físicas aplicadas a la neumática

Principio general de los gases

Los gases no tienen forma ni volumen propio, ocupan el volumen del recipiente que los contiene.

Ley de Boyle-Mariotte

A temperatura constante, los volúmenes ocupados por una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a las que se les somete.

pl · Vl = p2 · V2 = p3 · V3 = ...

pi V2 p1 V3 p2 = V1 ; p3 - Vl ; ...

A presión pl, el gas ocupa el volumen VJ. A presión p2, el gas ocupa el volumen V2. A presión p3, el gas ocupa el volumen V3.

El producto de la presión de un gas por el volumen, es una cantidad constante para ese gas, si la temperatura no varía.

Figura 1.2. Comprobación gráfica de la ley de Boyle-Mariotte.


Neumática

Leyes de Gay-Lussac

l.ª Ley. El valor del c~eficiente de dilatación de todos los gases es el mismo a resión constante y su valor viene dado por la siguiente fórmula: p

1 a=

273 = 0,00366

El volumen ocupado por un gas a O K, será igual a cero (O).

2.ª L~y. A presión constante, los volúmenes ocupados por un:a masa ase porcmnales a sus temperaturas absolutas. g osa son pro-

Siendo:

V, = !._ V,. T'

V1 - Volumen a temperatura T V¡. - Volumen a temperatura T'. T - Temperatura absoluta. T' - Temperatura absoluta.

3:ª Ley. Las presiones a las que está sometido un gas a volumen constante son ro or-c10nales a las temperaturas absolutas. P P

Siendo:

P, - Presión total. P0 - Presión inicial. T Y t - Temperaturas absolutas.

Dilatación de los gases

Cuando un gas s: cal~enta, aumenta su volumen si la presión se mantiene constante o aumenta su presión s1 el volumen no varía. '

;e lla:adc~eficiente de dilatación (a) a presión constante, al aumento que experimenta ª uni a e volumen de gas cuando este eleva su temperatura un grado. ·

Siendo:

V,= V0 (1 +a ·t)

V1 - Volumen a temperatura t. V0 - Volumen inicial. a - Coeficiente de dilatación. t - Temperatura en que se ha incrementado el gas.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica Y electricidad

Ecuación de los gases perfectos Son gases perfectos aquellos que cumplen las leyes de Boyle-Mariotte y Gay-Lussac.

Siendo:

p · V= P0 • V0 (1 + a · t)

p0

_ Presión inicial del gas. p - Presión final del gas. v

0 _ Volumen inicial del gas.

V - Volumen final del gas. t - Temperatura final del gas.

Pasar a volumen normal (!) litros a presión (p) y temperatura (t)

Se aplicará la siguiente fórmula:

Siendo:

p·V Va Po (l + a ·t)

Vo - Volumen a p resión normal de 760 cm de Hg a O ºC. p - Presión del gas, en cm de Hg. v - Volumen a presión p.

P _ Presión normal a 760 crn de Hg ª O ºC. o b' a - Coeficiente de dilatación cú 1ca.

t - Temperatura en ºC.

Peso de un litro de aire . El peso de un litro de aire a temperatura de o ºC y a 45º de latitud sobre el mvel del

mar1 es de 1,292743 g/1 (gramos/litro).

Fórmula de Bernouille en los gases

Velocidad de salida de un gas en un recipiente:

Siendo:

v =

v - Velocidad/ en m/s.

2(p, - A) (m/s) ó- p,

p1

_ Presión del recipiente, en N/m2.

P - Presión exterior. 2 I g

0 - Densidad del gas, en kg m .

La Tabla 1.3 muestra la constante crítica de los principales gases.


Neumática

Tabla 1.3. Constante crítica de algunos gases.

1.2.5 . . Humedad

Humedad absoluta

Corresponde a la cantidad de vapor acuoso contenido en un m3 de aire.

Humedad relativa

Relación entre la masa de vapor acuoso contenido en un determinado volumen de aire y la que existiría en el mismo volumen, si el aire estuviera saturado. La humedad relativa se da en tanto por ciento(%).

Humedad relativa = 100 x Presión parcial del vapor de agua Presión de vapor a la misma temperatura

Masa de vapor acuoso contenido en un m3 de aire saturado de humedad a la presión de una atmósfera.

Tabla 1.4 . Peso del aire en función de su temperatura.

Conceptos importantes

Temperatura crítica. Para licuar un gas, hay que llevarlo a la temperatura que se indica en la Tabla 1.3 (+ 146 ºC para el cloro).

Presión crítica. Para un gas, además de la temperatura, habrá que someterlo a la presión que se indica en la Tabla 1.3 (76 atm para el cloro).

Equivalencia. Ndm3 añadido a una cifra, equivale a litros de gas o mezclas de gas a presión normal en estado seco a O ºC y 760 Torr.

Presión atmosférica. Una atmósfera equivale a 1,033 kg/ crn2 de presión, y corresponde a la pres.ión atmosférica, cuando la temperatura es de O ºC a 45° de latitud sobre el nivel del mar.


Tecnología y cirm itos de ap/icadón de neumátiw, hidráulica y ele.tricidad

1.2.6. Equivalencia entre unidades de presión

Tabla 1.5. Equivalencias entre diferentes unidades de presión.

Tabla 1.6. Magnitudes y unidades de medida de presión y su correspondencia.

Equivalencias. La presión atmosférica media es de 101.325 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar.

1 Atm = 1,01325 bar = 101.325 Pa = 1,033 kgf/cm2 = 1 mea

m COMPRESORES DE AIRE

Los compresores son aparatos o máquinas mediante las cuales se obtiene aire a presión de forma continuada y con las menores perturbaciones posibles, de forma que aseguren uniformidad en la presión de la red y una calidad apropiada del aire neumático en pureza y humedad para el tipo de utilización que tenga.

En el mercado se encuentran diferentes modelos de compresores. Estos se agrupan bajo dos principios de funcionamiento, que son:

Compresores alternativos. La compresión se realiza al aspirar aire de un recinto hermético y reducir su volumen hasta alcanzar la presión deseada. Compresores rotativos. Basan su principio de funcionamiento en las leyes de la dinámica de fluidos. Transforman la energía cinética de un fluido en energía de presión.


Neumática

1.3.1. Equipo compresor

El esqu~ma de la Fig~ra 1.3 corresponde a una instalación para la producción de aire neumático de las meJores características, y consta básicamente de los siguientes elementos:

Aspiración del aire ambiente

Elementos que constituyen el gn,po compresor.

1. Grupo compresor constituido por motor eléctrico y compresor de aire.

2. Válvula antirretorno.

3. Filtro para el aíre aspirado. 4. Depósito acumulador de aire a presión. 5. Válv.ula de seguridad, convenientemente regulada. 6. Refrigerador del aire por intercambiador de agua. 7. Separador de agua condensada. 8. Válvulas manuales de aislamiento. 9. Secador de aire neumático. 10. Tuberla que se dirige hacia la aplicación. 11. Tuberla encaminada por ejemplo hacia secadores

de ail'e, para suministrar aíre seco.

® ® ®

®

®

Figura 1.3. Esquema de una instalación para producir aire neumático en gran cantidad y con calidad.

Tabla 1.7. Peso por litro de diferentes gases y vapores industriales a o •e y 760 Torr.

© Ediciones Pa raninfo • 13


1.3.2. Producción de aire comprimido con depósito de acumulación

La Figura 1.4 muestra un compresor ~~e se puede desplazar para producir aire a presión para alimentar elementos neumahcos.

Figura 1.4. Compresor neumático móvil que proporciona 11.000 1/min.

Los equipos compresores tienen por finalidad poner el air: atmos~érico a una determinada presión, para servirlo al circuito neumático. Hay diversos tipos de compresores, a saber:

Compresor de émbolo

Es el compresor más habitual en la industria, ya que es barato y robusto. ~or otro la~o, necesita lubricación para su funcionamiento y produce elevado calentamiento del aue

comprimido. . . . E Uede Utilizar tanto para equipos estac1onanos como móviles, en ste compresor se P d l una gran variedad de tamaños. Los más grandes pueden llegar a entregar cau a es

· J 500 m3/mm· Las presiones suelen alcanzar los 6-7 bares. supenores a os . .

14 • ©Ediciones Paraninfo

Entrada de aire. atmosférico

VálvuiadÉll admisión'

Válvula de escape

Admisión Compresión

Figura 1.5. Representación de los dos tiempos de un compresor de aire.

Salida de aire c.omprimido

Neumática

Su principio de funcionamiento es senciilo. El eje desplaza a un émbolo con movimientos alternativos. En la fase de aspiración, el aire llena la cavidad del pistón. En la fase de compresión, al desplazarse el émbolo hacia arriba, reduce el volumen del gas y Jo impulsa hacia la línea de distribución.

Para alcanzar mayores presiones y aumentar el rendimiento, algunos compresores disponen de varios pistones (compresores multietapas) dispuestos en serie. El aire que sale de una etapa se vuelve a comprimir en la siguiente, hasta alcanzar presiones cercanas a los 200 bares.

El aire a presión se suministra entre 4 y 8 bar. También pueden emplearse otras presiones inferiores que se pueden obtener a partir de reguladores de presión. Caudal de afre suministrado a la red:

Siendo:

V Q=-

t

Q -.Caudal, en 1/min. V - Volumen, en litros (1) o dm3.

t - Tiempo, en min.

El caudal se expresa en l/min, con las siguientes condiciones:

Temperatura: 20 ºC. Humedad: 65 %. Presión: 1,013 bar.

Refrigeración del aire a la salida del compresor:

El aire en operación de compresión se calienta y condensa (acumula vapor de agua). La temperatura que puede alcanzar el aire en el proceso de compresión es:

• Compresor sencillo de una etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 a 180 ºC. Compresor de una o dos etapas, sin enfriado . . ......... . 140 a 160 ºC. Compresor de dos etapas con enfriado intermedio ....... 120 a 140 ºC.


Tecnologío y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Enfriamiento del aire neumático:

Para enfriar el aire comprimido se le hace pasar a través de un intercambiador alimentado con agua a una determinada temperatura. El agua contenida en el aire se elimina en parte, por medio de un equipo separador de agua. Si lo que se quiere es aire seco, habrá que instalar secadores especiales.

Peso de un litro de aire seco:

Recordamos que un litro de aire seco en condiciones normales pesa 1,293 g/1 (1,2928 g/1).

Figura 1.6. Pequeño equipo compresor de aire neumático.

1.3.3. Instalación de aire neumático (comprimido)

La Figura 1.7 muestra de forma simplificada una instalación de producción y distribución de aire comprimido.

El aire ambiente que es captado y comprimido para su utilización industrial contiene impurezas, vapor de agua, partículas sólidas y vapor de agua que hay que eliminar o reducir para evitar oxidación, desgaste o peligro de explosión, lo que se consigue con el filtrado, enfriado, purgado y secado.

1.3.4. Purga y vaciado de circuitos neumáticos

La aplicación de las normas de seguridad para intervenir en ciertas instalaciones neumáticas exige vaciar toda la instalación neumática de la máquina o instalación de que se trate, Jo que se consigue abriendo el circuito de la utilización, y poniéndolo a escape.

Las válvulas de tres vías permiten realizar la función de alimentación de aire neumático a la red y, por otro lado, aislar la red y poner la utilización a descarga. Este tipo de válvulas puede tener un dispositivo de bloqueo por medio de candado, con el cual se impide la puesta en presión cuando se está interviniendo en la máquina, la instalación de que se trate o el propio circuito neumático.


Leyenda:

l. Aspiración de aire atmosférico. 2. Filtrado del aire atmosféxico.

3. Válvula antirretorno en el circuito de aspi-ración del aire atmosférico.

4. Compresor de aire. 5. Motor eléctrico trifásico.

6. Depósito acumulador de aire comprimido. 7. Válvula de seguridad.

8. Equipo refrigerador del aíre caliente. 9. Separador de agua. 10. Válvula antirretorno.

11. Válvula de accionamiento manual (grifo). 12. Secador de aire. 13. Filtro de aire seco.

14. Depósito acumulador de aire seco. 15. Válvula de seguridad.

®

Neumática

@

16. Circuito de aire seco, utilizado preferentemente en instrumentación y aparatos delicados.

17. Válvulas de aislamiento.

18. Filtros posicionados en by-pass. 19. Válvulas de aislamiento.

20. Circuito cerrado de alimentación a receptores Y aparatos neumáticos.

21. Derivación del circuito principal, sin definir aparatos.

22. Derivación a circuito secundar.io que se inicia por válvula manual y equipo de filtrado, manorreductor y lubricación.

23. Conjunto de instalaciones derivadas alimentadas desde el equipo compresor. Circuitos de potencia.

Figura 1.7. Esquema general de una instalación de producción y distribución de aire comprimido.


Tecnología y circuitos de op/icación de neumática, hidráulica y electricidad

Válvula de 3 vías (3v) (accionamiento manual)

Funcionamiento: Posición l. Utilización a escape. Despresurización del circuito. Posición 2. Suministro de presión a la utilización.

V

Presión

Escape para vaciado de la

i Presión Presión

Válvula de 3v en posiciones de vaciado de la instalación y suministrando presión.

Figura 1.8. Inicio de instalaciones neumáticas con sistema de vaciado de las instalaciones

(descarga).

1.3.5. Problemas de aplicación


Neumática


Tecnologío y circuitos de aplicación de neumótica, hidróulica y electricidad

Neumática

(Viene de la página anterior)




m SÍMBOLOS Y NORMATIVA

Los elementos neumáticos se representan por medio de símbolos que están sujetos a normas, lo que permite que sean aplicados e interpretados para la identificación de aparatos en la ejecución de los esquemas.

1.4.1. Símbolos neumáticos

A continuación se representan los símbolos correspondientes a los principales elementos y componentes que participan en las instalaciones neumáticas.

Símbolos neumáticos 1


Neumótica


Tecnologlo y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Neumática

Símbolos neumáticos 2 (Viene de la página anterior)

Símbolos neumáticos 3




1.4.2. Directivas europeas y marcado CE

La Comunidad Económica Europea (CEE) a través de sus correspondientes comités, elabora y emite normas (directivas) que deben aplicarse en los ámbitos_ a ~ue correspondan las materias objeto de las directivas. ~a Tabla 1.8 recoge las prmc1pales nor

mas que se aplican a las instalaciones neumáticas.


Neumática

(Viene de la pági11a anlerio,-)

<11 Se define como aparato, respecto a estas Reglamentaciones, a un equipo eléctrico que conste de un producto o productos acabado/s, que tienen por finalidad ser u tilizados por el usuario final y que se sum i

nistran y se ponen en servicio como una unidad comercial.

Directiva 93/68/CEE

Los productos que se comercializan en la Unión Europea deberán obligatoriamente llevar la marca CE. Es ilegal marcar con CE un producto que no precise marcado.

La responsabilidad del marcado CE corresponde al fabricante del producto, o al que lo comercializa si se trata de un producto importado de un país fuera de la UE. Los recipientes a presión simples, máquinas, compatibilidad electromagnética y baja tensión, llevarán la marca CE.

Recipientes a presión simples:

• Categoría A: recipientes con Ps · V > 50 bar/ litro -+ Deben JJevar la marca CE. Categoría B: recipientes con Ps · V < 50 bar/ litro -+ No llevarán el marcado CE.

Donde:

Ps - Presión de servicio. V - Volumen o capacidad del recipiente.

Los recipientes de categoría A se ajustarán a la norma EN 281-1.

Declaración de Conformidad

La mayoría de los productos que constituyen una instalación neumática no precisan marca CE, sin embargo, sí llevan la marca CE los aparatos, máquinas o instalaciones en las que están integrados.

La Declaración de Conformidad que acompaña a los aparatos, máquinas o instalaciones, deberá ser realizada por persona competente y entregada al cliente, declarando que la máquina suministrada cumple los requisitos de salud y seguridad que señalan las Directivas que le afecten.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hídráu/ica y electricidad

La Declaración de incorporación es para maquinaria destinada a ser incorporada en otros aparatos o máquinas y no llevará, por tanto, el marcado CE.

Los fabricantes de productos neumáticos que no precisen marca CE, sí proporcionarán las características de los productos que suministran, que serán utilizados por quien redacte la Declaración de Conformidad para el aparato, máquina o instalación en el que estén integrados.

1.4.3. Normas para el diseño y construcción de materiales neumáticos

El empleo de aparatos construidos en base a normas concretas permite la intercambiabilidad de los mismos, dado que el dimensionado se corresponderá con otros aparatos construidos por otros fabricantes.

Respecto a la neumática, están normalizados los cili11dros y otros actuadores, mientras que los aparatos de maniobra y control son propios del fabricante, en lo que se refiere a tamaño y forma. Igual sucede con la normalización de los símbolos que representan los aparatos, en los que todavía podemos encontrar algunas diferencias, como se puede apreciar al hojear catálogos de diferentes fabricantes.

Las principales normas utilizadas para materiales y circuitos neumáticos son:

• Normas ISO. Normas VDMA. Normas CNOMO. Normas UNE-EN.

Otras normas a destacar serían las siguientes:

EN - Normas Nacionales Europ eas. UNE - Norma Española. AFNOR - Association Francaise de Normalisation. DIN - Deutsches Institut Für Normug.

• UNITOP - Union Nationale des Industries de Tansmissions Oleohydrauliqueset Pneumatiques. BSI - British Standards Institute. JIC - Joint Industry Conference (norteamericana). ASA - American Standardizing (norteamericana).

1.4.4. Identificación del fluido que transportan las tuberías

Las tuberías que transportan fluidos se marcan con colores que permiten su identificación, para que de esta forma resulte más fácil su reconocimiento, tanto en los circuitos, como en los planos o esquemas.

La Figura 1.9 presenta una tubería neumática y su derivación, que podremos identificar por su color azul. Sabremos que una tubería transporta aire a presión por el distintivo de marcado de la tuberia y porque toda la tubería está en color azul o franjas de color azul (RAL 7.001) sobre otro fondo.


Neumática

Figura 1.9. Ejemplo de marcado de una tubería que transporta aire neumático.

En el Capítulo 4, Apartado 4.4, se trata sobre esta materia "Ma¡cado de tuberías".

fll .COMPONENTES NEUMÁTICOS

~os circuitos neumáticos emplean diferentes aparatos y dispositivos que es necesano _conocer, al ~~nos, los elementos más importantes y que son básicos en las instalacmne~ neumaticas Y que se representan con símbolos en los planos y en la documentación.

Los c~tálogos de materi~les neumáticos son una herramienta muy importante para el estudioso. de esta matena, ya que le permite conocer el aspecto de los aparatos, su representación, sus características, medidas y prestaciones.

Para su estudio, agrupamos los componen tes en tres grupos:

Cilindros neumáticos. Distribuidores neumáticos. Otros elementos auxiliares y complementarios

1.5.1. Cilindros neumáticos

~na de las aplicaciones principales de la neumática está en los cilindros neumáticos, media~te lo~ cuales se pu~den Tealizar muchas y diferentes maniobras. Los cilindros neumáticos tienen una eqmvalencia o similitud con los motores de los circuitos eléctricos.

Normas constructivas de cilindros neumáticos

Los cilindros neumáticos se construyen de acuerdo a la siguiente normativa: Norma CNOMO 06.0. 7.02

Esta norm·ª · define todas las cotas exteriores de un cilindro solo, y también sus fijaciones. _Los cilmdros construidos con esta norma permiten la intercambiabilidad entre fabricantes que utilizan la misma norma a nivel de:

Tipo y características del cili11dro. Forma de fijación y aplicación.

• Situación del conjunto montado.



Normas ISO 6431 y 6432

Se trata de una norma internacional que define al conjunto del cilindro montado con las fijaciones, pero sin definir al cilindro. El intercambio entre diferentes fabricantes solamente podrá hacerse manteniendo las prestaciones cuando se reemplace el cilindro y sus fijaciones.

Norma VDMA 24562 (alemanas)

Estas normas, que son más modernas, definen todas las cotas exteriores del cilindró y también las de las fijaciones, de manera que el conjunto montado es conforme con la norma ISO 6431. La intercambiabilidad entre cilindros construidos con esta norma está asegurada para el cilindro y la fijación del conjunto montado.

Normas CETOP

Comité Europeo de Transmisiones Oleoneumáticas y Neumáticas.

Cilindros neumáticos

Se fabrican cilindros neumáticos de muy diversos tipos y clases, cuya elección dependerá de la función que deban desarrollar en el circuito y la aplicación.

La maniobra o movimiento de salida del vástago se denomina ida o salida y lamaniobra de entrar vuelta, retorno o entrar. A la longitud o recorrido del vástago se llama carrera.

Los cilindros pueden ser de efecto simple, cuando una de las dos maniobras se hace por medio de fluido (aire o líquido) y de efecto doble cuando la maniobra de ida y vuelta se hace por medio de la fuerza de un fluido.

Hay cilindros que para amortiguar el impacto del final de recorrido (ida o vuelta) llevan sistemas de amortiguación al final del recorrido de ida o de vuelta, o en los dos sentidos. Existen también cilindros con doble vástago, aunque realmente es un cilindro con salidas por ambos extremos.

En cualquier caso, las características del cilindro se ajustarán a la función o trabajo que deba realizar en la aplicación, tal como se ha señalado arriba. Ante cualquier duda respecto a la elección de un cilindro, o de otros elementos del circuito, conviene consultar al proveedor o fabricante.

La Figura 1.10 muestra un cilindro neumático fabricado bajo normas.

Figura 1.10. Cilindro neumático comercial.


Neumática

S1 - salir - ---, entrar -'

L --- j D d

Figura 1.11. Croquis que representa un cilindro neumático.

Valores o características principales de los cílíndros neumáticos:

Sl - Secc~~n ~e.l émbolo por su superficie libre (secc_ión máxima de empuje). S2 - Secc10n util por el lado del vástago. Vl - Volumen total de la cámara por el lado sin vástago. V2 - Vol~men to~l de la cámara por el lado del vástago. pl - Pres~ón de al~mentac~ón del cilindro por el lado sin vástago. p2 - Presión de alimentación del cilindro por el lado con vásta Fl - Fuerza de empuje del vástago en su salida. go. F2 - Fuerza de retroceso del vástago en su entrada. L - Carrera desarrollada por el vástago. D - Diámetro interior de la cámara del cilindro. d - Diámetro del vástago.

Cálculo de valores de cilindros neumáticos


Tecnología y circuitos de opllcación de neumótico, hidróu/ica y electricidad

Tiempo en realizar un movimiento:

Se consideran los tres movimientos que se representan en las Figuras 1.12, 1.13 y 1.14, calculándose el tiempo en realizar el movimiento del vástago tal como se expresa a continuación.

Movimiento horizontal del vástago (Figura 1.12):

Siendo:

km L t=--· -(s)

1.000 V

km - Índice determinado por diagrama. L - Longitud de la carrera (mm). v - Velocidad de régimen del pistón (m/s).

Movimiento vertical ascendente del vástago (Figura 1.13):

Vamos a calcular el tiempo que tarda en realizar su carrera el vástago de un cilindro que trabaja en movimiento vertical ascendente, siendo los valores a considerar_los siguientes: peso = 75 kg; carrera = 200 mm; sección = 50 cm2 (0 = 80 mm); velocidad =

0,7m/s.

km t = --

l.000 L l , 6 X 200 = O 45 s v I.OOOx0,7 '

m 75 V = - = - = } 5 m/s

s 50 '

Movimiento vertical descendente del vástago (Figura 1.14):

Es similar al caso anterior.

A continuación se representan los tres movimientos más caracteristicos de los cilindros.

1})7777777)

Figura 1.12. Movimiento horizontal. Figura 1.13. Movimiento vertical Figura 1.14. Movimiento

ascendente. vertical descendente. Cómo determinar el índice km:

A partir de la relación m/s, se determina el valor del índice km, que para el caso estudiado es de 1,6, tal como se indica en la Figura 1.15.


3

2

o

Km

2 3 4 mis

Figura 1.15. Gráfico que muestra el índice km.

Gasto de un cilindro neumático:

Siendo:

(0,0000471 ·D2·L) ( p+ J.033) .

Q t · 1/mtn

Q - Consumo de a ire a presión normal, en l/min. D - Diámetro del ámbito, en mm. L - Carrera del cilindro, en mm. p - Presión del aire, en kg/cm2.

t - Tiempo realizado en la carrera.

Conversión de litros de aire a presión en litros de aire libre:

Q = Q = (p+l.033) 1 1.033

Siendo:

Q - Litros de aire libre.

Q1 - Lih'os de aire comprimido a presión p. D - Densidad del gas en g/dm3 a presión normal.

Neumática

Caudales teóricos en l/min para flujos de aire comprimido en salida libre, a través de orificios de sección circular (Figura 1.16).

Ejemplo de aplicación del ábaco:

Determinar el caudal en l/min (aire libre) que sale por un orificio de 8 mm de diámetro a una presión de 6 bar.

Solución: a una presión de 6 bar y un diámetro de orificio de 8 mm, el caudal de aire libre es de 4.000 1/min.



1 Caudal 1 10.000 Ll min +

9.000

8.000

7.000

10 20

B 9 1 O mm de diámetro del orificio

Figura 1_16. Ábaco para determinar el caudal teórico en 1/min para flujos de aire comprimido en salida libre.

Velocidad del aire. en las tuberías:

Tabla 1.9. Estimación de velocidad del aire neumático en las tuberías en función de su cometido.

Particularidades de la aplicación práctica de cilindros neumáticos

La l·ón de trabaJ·o de un cilindro neumático o aparato receptor será siempre infe-pres .1

. d rior a la presión nominal de la red, para así compensar las osCI aCiones que pue an darse en el circuito por la conexión de otros aparatos conectados a la red.

Con carácter general, los cilindros neumáticos se elegirán en relación a !ª maniobra a realizar, incrementándolos entre un 25 y un 30 % respecto a su valor teórico de cálculo.


Neumática

El distribuidor tendrá un agujero (vía) de diámetro no inferior al agujero de alimentación del cilindro neumático.

Cuando se desee la máxima velocidad de respuesta de un cilindro neumático, se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

• Los agujeros del dist ribuidor y resto de aparatos auxiliares y de control tendrán el mismo paso que los agujeros del cilindro neumático. El distribuidor y los aparatos auxiliares y de control se emplazarán lo más cerca posible del cilindro neumático.

• Se mejora la rapidez cuando se hace rápido el escape. También se mejora la rapidez aligerando la carga o dándole un mayor dimensionado al cilindro neumático.

Dimensionado de los cilindros neumáticos

Además de que el circuito sea adecuado a las maniobras o acciones a realizar, los aparatos tendrán el dimensionado que corresponda a dichas acciones. Difícilmente se podrá realizar una función o cometido si los aparatos no tienen la posibilidad y capacidad de hacer aquello que se les solicita.

A continuación se citan algunas de las características a tener en cuenta a la hora de dimensionar el circuito y los aparatos en él integrados.

Velocidad del émbolo (vástago) en sus movimientos:

La velocidad depende de la aplicación. Hay movimientos que deben ser muy rápidos, mientras que otros tienen que ser muy lentos.

Una velocidad muy rápida es la que está en torno a 1 m/ s. Una velocidad media está en torno a 0,3 a 0,5 m/ s. Una velocidad es lenta o pequeña cuando es :5 0,1 m/s.

Longitud máxima de un cilindro:

Superadas unas determinadas medidas, no es aconsejable su utilización y deberá sustituirse por otro medio mecánico que lo supla. La longitud máxima de un cilindro es 2 m.

Fuerza a realizar por un cilindro neumático:

Como ya se ha indicado, los cilindros neumáticos están limitados en la presión de utilización a un máximo de 10 bar, por lo que también está limitada la fuerza máxima que pueden desarrollar. De acuerdo con este criterio, un cilindro neumático (grandes dimensiones) no debe superar una fuerza máxima de 45.000 N (4.500 kp).

Dimensí.onado aproximado de las válvulas en función del cilindro de que se trate:

En la Tabla 1.10 se estiman de forma aproximada los valores de las medidas de los agujeros de las válvulas (distribuidores y otros elementos de regulación) de accionamiento en función del diámetro del émbolo del cilindro.



Tabla 1.10. Medida de los orificios de las válvulas en función del diámetro del émbolo del cilindro.

Regulación de la velocidad: . . La velocidad se puede incrementar con escapes rápidos y mayores d1mens10nados ;~ las tuberías y en las válvulas. La velocidad puede reducirse con reguladores de cau . ~ unidireccionales, reguladores bidireccionales con silenciador montado so~re_Io~ orificios de escape de las válvulas, reduciendo secciones y utilizando fr~~os h1drauhcos:

Así pues, la velocidad depende, por tanto, de las dimensi~nes del olindro, de ~as valvulas, de los tipos de escape y de racordaje, así como del diámetro de las tubenas.

Elementos auxiliares de im cilindro . La Figura l.17 muestra algunos de los ª.cce~orios que utiliza un cilindro para su apli

cación práctica en una determinada aphcac1ón.

1. Cilindro neumático.

2. Horquilla.

3. Arrastrador macho.

4. Arrastrador libre, macho.

5. Charnela libre, hembra.

6. Perno.

Figura 1.17. Cilindro con sus accesorios de fijación por ambos extremos.


Neumática

Formas de fijación o anclado de un cilindro

Las imágenes representadas en la Figura 1.18 muestran algunas de las posibilidades de anclado de cilindros neumáticos.

Los cilindros neumáticos:

En el mercado hay cilindros neumáticos de diversos tipos, medidas, secciones, formas constructivas y procedimientos de fijación o anclado, algunas de los cuales se representan en la Figura 1.18.

A la longitud del recorrido del vástago se denomina carrera.

La maniobra o movimiento de salida del vástago se llama ida o salir, y a la maniobra de entrar vuelta, entrar o retorno.

Los cilindros pueden ser de simple efecto cuando una de las maniobras se hace por el empuje del aire y la otra por efecto de un empuje exterior (carga o resorte), y de doble efecto, cuando los dos movimientos se hacen por la fuerza del aire neumático.

Hay cilindros de doble vástago, sin vástago, con amortiguador en uno o los dos recorridos, etc. En todos los casos, el cilindro se adaptará a la función o trabajo que deba realizar en la aplicación de que se trate.

Ante cualquier duda en la elección del cilindro y su forma de fijación y complementos se debe consultar los catálogos o directamente ponerse en contacto con el proveedor.

Figura 1.18. Diferentes formas de fijación de un cilindro neumático.

La Figura 1.19 muestra formas normalizadas de anclaje y fijación de cilindros neumáticos, según la normas ISO 64-31 y CETOP RP 43P.


Tecnología y circuitos de aplicoción de neumática, hidráulica y electricidad

~~--n Fijación por escuadras

Fijación por brida delantera

Horquilla

$ID-Fijación por brida trasera

Cabeza articulada

Fijación oscilante macho Fijación oscilante hembra

Rótula esférica ..:11=--C> ~ ~

~ • Fijación oscilante hembra Fijación oscilante macho

Rótula plana

-E8:f8- ~~~ Montaje

Fijación oscilante hembra Fijación oscilante macho 90°

~~~

=.""" Figura 1.19. Algunas de las posibilidades de anclaje y aplicación de cilindros neumáticos.

1.5.2. Distribuidores

Los distribuidores son elementos de maniobra con los que se puede seleccionar el camino que va a llevar el aire a presión y el aire que se pone a escape en las maniobras que realizan los cilindros neumáticos u otros aparatos. También estudiamos el funcionamiento de diversos distribuidores, lo que nos ayudará a la mejor comprensión de los circuitos neumáticos.


Neumática

Símbolos referidos a distribuidores

~ conti~uación se muestran los distribuidores más empleados y sus f d _ c1onam1ento. ormas e ac


Tecnofogla y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Formas de accionamiento de distribuidores

Los distribuidores tienen diversas formas de accionamiento, lo que permite diversificar las maniobras en función del nivel de automatismo que se elija para el circuito.


Neumótica

Distribuidores

Representación gráfica y · b , ,_ d . s1m ouza a de diferentes tipos de distribuidores.

No se detalla la forma de accionamiento de los distribuidores.



Distribuidor 1

a. Distribuidor de 2 posiciones (p) y 3 vías (v) con accionamiento manual en un sentido y retorno a la posición de reposo por resorte. Símbolo neumático que representa al distribuidor de 2p y 3v.

b. Figura de funcionamiento del distribuidor, representado en posición de reposo. Por (1) llega la presión desde el circuito de alimentación. La vía (3) está comunicada con (2), por lo que cumple con la misión de descarga (vaciado).

c. Figura que representa al distribuidor accionado. La presión que llega por la vía (1) tiene paso a través de la vía (3) para alimentar el cilindro u otro elemento. La vía (2) queda bloqueada.

(a) (b) (e)

Figura 1.20. Representación de un distribuidor de dos posiciones y tres vlas. Símbolo y funcionamiento.

Distribuidor 2

Distribuidor de 2p y 5v con accionamiento (pilotado) neumático en los dos sentidos. El distribuidor es biestable ya que queda siempre la corredera en la última posición pilotada, aunque cese la presión de pilotado.

a. Símbolo neumático del distribuidor de 2p y 5v. b. Esta figura muestra el funcionamiento del distribuidor representado en

trando aire de pilotado por (B), con lo que la presión de la red entra por la vía (1) y sale por la (2), mientras que por las vías (4) y (3) se hace el escape de la utilización. La vía (5) queda bloqueada.

c. Croquis que representa al distribuidor con la corredera accionada por (A). Por la vía (1) entra presión de la red, saliendo al circuito de utilización por la vía (3) mientras que por las vías (2) y (5) se hace el escape del lado de la utilización. Esta última paite del circuito queda sin presión. La vía (4) queda bloqueada.

(a)

4 3 2 5 4 3 2 5 !111 tT Tt ¡ 'if A·-BA--8

t i 1

(b)

1

(e)

Figura 1.21. Representación de un distribuidor de dos posiciones y cinco vlas. Slmbolo y funcionamiento.


Neumático

Distribuidor 3

Distribuidor de 2p y 5v 'l t d · 'ó d , con pi o a o neumático para un sentido y retorno a la posi-c1 n e reposo por resorte.

r---

a-- A (b)

(a) A - (e)

Figura 1.~2. Representación de un distribuidor de dos posiciones y cinco vías con retorno por resorte. S1mbolo y funcionamiento.

a. b.

c.

Símbolo neumático.

Croquis de funcionamiento del distribuidor, representado en posición d reposo. · e

Croquis que representa al distribuidor pilotado por A. Al cesar la presión por A, la corredera vuelve a la posición de la representación (b).

Distribuidor 4

Dis~~uidor de 2p Y Sv con pilotado electro-neumático en un sentido y retorno a la pos1c16n de reposo por resorte.

(a)

A (c)

EV

Figur~ 1.23. ~epresentación de un distribuidor de dos posiciones y cinco vías con pilotado electroneumat1co. S1mbolo y funcionamiento.


Tecnología y circuitos de aplicoción de neumático, hidráulica y electricidad

a. Símbolo neumático. b. Figura de funcionamiento del distribuidor, representado en posición de

reposo. c. Figura que representa al distribuidor pilotado por (A). Al suministrarle

corriente eléctrica a la electroválvula, deja pasar la presión de pilotado hacia (A), para que la corredera haga cambio de posición. Cuando se desexcita EV (electroválvula) la corredera vuelve a la posición representada en

la figura (b).

Distribuidor 5 Distribuidor de 2p y 5v, con pilotado electro-neumático para las dos posiciones del '

distribuidor.

B

(•{ B

Figura 1.24. Representación de un distribuidor de dos posiciones y cinco vías con pilotado electro

neumático que es biestable. S(mbolo y funcionamiento.

a. Símbolo neumático. b. Las dos posiciones del distribuidor se consiguen por pilotado electro-neu-

mático, quedando la corredera en la última posición pilotada, por lo que la corredera es biestable. Una vez seleccionada la maniobra puede desexcitarse la electroválvula, ya que no habrá cambio de la corredera hasta que

no se haga una nueva selección de la maniobra.

Distribuidos 6 Distribuidor de 2p y 5v, con pilotado neumático para ambos sentidos por presión nor-

mal o diferencial.

Figura 1.25. Representación de un distribuidor de dos posiciones y cinco vías con pilotado

neumático. Símbolos que representan dos formas y funcionamiento con presión diferencial.


Neumático

a. Figura que representa el distribuidor de 2p y 5v con pilotado neumático diferencial.

b. Simbolo neumático que representa al distribuidor con tres posibilidades de maniobra: • Pilotado por A.

Pilotado por B. Pilotado por A y B al mismo tiempo. En este caso, por presión diferencial, es como si estuviera pilotado por B.

c. Símbolo neumátíco que representa el distribuidor con dos posibilidades de maniobra:

Pilotado permanente por A. Equivale a un resorte mecánico. Pilotado por B y permanente por A Por presión diferencial, predomina B.

Distribuidor 7

Distribuidor de 3p y 5v, con posición normal de reposo en centro cerrado.

T T T

:f. -+ADL~(c) f

\i/ Í t T

L---

(a)

Figura 1.26. Representación de un distribuidor de tres posiciones y cinco vías eón pilotado electro

neumático que es biestable. Símbolo y funcionamiento.

a. Símbolo neumático en el que pueden verse las tres posiciones posibles en el distribuidor y que se representan gráficamente en tres figuras.

b. Distribuidor representado en posición de reposo (centro cerrado). c. Pilotado neumático por A d. Pilotado neumático por B.

1.5.3. Válvulas

Las válvulas son aparatos destinados a abrir o cerrar el paso de los fluidos, pudiendo ser pilotadas de forma manual o automática (electricidad o aire neumático).

En las Figuras 1.27 a 1.33 se muestran diversos tipos de válvulas.


Tecnología y circuitos de op/icoción de neumática, hidráulico y electricidad

Figura 1.27. Válvula de compuerta.

Figura 1.28. Válvula de asiento.

Figura 1.29. Válvula de mariposa.

Figura 1.30. Válvula de esfera.

Figura 1.32. Válvula directa pilotada neumáticamente. Sin pilotado, hay paso de fluido. Con pilotado de la válvula se cierra el paso de fluido.

Figura 1.31. Válvula antirretorno.

Figura 1.33. Válvula inversa pilotada neumáticamente. Sin pilotado no hay paso de fluido.

Cada tipo de válvula se utilizará en función del tipo de fluido de que se trate.

Las válvulas pueden ser acopladas a las tuberías u otros elementos de la instalación por medio de bridas o tuercas en el caso de ser de pequeño diámetro.

Las válvulas vienen marcadas por su diámetro (en pulgadas y/o mm) y la presión nominal a que pueden trabajru:.

Ejemplo: válvula de asiento de diámetro (<l> = 2") y presión nominal (PN25).

Las dimensiones de las válvulas se ajustan a las normas. Las más utilizadas son las DIN.

El material con el que están construidas las válvulas depende de la utilización que se les vaya a dar, como: líquidos corrosivos, agua, petróleo, aire, etc. Las hay en fundición, latón, bronce e inoxidables.

En los circuitos neumáticos podemos encontrar válvulas de muy diversos tipos, que permiten hacer muchas combinaciones, algunas de las cuales se muestran a continuación.

4 6 • © Ediciones Paraninfo

Neumática

Representación de diversos tipos de válvulas:

La Figura 1.34 muestra tres válvulas de accionamiento manual como las que se encuentran en el inicio de muchos circuitos neumáticos. -

Figura 1.34. Válvulas de accionamiento manual.

A continuación se muestra la representación simbolizada de diversas válvulas de accionamiento manual, eléctrico por electroimán y neumático.

© Ediciones Paraninfo • 4 7


1.5.4. Análisis de los principales aparatos neumáticos

En este apru:tado se hace un pequeño repaso de los principales elementos que intervienen en los circuitos neumáticos. Cuanto mejor se conozcan, más fácil resultará desarrollar e interpretar esquemas y mantener instalaciones.


Neumática


Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidráulica y electricidad Neumática

(Viene de la página anterior) (Viene de la página anterior)

SO • © Ediciones Paraninfo © Ediciones Paraninfo • 51

Tecnologlo y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad Neumática

52 • ©Ediciones Paraninfo © Ediciones Paraninfo • 53

Tecnología y circuitos de oplicoción de neumático, hidróulica y electricidad


1.6. Inicio de una instalación neumática

Según sea la aplicación y los elementos que la constituyen, el inicio de la instalación será diferente, así. que podremos encontrar diferentes inicios de instalación a partir de una tubería de aire neumático, como son los que se estudian a continuación

Sólo a través de una válvula de aislamiento.

•

•

Válvula de aislamiento y manorreductor. Válvula de aislamiento, manorreductor y lubricador . Válvula de aislamiento, filtrado, manorreductor y lubricador. Pueden incorporar otros elementos complementarios, como: - Manómetros para señalar presiones en diferentes puntos de la instala-

ción. - Secadores de aire y separadores de agua. - Antirretornos y válvulas de seguridad . - Válvulas de tres vías utilizando una de ellas para descomprimir la ins-

talación . Presostatos.

- Otros elementos que interesen a la utilización de que se trate.

Inicio de instalación 1

La Figura 1.35 muestra el inicio de una instalación neumática.

0

Figura 1.35. Elementos con que habitualmente se inicia la instalación neumática.


Neumática

Elementos de la instalación de la Figura 1.35:

l. Red neumática a la que se conecta una determin ada instalación neumáti 2. Grifo o válvula de aislamiento, en este caso, de dos vías Cuando I ca.

~ercera vía s_e utiliza para vaciar la instalación neumáti~~ que aisla.ª válvula es de tres vías, la

3. Filtro para limpiar el aire antes de pasar a la utilización. Diferentes formas.

4. :~~ula reguladora de p resión . Dispone el a ire neumático a la p resión que precisa la aplica-

5. Manó1:1etro indicador de la presión . 5.1. Presión de llegada. 5.2. Presión de utilización .

6. Engrasador o lubricador del aire, antes de pasar a l circuito de u tilización. 7. Circmto de utilización.

Simplificación de los elementos:

El esquema representado en la Figura 1 35 puede simplifi" d l f, · carse en su representación

e a orma que se recoge en la Figura 1.36. ·

a) Inicio de la instalación.

b) Conjunto de filtro-manorreductor-lubricador.

Figura 1.36. Forma de simplificar los elementos del inicio de la instalación representado en la Figura 1.35

_

Los element~s de la instalación son los mismos que se indican en el apartado "El _ mentos de la mstalación". · e


La ~igu~a 1:37 representa otra forma de inicio de una instalación neumátic (V, págma s1gu1ente). ª· er


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y elect ricidad

© Elementos de la instnlación: 1. Punto de conexión a la tu be ria con presión. 2. Válvula de cierre. Abertura y corte del aire a pre

sión. 3. Presostato. Permite detectar si el circuito está o

no bajo presión. 4. Distribuidor de 2p y 3v con accionamiento ma

nual. S. Manómetro indicador de la presión que tien e el

circuito. 6. Filtro de aire con evacuación automática de las

impurezas recogidas. Ej.: 7 bar. 7. Regulador de presión. Pe rmite regular la presión

de servicio.

@

@

8. Manómetro indicador de la presión en la utiliza

ción. Ej.: 4,5 bar. 9. Engrasador del aire neumático. Protege y facili

ta el movimiento de los aparatos y de las partes

móviles. 10. Presostato en el circuito de utilización, que se

utiliza como seguridad de funcionamiento. Si la presión es inferior a la prevista no se permite que entre en servicio la parte eléctrica de lama

niobra. 11. Válvula de aislamiento en el circuito utilizador,

con posición de descarga del circuito, cuando así

interese. 12. Inicio del circuito de utilización.

Figura 1.37. Otra variante del inicio de una instalación neumática.

Inicio de ínstalacíón 3 La Figura 1.38 muestra otra forma de inicio de una instalación neumática, más compleja que las anteriores por sus posibilidades de selección y acondicionamiento de circuitos.

nJ Conjunto neumático que permite la subida progresiva de la presión en el circuito de maniobra en este caso concreto. También se puede aplicar al circuito de potencia. Sistema de seguridad para evitar co

nexiones bruscas e imprevistas.


Neumática

P1

o abierto utilización T

p

EV1 1 1 -------4---

Para maniobra

Para potencia (accionamientos)

VP

-, 1 1 ___ j

Figura 1.38. Otra forma de iniciar una instalación neumática.

Se trata de una forma más de iniciar una instalación neumática, en la que se distinguen dos circuitos, a saber:

a) Circuito de potencia (gran consumo de aire neumático). b) Circuito de maniobra (circuito de los aparatos neumáticos de maniobra).



La presión en el circuito de maniobra inicia su subida en presión de forma regulada y controlada, para que no sean bruscos los arranques de los diferentes aparatos de maniobra. El equipo dispone de presostatos en los dos circuitos.

La válvula en la que se inicia la instalación es de tres vías y dos posiciones, que quedan representadas arriba y que corresponden a:

Posición 1. Paso de aire neumático hacia la utilización.

Posición 2. Cierre de paso de aire neumático hacia la utilización.

Puesta a escape del aire almacenado en la utilización.

Inicio de la instalación 4

En los armarios neumáticos la alimentación a los diferentes elementos se hace a partir de tubo distribuidor del aire neumático, similar al representado en la Figura 1.39.

La instalación del armario se inicia con un grifo de dos o tres vias (para descarga de la instalación), con posibilidad de ponerle un candado. Luego viene el regulador de presión si todos los elementos del cuadro trabajan con la misma presión que alimenta un tubo distribuidor de cierto diámetro, y del que parten las derivaciones a circuitos. A partir del tubo distribuidor se inicia cada circuito o aplicación, comenzando por una válvula de aislamiento y luego el resto de elementos.

También se instala un presos tato que es un elemento importante en el control y detección de la presión de suministro al cuadro. En muchas aplicaciones, la presión debe tener un determinado valor para que se permita su funcionamiento.

Hacia circuitos de utilización

2 3

Regulador general de presión

4 5

Presostato

Figura 1.39. Forma de iniciar las instalaciones neumáticas desde un armario neumático.


SIL

Neumática


Empleo de depósitos acumuladores de aire neumático. Cuando hay una utilización con muchos aparatos que entran en servicio al mismo tiempo, o algunos de los aparatos tienen elevado consumo, o la tubería de aprovisionamiento es muy larga, se recurre a la instalación de depósitos acumuladores, cuya capacidad varia entre 0,5 y 5 m3, disponiendo estos depósitos de los siguientes elementos y características:

Espesor de la chapa y construcción acorde con la capacidad y presión. Timbrado por el organismo competente respecto a su capacidad para trabajar a la presión de servicio que se indica en la placa de características, que estará pegada al recipiente. Válvulas manuales de aislamiento en la llegada y salida.

• · Válvula de seguridad regulada a la presión máxima de seguridad. • Válvula manual para purgar el recipiente.

Como ya sabemos, el aire tiene un grado de humedad que da lugar a que se acumule agua en tuberías, aparatos y depósitos, y que en este caso se evacua a través del grifo de purga.

vsO¡ ~.J

Purga

Válvula de seguridad

Figura 1.40. Depósito acumulador al inicio de una o varias instalaciones neumáticas para asegurar un suministro homogéneo.

© Ediciones

'M., :~,l,'r '~\i';\ x--·i·

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Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidróu/ica y electricidad

111 ESQUEMAS NEUMÁTICOS

Para efectuar el estudio de los circuitos neumáticos vamos a ir paso a paso, primero con cilindros de simple efecto, para pasar a los de doble efecto con incorporación paulatina de diversos aparatos y componentes.

1.7.1. Estudio de un circuito básico

En este apartado se estudia un circuito neumático para el mando de un cilindro neumático de doble efecto desde un distribuidor de accionamiento manual.

A continuación se presenta un circuito neumático y su desglose de elementos, con' la finaUdad de facilitar el estudio de los diferentes dispositivos que intervienen en

el circuito. Cilindro

Presión r:----(

Figura 1.41. Circuito neumático para en mando de un cilindro desde un distribuidor de accionamiento

manual.


Neumática

1.7.2. ·Principales elementos que encontramos en los circuitos neumáticos En este apartado estudiamos algunos de los elementos de regulación que vamos a encontrar en los esquemas neumáticos que se presentan a continuación.


Tecno/ogla y circuitos de aplicación de neumática, hidráulico y electricidad


Neumática

1.7.3. Diversas formas de mando de un cilindro de simple efecto

En los cilindros de simple efecto, la salida o entrada del vástago se hace por la presión del aire neumático, y el otro movimiento por efecto de una fuerza externa (un peso o carga) o por la acción de un resorte.

Esquerna 1

Mando de un cilindro de simple efecto, por medio de un distribuidor de dos posiciones (2p) y tres vías (3v) accionado manualmente.

El dish·ibuidor permanecerá en la posición cambiada en tanto no se vuelva a accionar la palanca.

©

Figura 1.42. Mando manual para cilindro de simple efecto, por medio de un distribuidor biestable

accionado manualmente.

El circuito dispone de los siguientes elementos:

1. Acometida. Inicio de la instalación. Conexión a la red neumática con presión.

2. Válvula de accionamiento manual.

3. Filtro.

4. Manorreductor.

5. Indicador de presión.

6. Engrasador.

7. Distribuidor manual de 2p y 3v.

8. Cilindro de simple efecto.

- Salida del vástago por la presión del aire del circuito.

- Entrada del vástago por presión exterior.

Esquema2

Representación gráfica del mando de un cilindro de simple efecto con resorte interior pilotado desde un distribuidor accionado manualmente (pulsador). Mientras se pulsa, se alimenta con aire neumático la cámara del cilindro para que el vástago realice


Tecno/ogío y circuitos de aplicoción de neumático, hidráulica y electricidad

la salida. Al dejar de pulsar, el distribuidor vuelve a la posición de reposo y el vástago hace la entrada.

Í Presión

Símbolo

N{ID:D

Figura 1.43. Esquema gráfico del mando de un cilindro de simple efecto desde un distribuidor

accionado por pulsador.

Esquema 3

Mando de un cilindro de simple efecto por medio de un distribuidor de 2p y 3v, tipo pulsador de accionamiento maiiual. Al cesar la fuerza que oprime al pulsador, el distribuidor vuelve a la posición inicial.

En este esquema se repiten los elementos citados en el ejercicio anterior, salvo el 7 que se ha sustituido por el 9.

El conjunto filtro, manorreducto1~ indicador de presión y engrasador, se sustituye por un símbolo único que simplifica el esquema.

e

(9) D

F R L

Figura 1.44. Mando manual para cilindro de simple efecto, por medio de un distribuidor tipo pulsador

accionado manualmente.

Esquerna 4

Representación gráfica para el mando de un cilindro de simple efecto desde un distribuidor de 2p/3v biestable (la corredera queda en la última posición pilotada) y está pilotado neumáticamente para las dos posiciones.


Neumática

Presión

t

A\ Escape

Símbolo neumático Presión Presión

Figura 1.45. Esquema gráfico para el mando de un cilindro de simple efecto desde un distribuidor

pilotado por aire exterior para las dos posiciones del émbolo del distribuidor.

Esquema 5

Mando de un cilindro de simple efecto por medio de un distribuidor de 2p y 3v pilotado neumáticamente (presión por aire), por medio de otro distribuidor de menor talla, pero también de 2p y 3v de accionamiento manual.

El distribuidor de maniobra se situará en el lugar que más convenga al pilotado del mismo.

0----fº..: ____ i p 1

- 1 e

D1

F R L

Figura 1.46. Mando manual para cilindro de simple efecto por medio de un distribuidor que está

pilotado por otro distribuidor accionado manualmente.

Esquema 6

Mando de un cilindro neumático de simple efecto por medio de un distribuidor de 2p Y 3v accionado eléctricamente mediante un electroimán que está pilotado por un pulsador que le suministra corriente eléctrica.

Hay distribuidores con accionamiento mixto, eléctrico y neumático.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumático, hidráulica y electricidad

El electroimán abre un paso a través del cual entra el aire a presión que empuja el émbolo del distribuidor, cambiándolo de posición.

La utilización de los distribuidores pilotados eléctricamente facilita muchísimo la consecución de maniobras complicadas, razón por la cual son muy empleados.

X e

F R L

Figura 1.47. Mando manual para cilindro de simple efecto, por medio de un distribuidor pilotado por

electroimán, versión muy utilizada.

Esquema 7 Mando de un cilindro de simple efecto desde dos distribuidores de 2p y 2v de accionamiento manual (pulsador), que debe ser pilotado de la siguiente manera:

Para que salga el vástago, pulsar en Dl. Mientras se pulsa, hay alimentación a Cl. Al dejar de pulsar, se corta la alimentación. Para que entre el vástago por efecto del resorte, pulsar en D2. Mientras se pulsa, está abierto el escape y, por tanto, el vástago va realizando la entrada hasta que se completa. Si se deja de pulsar en la maniobra de entrada, el vástago quedará en la posición que se encuentre en ese momento.

C1

Avance Retroceso

L R F G (S) t i-.-r,a---c:i- p


Figura 1.48. Mando para cilindro de

simple efecto desde dos distribuidores

accionados manualmente, uno para

la maniobra de salida y el otro para la

maniobra de entrada.

Neumática

Esquemas

Mando para un cilindro de simple efecto, con pilotado desde dos puntos. Esquema equivalente a lámparas conmutadas en alumbrado eléctrico.

El esquema de mando consta de un cilindro de simple efecto con retorno por resorte y salida por efecto de la presión, con mando por dos distribuidores de accionamiento manual, siendo uno de 2p y 5v y el otro de 2p y 3v.

El cambio de posición de cualquiera de los distribuidores hace cambiar igualmente la posición del vástago del cilindro.

p

Figura 1.49. Mando manual para un cilindro de simple efecto con retorno por resorte, por medio de

dos distribuidores accionados manualmente. Cualquiera de los dos que se accione hay modificación

en la situación del cilindro.

Esquema 9

Mando para un cilindro de simple efecto, con pilotado desde tres puntos. Esquema equivalente a lámparas conmutadas desde tres puntos en alumbrado eléctrico.

Este esquema supone un paso más sobre el ejercicio anterior y, al igual que aquel, consta de un cilindro de simple efecto con salida por presión neumática y retorno por resorte, con mando por dos distribuidores de 2p y 5v y uno de 2p y 3v de accionamiento manual.

Al actuar sobre cualquiera de los distribuidores de que consta el esquema, se efectúa el mando del cilindro que cambiará de posición.

Los Esquemas 8 y 9 son más didácticos que prácticos. Su interpretación y diseño nos ayudará a una mejor comprensión de esta tecnología en lo que se refiere a los distribuidores.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulico Y electricidad

01

F. 1 so. Mando manual para un cilindro de simple efecto con retorno por resorte, por medio de 1gura . . d.f · ·

tres distribuidores accionados manualmente. Cualquiera de los tres que se accione hay mo 1 1cac1on

en la situación del cilindro.

Esquema 10 . Para que el escape sea más rápido, suponiendo que Dl se encuentr,e ~ejos de Cl, se ~tercala en el circuito y próximo al cilindro una válvula de escape rap1do que dará salida al aíre haciendo que el vástago de Cl entre con mayor celeridad.

VER - Válvula de escape rápido. . El mando del cilindro Cl se realiza por medio de un distribuidor Dl, acc10nado m~nualmente. Cuando se acciona Dl, sale el vástago de Cl. Al dejar de pulsar Dl, la camara del cilindro se pone a escape, que lo hará a través del escape rápido.

01

Figura 1.51. Esquema para el mando de un cilindro de simple efecto con resorte por medio de un

distribuidor (pulsador) de 2p y 3v con válvula de escape rápido y silenciador.


Neumática

El mando del cilindro se realiza desde el distribuidor Dl, que se acciona manualmente (pulsador). Cuando se pulsa Dl, sale el vástago. Al dejar de pulsar, entra. Al dejar de pulsar Dl, la cámara del cilindro C1 se pone a escape al pilotarse SEL por la propia presión del cilindro y ponerse a escape.

Esquemall

Esquema enteramente neumático en el que D2 pilota a Dl, y este al cilindro Cl. El cilindro O es de doble efecto y realiza funciones de simple efecto. La entrada del vástago se hace por medio de una fuerza externa.

El vástago realiza la salida por efecto de la presión del aire sobre el émbolo de Cl. El retorno del vástago se realiza por medio de una acción externa, como puede ser el efecto de una carga u otro tipo de acción.

En este tipo de esquema puede instalarse una válvula antirretorno, que se colocaría antes del distribuidor Dl, así se conseguiría que una sobrecarga sobre el vástago de O no tuviera repercusión sobre la presión del aire neumático de la red.

El circuito neumático está protegido con una válvula de seguridad VS, tarada a 3 bar, para evitar que si la presión llega a este valor, el circuito se ponga a escape.

C1

vs 2,5 bar

p=2bar

Figura 1.52. Esquema para el mando de un cilindro de simple efecto desde un distribuidor que es

pilotado por otro distribuidor accionado por pulsador.

Esquema 12

Esquema para el mando de un cilindro neumático de doble efecto que debe ser pilotado de forma simultánea desde dos distribuidores Dl y D2, de accionamiento por pulsador, utilizando una válvula de simultaneidad.

La válvula de simultaneidad tiene la particularidad de que para que el aire a presión llegue a Cl, es necesario pulsar al mismo tiempo Dl y D2, ya que en caso de darse un


Tecno/ogla y circuitos de oplicoción de neumática, hidráulico y electricidad

intervalo, entre uno y otro accionamiento, la válvula de simultaneidad taponaría (cerraría) el aire que tiene que llegar a la cámara del cilindro.

Se trata de un esquema neumático de seguridad para el mando de cilindros que accionan prensas, punzonadoras, pilones, cizallas u otros elementos peligrosos para el operario que trabaja en este tipo de máquinas.

Si el cilindro neumático fuera de doble efecto, la salida de la válvula de simultaneidad pilotaría un distribuidor de 2p y 5v, y este al cilindro Cl.

C1

---~~t,,,....--..... VS

D1 D2

Figura 1.53. Esquema de seguridad para el accionamiento de una máquina con riesgo para el

operario que trabaja con ella.

Esquema13

Mando para un cilindro de simple efecto por medio de dos distribuidores de 2p y 3v, de accionamiento manual por pulsador, conectados en paralelo.

Para alimentar al cilindro C1 y que su vástago realice la salida, será necesario que se pulsen al wúsono y durante el mismo tiempo los dos distribuidores Dl y D2.

Se trata de una instalación de seguridad, ya que para que se realice la maniobra se requiere la condición de que estén accionados al mismo tiempo los dos distribuidores. Si se pulsa uno y el otro no, se manda el aire a escape y no al cilindro.


Neumática

C1

01 02

Figura 1.54. Instalación de seguridad para el mando de un cilindro de simple efecto, para que el operario

tenga las dos manos ocupadas con la maniobra, y no pueda hacer otras tareas al mismo tiempo.

Esquema14

Regulación de la velocidad de salida y entrada del vástago en cilindros neumáticos de s~mple efecto.1:~ estas cuatro aplicaciones que se hacen a continuación puede apreciarse la versatilidad de los cilindros de simple efecto respecto a la velocidad de salida y entrada del vástago.

El esquema de la Figura 1.55 corresponde a una aplicación de un regulador de caudal colocado en la alimentación de aire a un cilindro de simple efecto.

Tanto la alimentación como la evacuación de la cámara del cilindro se hace a través del mismo regulador.

RC

C1

Regulador de caudal bidireccional

Figura 1.55. Regulador de caudal bidireccional (el mismo en los dos sentidos).

El esquema de la Figura 1.56 corresponde a una regulación de caudal en la alimentac~ón del cil~~dro y, por tanto, en la salida del vástago. El retorno del vástago se hace sm regulac1on, escape libre.



RC

C1

Regulador de caudal unidireccional

Figura 1.56. Regulación de caudal en la alimentación de aire al cilindro.

El esquema de la figura 1.57 corresponde a una regulació~ ~e caudal de e~cape de un cilindro, es decir, a la entrada del vástago. No hay regulac1on para la maniobra de sa-

lida del vástago.

RC

C1


Figura 1.57. Regulación de cauda! en !a evacuación del aire del cilindro.

El esquema de la Figura 1.58 corresponde a la reg~lación in~iv idual de caudal, tanto en la llegada de aire al cilindro,como en la evacuación del mISmo.

La entrada y salida del vástago se realiza con regulación independiente.

RC1

RC2

C1



Figura 1.58. Regulación de caudal tanto en la alimentación como en la evacuación del aire del

cilindro.


Neumática

Esquema 15

Se presentan dos esquemas para el gobierno de un cilindro neumático de simple efecto que es pilotado desde un distribuidor de 2p y 3v o desde un distribuidor de 2p y 5v, ambos de accionamiento neumático.

C1 C1

D1 (*) Tapón T

X X

. p

Figura 1.59. Empleo de dos tipos de distribuidores para una misma maniobra.

Hay circunstancias en las que no se dispone del distribuidor necesario, en este caso 2p y 3v, o en las que interesa generalizar el material para reducir el repuesto.

En estos casos, hay una salida al problema, como la que aquí se presenta, utilizando un distribuidor de 2p y Sv al que se le tapona una vía (*), con lo que el distribuidor queda convertido en 2p y 3v. El taponado de vías y orificios se señala con (T).

1.7.4. Representación gráfica de las maniobras de un cilindro de doble efecto

El esquema gráfico representa los elementos principales del mando de un cilindro neumático de doble efecto, como es el distribuidor, que en este caso es de 2p y Sv.

Cilindro neumático de doble efecto

Las partes principales del cilindro son:

• Émbolo. Parte móvil del cilindro que es empujada por la fuerza (presión) del aire neumático. Por el lado del vástago tiene menor superficie útil de empuje o sección que por el lado opuesto que es de mayor sección. Cámara. Corresponde al interior del cilindro donde se desliza el émbolo y se distingue la cámara por el lado sin vástago y la cámara por el lado del vástago. Vástago. Elemento mecánico que realiza con la fuerza de su empuje la tarea que se le encomienda (un trabajo).



Distribuidor neumático Su finalidad es la de conducir el aire neumático en la dirección que convenga en cada caso. El distribuidor consta básicamente de una base con agujeros (vías) y una corredera que toma diferentes posiciones, dos, tres o cuatro, y que puede ser movida por efecto de un resorte, aire a presión, empuje manual o mecánico y la fuerza de un elec-

troimán.

Tuberías Las tuberías son otro elemento importante del circuito y su misión es la de conducir

el aire neumático.

Complementos Otros elementos de la instalación son: filtrado, regulación, engrase y otros elementos

complementarios que iremos estudiando.

Pilotado _2$...+

Cámara

Vástago

Cilindro neumático

: Distribuidor

!al:,:==========· .--- Presión

y ....-Pilotado

I:!::.===· .¡:¡: . . :,: .. :,::. ¡:¡: .• ¡;;¡:.====· ..-- p

Figura 1.60. Esquema gráfico de funcionamiento de un cilindro de doble efecto por medio de un

distribuidor de 2p y 5v.


Neumática

Funcionamiento

En la posición representada del distribuidor en el circuito del cilindro, el aire neumático entra por 1 y sale por 4 llegando al cilindro por el lado de la cámara con vástago, estando el lado contrario a escape a través de 3 en el distribuidor.

En la parte inferior del esquema se representa al distribuidor pilotado por Y, con lo qu~ la corredera cambi~ de posición y el aire que entra por 1 se encamina por 2 hacia el embolo por su lado hbre, con lo que hará la salida del vástago.

Al volver a pilotar el distribuidor por X el vástago hará su entrada en el cilindro.

1.7.5. Diversas formas de mando de un cilindro de doble efecto

En los cilindros de doble efecto, los movimientos de vástago, salir y entrar, se hacen por medio de la presión del aire neumático del circuito.

Esquemal

Mando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y Sv accionado manualmente.

C1

Figura 1.61. Mando de cilindro de doble efecto desde un distribuidor accionado manualmente.

Esquema2

1:ando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y Sv acCionado manualmente (pulsador), con retorno a la posición de reposo por medio de un resorte.

Figura 1.62. Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor accionado manualmente por

botón pulsador



Esquema3

Mando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y 5v con mando neumático y retorno a la posición de reposo por medio de resorte que puede ser mecánico (resorte) o por presión diferencial.

X C1

DI !I 1

1 G F R L 1 P~i (S)'!

Figura 1.63. Mando para cilindro de doble efecto desde un distribuidor con pilotado neumático para

una posición.

Esquema4

Mando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y 5v pilotado eléctricamente. Retorno de la corredera a la posición de reposo por medio de un resorte, una vez desexcitada la bobina.

G F R L p~¡ (S)'!

Figura 1.64. Mando para un cilindro de doble efecto desde un distribuidor con pilotado eléctrico

(electroválvula) para una posición y resorte para la otra.

Esquema5

Mando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y 5v con doble pilotado eléctrico.

La corredera del distribuidor es biestable, es decir, que se queda en la última posición pilotada.

El pilotado del distribuidor se hace desde dos distribuidores de 2p y 3v pilotados eléctricamente.

l,l

D--EV2_,_1• __ 11

;EV1 Figura 1.65. Mando para cilindro de doble efecto desde un distribuidor biestable, pilotado por

electroválvulas para las dos posiciones.


Neumática

Esquema 6

Mando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y 5v biestable, con pilotado neumático para los dos sentidos.

D,: C1

111 ¡ G F R L

1 1 ~¡ <9 'I p

Figura 1.66. Mando para cilindro de doble efecto por medio de distribuidor pilotado neumáticamente

para las dos maniobras.

Esquema 7

Mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 2p y 3v, con pilotado neumático para los dos sentidos.

Sin pilotado, el distribuidor está en posición Y que tiene pilotado permanente y hace la función de resorte. Cuando se pilota X, cambiará el distribuidor de posición por tener mayor sección X que Y, y por tanto, más fuerza.

C1

~f 1111= ==;J= r D ~t-y ___ l ___ __.l L--..J

Figura 1.67. Mando para cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor pilotado

neumáticamente por efecto diferencial.

Nota: esta forma de pilotado es equivalente a un distribuidar de dos posiciones con resorte. Se utiliza mucho en los circuitos neumáticos. Aunque no la representemos, debemos saber que existe y se emplea.

Esquema 8

Mando de un cilindro de doble efecto por medio de un dístribuidor de 3p y 4v pilotado por electroválvulas, quedando en posición centro cerrado cuando no hay pilotado:

Cuando se pilota EVl, sale el vástago. • Cuando se pilota EV2, entra el vástago. • Si se deja de pilotar, el vástago queda en la posición que se encontraba en

ese momento.



C1 EV2

D

EV1

Figura 1.68. Mando para un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de tres posiciones,

siendo la de centro cerrado la posición de reposo (sin ningún pilotado}.

Esquema 9

Esquema equivalente al estudiado en la Figura 1.61 (Esquema 1). Se representa el distribuidor de 2p y 5v en una posición (posición A) en la que el vástago del cilindro Cl está dentro, cuando se cambia manualmente la posición de la corredera del distribuidor, se alimenta el cilindro para que el vástago realice la salida (posición B).

C1

Figura 1.69. Representación teórica de un distribuidor de 2p y 5v accionado manualmente, para

alimentar un cilindro de doble efecto.

Esquema 10

Esquema equivalente al estudiado en la Figura 1.64 (Esquema 4). El esquema representa el distribuidor (D) de 2p y 5v y su pilotado por electroválvula.

Se representa la instalación en reposo (vástago dentro). En la parte inferior del esquema se representa la electroválvula alimentada por corriente eléctrica y con el circuito dispuesto para la salida del vástago.


Neumática

C1

t Escape

L

D Distribuidor N

D EV ~-t i

i p

ELECTROVÁLVULA

Figura 1.70. Representación teórica de un distribuidor pilotado por electroimán y aplicado al mando

de un cilindro de doble efecto.

1.7.6. Diferencias de mando entre un cilindro de simple efecto y otro de doble efecto

En el esquema representado en la Figura 1.71 podemos apreciar las diferencias entre los dos tipos de circuitos que hemos estudiado en los apartados anteriores.

Cilindro de simple efecto

Solo se alimenta con una tubería. El distribuidor es de 2p y 3v, con accionamiento manual por pulsador.

Cilindro de doble efecto

• Necesita dos tuberías entre el distribuidor y el cilindro . • El distribuidor es de 2p y 5v, con accionamiento manual por palanca .



G p C'l·--OCl--1

F R E

Simple efecto

D2

C2

Doble efecto

Figura 1.71. Comparación entre circuitos para cilindros de simple efecto y de doble efecto.

OTRAS FORMAS DE MANDO DE CILINDROS NEUMÁTICOS

En este apartado se estudian otras formas de mando de cilindros neumáticos que complementan lo estudiado en los apartados anteriores.

Esquemal Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y Sv biestable, con pilotado neumático para las dos posiciones, quedándose en la última en que se ha pilotado. El pilotado se hace desde dos distribuidores de 2p y 3v accionados manualmente por pulsador:

Cuando se pulsa D2 se selecciona salida del vástago. Cuando se pulsa D3 se selecciona entrada del vástago.

C1

02 03

Figura 1.72. Mando para un cilindro de doble efecto con toda la maniobra realizada neumáticamente.


Neumática

Esquema2

Esquema igual al de la Figura 1.72 (Esquema 1) realizado de forma didáctica para que veamos el comportamiento de los distribuidores y el encaminamiento que tiene el aire neumático.

t (A)

p

Figura 1.73. Representación teórica de una maniobra toda neumática, para el mando de un cilindro

de doble efecto.

Representación A: distribuidor D3 cambiado de posición (pulsado) respecto a la posición que tiene en el esquema.

Esquema 3

Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y Sv biestable, con doble pilotado eléctrico, y mando por medio de pulsadores eléctricos.

Como podemos apreciar, la incorporación de la electricidad a la neumática hace mucho más simple la maniobra y con más posibilidades de incorporarse a un sistema automatizado.

Este esquema tiene las mismas prestaciones que el estudiado en la Figura 1.73 (Esquema 2).



L N

F R L

S1 IT1

S2 m

EV2

i

P~·----0<:1-41(9~~--~::t:::t:====:n~.~~ EV1

Figura 1.74. Mando eléctrico por pulsadores, para un distribuidor biestable accionado por

electroválvulas.

e

La Figura 1.75 muestra un electroimán en el que se aprecian sus principales elementos, como son la parte fija con sus orificios y la corredera con el resorte que lo mantiene en una determinada posición mientras no se alimente la bobina (electroválvula).

Cuando se alimente la bobina, la corredera tiende a centrarse en el circuito magnético creado, con lo que abre el orificio inferior y tapona el orificio superior, así se mantendrá mientras la bobina esté alimentada. Cuando se deja de alimentar la bobina, el conjunto vuelve a la posición de reposo, tal como se representa en la figura.

La electroválvula se utiliza para pilotar distribuidores o como un elemento más de maniobra, ya que equivale a un elemento de 2p y 3v.

Figura 1.75. Representación de una electroválvula.


~EV

( Símbolo equivalente

Neumática

Esquema4

Mando para un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y 5v pilotado por electroválvula con resorte, cuyo electroimán está pilotado por un circuito eléctrico.

Se puede mandar salida pulsando en S3 o S4, y retroceso, pulsando en S1 o S2 indistintamente. Cuando se pulsa salida, el circuito eléctrico queda alimentado en esa posición, hasta que no se haga el paro (entrada del vástago).

C1

L R

'

Figura 1.76. Mando eléctrico desde dos puntos (salir o entrar vástago) para un cilindro de doble

efecto.

Esquema 5

Mando de un cilindro neumático de doble efecto desde dos puntos indistintamente. El esquema está representado con el vástago del cilindro Cl dentro. Este criterio se aplica como norma general en toda la obra, aunque puede haber excepciones. En la parte inferior del esquema se representan los distribuidores con su posición cambiada, para poder comprobar su funcionamiento.

Mediante los dos distribuidores Dl y D2 se puede conseguir cambiar la posición del vástago, de manera que si acciona Dl, el vástago realizará la salida. Si se acciona Dl o D2, el vástago realizará la entrada. Cada vez que se accione un distribuidor, cambiará la posición del vástago.

La presión sobre el émbolo y, por tanto, la fuerza de empuje se puede modificar por medio del regulador de presión (manorreductor).



C1

p

D1 D2

Figura 1.77. Mando de un cilindro de doble efecto desde dos puntos indistintamente por selección

manual.

Esquema6 Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y Sv con pilotado por electroválvula para una posición y resorte para la otra. En esta aplicación, los escapes colocados en el distribuidor están regulados por medio de un RC (re~la~or de caudal) colocados en los escapes del distribuidor, para controlar los dos movmuentos

del vástago.

D1

EV1

RC1

C1

RC2 E R F

(91

Figura 1.78. Esquema que aplica una regulación de caudal para los dos movimientos del vástago.


Neum6tica

Esquema 7

Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y 5v con pilotado por electroválvula para una posición y resorte para la otra. En esta aplicación, los escapes están equipados con silenciadores (SIL) para reducir el ruido que se produce en la evacuación de un volumen de aire a presión, en su salida a la atmósfera.

C1

D1

S1L1 S1L2

~ Silenciador de escapes

E R F

iS) 1

Figura 1.79. Esquema que aplica silenciadores a los escapes de aíre a presión en su salida a la

atmósfera.

Esquemas

Circuito neumático para el mando de un cilindro de doble efecto Cl, por medio de un distribuidor Dl de 2p y Sv, con pilotado en un sentido por electroimán EVl y retorno por resorte.

La particularidad de este circuito está en que a ambos escapes del distribuidor se les ha añadido un regulador de caudal RCl y RC2, con lo se puede regular la velocidad de avance y retroceso del vástago Cl. También incorpora silenciadores en ambos escapes.

Los reguladores de caudal lo son en un sentido y están compuestos por un elemento antirretorno y un regulador de caudal.

La función del silenciador es la de reducir los elevados n iveles de ruido (especialmente en lugares silenciosos) producidos por los escapes a la atmósfera del aire a presión que se almacena en las tuberías, aparatos, cámaras y recipientes. El ruido es uno de los problemas a combatir cuando se hace el estudio de la instalación, especialmente cuando se trata de instalaciones complejas con muchos elementos que se accionan al mismo tiempo.

En muchas instalaciones, el silenciador puede ir acompañado por un regulador de caudal que se coloca en los escapes de los distribuidores.



C1

RC1 RC2

01

SIL G SIL L------t><J---1!)• p

Figura 1.80. Empleo de silenciadores para reducir el ruido y reguladores de caudal para regular la

velocidad del vástago.

SIL_ Silenciador¡ RC _ Regulador de caudal; Dl - Distribuidor; Cl - Cilindro; G - Gri

fo; L-R-F - Lubricador-Reductor-Filtro.

Nomenclahlfa de los aparatos que intervienen en la instalación:

Nota: esta nomenclatura con descriptivo no se generaliza para todos los esquemas, p_ara no hacer m~y extensa la obra, sin embargo, en todo esquema o circuito, cuantos más datos se proporcionen me¡or sera para las personas que trabajan sobre planos y documentos técnicos, dado que les faa lita la tarea.


Neumótica

Esquema9

Circuito neumático para el mando de un cilindro de doble efecto, pilotado desde un distribuidor Dl de 2p y 5v, de accionamiento por electroválvula y retorno por resorte. El circuito incorpora un temporizador.

T EV C1

Figura 1.81. Cilindro de doble efecto que tiene temporizado el movimiento de entrada del vástago.

Cuando el distribuidor cambia de posición al recibir una señal eléctrica, el vástago del circuito del cilindro inicia su salida de forma inmediata. Esta salida se hace de forma rápida, ya que el circuito no tiene ningún impedimento.

Al cambiar de nuevo la posición del distribuidor para que el vástago inicie la entrada (returno), esta no se hará hasta que pasado un tiempo, previamente reglado en el temporizador neumático, abra el paso del aire para alimentar al cilindro.

La presión que el distribuidor envía al cilindro para que el vástago realice la entrada se encuentra con el temporizador y el antirretorno, razón por la cual, hasta que el temporizador pilotado por la presión del circuito no abra el paso, no se ejecutará la maniobra.

La Figura 1.82 es una variante de la utilización del temporizador, que en esta aplicación se ha intercalado en el circuito de maniobra del distribuidor, para retardar la maniobra del mismo durante un tiempo, desde que se da la señal de cambio.

T

Figura 1.82. Temporizador neumático empleado en el retardo de la señal de mando de un distribuidor.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulico y electricidad

Esquema 10 Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y 5v con pilotado neumático para una posición y retorno por resorte.

El distribuidor Dl está pilotado por un programador mecánico (pequeño motoneductor) que acciona una leva, y esta, al distríbuidor D2, de 2p Y 3v. El vástago hará su salida cada vez que la leva accione el distribuidor, y la entrada, cuando el distribuidor vuelva a la posición de reposo.

C1

Figura 1.83. Cilindro de doble efecto cuyo distribuidor D1 está pilotado por un programador a leva.

Esquema 11 Selección de la fuerza de empuje del vástago de un cilindro neumático. En este caso, se pretende que la fuerza de entrada sea igual a la fuerza de salida.

Se trata de un cilindro de doble efecto, cuyas características son:

Sección útil del émbolo por el lado del vástago: s = 71,5 cm2•

Sección del embolo por el lado sin vástago: S = 78,5 cm2•

• Presión de empuje por el lado con vástago: 4 bar. Determinar el reglaje a realizar en el regulador de presión RP2.

Fv = s · p = 71,5 X 4 = 286 daN

F = S · p 1 = 78,S · p 1 = 286 daN

P = E. = 286

= 3 64 bar 1 s 78,5 ,

El manómetro M2 del reductor de presión RP2 deberá marcar 3,64 bar.

1 bar "" JO N/cm2"" 1 daN/cm2


C1

RC1

D

EV

P1

~F2 ~F1

F1 = F2

RC2

p2 = ?, dependerá de las secciones s y S.

Neumática

Figura 1.84. Esquema neumático en el que la fuerza ejercida por los dos lados del émbolo es la

misma.

Nota: si se pretenden regulaciones diferentes a las de la presión de la red, se tendrían que poner reguladores de presión en la tubería de alimentación para la salida del vástago y en la tubería de alimentación para la entrada del vástago (ver Esquema 13).

Esquema 12

Circuito neumático para el mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de accionamiento manual de 2p y Sv.

Como quiera que se requieren movimientos rápidos del émbolo, y dado que el distribuidor está alejado del cilindro, se han instalado escapes rápidos próximos al cilindro.

Las válvulas de escape rápido VER son autopilotadas por la presión del circuito y, al estar situadas junto al cilindro, permiten un escape rápido del aire sin tener que hacer todo el recorrido de la tubería.



C1

Figura 1.85. Esquema neumático que emplea válvulas de escape rápido.

Esquema13

Circuito neumático con regulación independiente de la fuerza de salida y entrada del vástago del cilindro Cl.

C1

M1

AR1 AR2

01

X

E F

Figura 1.86. Regulación de la fuerza de empuje del vástago en sus maniobras de salida y entrada.

Maniobra de salida del vástago:

Pilotado del distribuidor Dl a través de X (presión neumática). Regulación de la presión neumática por medio de RPl. Escape normal a través de AR2.


Neumática

Maniobra de entrada del vástago:

Pilotado del distribuidor accionado por el resorte, al cortar la alimentación neumática a X. Regulación de la presión neumática por medio de RP2. Escape normal a través de ARl.

Nomenclatura de los aparatos que intervienen en la instalación:

Esquema14

Mando de un cilindro de doble efecto (Cl) por medio de un distribuidor D2, de 2p y 4v, con pilotado por aire desde otro distribuidor Dl, de 2p y 3v.

El pilotado neumático de (Y) tiene mayor fuerza que el pilotado desde (X), por lo que siempre que se pilote Dl, cambiará la posición de D2, por que se trata de efecto diferencial, que ya se ha estudiado.

© Ediciones Paraninfo• 91


C1

AC1

Figura 1.87. Distribuidor (D2) con pilotado neumático para las dos posiciones del distribuidor, siendo

una de ellas por efecto diferencial.

Esqttema 15

Mando para un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 2p y Sv accionado manualmente.

En algunas aplicaciones, cuando la capacidad del cilindro es muy grande, el circuito requiere en la proximidad del cilindro, un depósito acumulador para que la alimentación sea regular, y por tanto, la salida y retorno del vástago se haga a una velocidad normal, sin altibajos.

Cuando la distancia desde el compresor es larga yla sección de la tubería escasa, y además, hay otros elementos de consumo, puede darse la circunstancia, que debido al gran caudal que se necesita puntualmente, sea causa de una pérdida de carga para todo el circuito, por lo que es aconsejable poner un acumulador lo más próximo a la utilización.

C1

Depósito acumulador

p

G

Figura 1.88. Empleo de un depósito acumulador de aire para compensar consumos elevados y puntuales.


Neumática

111 MOTORES NEUMÁTICOS

El motor neumático tiene diversas utilidades bien sea en un sentido de giro o en dos. Una variante del motor son los vibradores neumáticos con bola de inercia.

Esquema1

Circuito para el mando de un motor neumático con pilotado desde un distribuidor de 2p y 3v de accionamiento manual.

El motor tiene un solo sentido de giro y regulación de velocidad por medio de un regulador de caudal.

El esquema se inicia con un filtro, manorreductor y lubricador. Como puede apreciarse, el mando del motor neumático resulta muy sencillo, y es equivalente al m ando de un cilindro de simple efecto.

G F R L P 0· --c:,,(1--...¡ 1 ~ MN

Figura 1.89. Mando manual para motor neumático con variación de velocidad en un sentido de giro.

Esquema 2

Circuito para el mando de un motor neumático con pilotado desde un distribuidor de 3p y 4v de accionamiento manual.

El motor tiene dos sentidos de giro y regulación de caudal individual para cada sentido de giro, lo que hace que la velocidad pueda ser variable. Como puede apTeciarse, el mando del motor neumático resulta muy sencillo, y es equivalente al mando de un cilindro de doble efecto.

2 D

MN

Figura 1.90. Mando para un motor neumático con variación de velocidad y dos sentidos de giro (inversión).



Esquema 3

Mando para un motor neumático con dos sentidos de giro, con regulación de la velocidad de rotación para los dos sentidos de giro

La selección de rotación se hace por medio del distribuidor Dl, de 3p y 5v, con centro cerrado y que es accionado por las electroválvulas EVl y EV2:

Pilotando EVl: giro a la derecha. Pilotando EV2: giro a la izquierda.

F R L p ~.~-"~-~~ : (S)

EV2

D1

EV1

- RCl y RC2 - Reguladores de caudal y velocidad. - F-R-L - Equipo de acondicionamiento del aire. - M.N - Motor neumático.

RC1 RC2

Figura 1.91. Mando para un motor neumático con variación de velocidad (dos sentidos de giro).

Esquema4

Este sistema de regulación permite que a partir de una velocidad de consigna se pueda mantener la misma a través del equipo electrónico, por diálogo permanente con la dinamo tacométrica (DT) acoplada al eje del motor, al actuar sobre la válvula reguladora de caudal VRC.

La válvula VRC, además de abrir el paso al aire neumático hacia el motor, lo regula para así mantener la velocidad de consigna.


G pc-:---r>0--1

Electrónica de regulación

VRC

Motor con un sentido de giro

Neumática

Figura 1.92. Mando para un motor neumático con variación de velocidad y control electrónico con un

sentido de giro.

- APLICACIONES NEUMÁTICAS

En este apartado se presentan diversos esquemas que nos ayudarán a la mejor comprensión de los circuitos neumáticos, sus aparatos y sus muchas posibilidades, tanto que sean circuitos enteramente neumáticos o que incluyan elementos eléctricos u otros.

1.10.1. Circuitos con maniobra neumática

Esquema 1

Esquema para el mando de un cilindro de doble efecto, que cada vez que se pulsa en el distribuidor Dl, el vástago realiza la maniobra de salida y retorno de forma automática.

Los elementos del circuito serian:

Equipo regulador constituido por filtro, manorreductor y engrasador. Distribuidor Dl de 2p y 3v de accionamiento manual por pulsador y resorte. Distribuidor D2 biestable, de 2p y 5v con pilotado neumático para las dos posiciones.

• Distribuidores D3 y D4 de 2p y 3v de accionamiento mecánico. • Un conjunto de regulador de caudal para regular la velocidad de salida

del vástago. Cilindro de doble efecto.



04i 03 . r , r--1 1 1 1

: ~----:----..1 1 1 1 1 l 1 1 t 1 1 1 1 1 1 1 L __ l ----'-----

1 1 1 1 1 1 1 1 1 L 1

l_¡~~---... --~ Figura 1.93. Esquema de la secuencia de funcionamiento de un cilindro que hace la salida lenta y la

entrada rápida.

El funcionamiento sería el siguiente:

Al pulsar en D1, a través de D3 llega aire de pilotado a D2 por X, con lo que este cambia su posición, de manera que el vástago del cilindro realiza su salida a una velocidad regulada. Al llegar el vástago al final de su recorrido quedará concluida la maniobra. Será en este momento cuando quede accionado D4, quien dispone el circuito para que pueda realizarse el ciclo de entrada del vástago cuando así se solicite.

• Estando accionado D4, al pulsar Dl llega aire de pilotado a D2 por Y, con lo que este cambia su posición para que el vástago realice la operación de retorno (entrada). Cada vez que se pulsa en Dl se realiza una maniobra, siempre la contraria de la anterior.

Esquema 2

Esquema para el mando de un cilindro de doble efecto, en el que cada vez que se pulsa en Dl, el vástago realiza el ciclo completo de salida y retorno del vástago después de un tiempo de haber concluido la salida.

Los elementos del circuito serían:

Conjunto regulador de presión y acondicionadores del aire neumático. Distribuidor Dl de 2p y 3v de accionamiento manual por pulsador.


•

Neumática

Distribuidor D2 de 2p y 4v de pilotado neumático biestable para las dos posiciones. Distribuidor D3 de 2p y 3v de accionamiento mecánico. Hace función de fin de curso. Temporizador T neumático. Cilindro de doble efecto C1 con retorno amortiguado (frenado) .

C1

D2

Figura 1.94. Esquema que incorpora un temporizador para retardar la entrada del vástago.

El funcionamiento seria el siguiente:

Al pulsar en Dl llega aire a D2 por X, con lo que el distribuidor cambia de posición y lo dispone para que el vástago realice su salida. Al llegar el vástago al final de su recorrido, acciona el final de curso D3 que dejará pasar aire para pilotar D2 por Y, operación que no se realizará hasta que el temporizador T abra el paso hacia Y. Será en este momento, cuando D2 cambie su posición para que el aire a presión llegue al cilindro para que el vástago realice la entrada. Cada vez que se pulse Dl, el cilindro realiza el ciclo que se ha descrito.

Esquema 3

Diversas aplicaciones de cilindros neumáticos que disponen de émbolo y no del vástago tradicional. En estos casos, será el embolo o su prolongación exterior el elemento que mueve el dispositivo.

1. Desplazamiento de una puerta o una corredera, una bancada de máquina, etc. La longitud del desplazamiento es igual a la carrera del émbolo. El mando es manual desde un distribuidor de 3p y Sv, con posición de centro cerrado, por lo que en esta posición, el émbolo queda bloqueado.



e

+----' ----!> D

Figura 1.95. Empleo de un cilindro con un solo vástago.

2. Giro de un redondo o eje, a partir de un cilindro con émbolo sin vástago. El eje girará a derecha o izquierda, según sea la posición del distribuidor y el sentido de desplazamiento del émbolo. El mando es manual desde un distribuidor de 3p y 5v, con posición de centro cerrado, por lo que en esta posición, el émbolo queda bloqueado.

e

Figura 1.96. Aplicación de un cilindro sin vástago para conseguir el movimiento de un tambor.

3. Una forma de aumentar el espacio de recorrido. En este caso, multiplicado

por dos. Un juego de poleas aumenta el recorrido del émbolo (carrera). El cilindro tendrá el mando que interese a la aplicación.

Figura 1.97. Aplicación de un cilindro sin vástago ampliando el recorrido del émbolo.


Neumática

4. Complejo sistema para hacer que dos soportes de pistolas de pintura, se desplacen en el sentido que se indica en la figura. El cilindro tendrá la maniobra que corresponda a su aplicación.

---Figura 1.98. Otra aplicación de un cilindro sin vástago.

5. Accionamiento de un cilindro de doble efecto y sin vástago, pilotado desde un distribuidor de 2p y 5v con accionamiento por electroimán para una posición y resorte para la otra, con regulación de caudal para controlar la velocidad en los desplazamientos, tanto hacia la derecha, como hacia la izquierda. El vástago tiene a ambos lados un cable guiado por ruedas acanaladas (roldanas), que permiten el desplazamiento de una pieza, una persiana, u otro elemento desplazable. El émbolo tiene amortiguación en el final de ambos desplazamientos.

C1

RC1 RC2

EV1

Figura 1.99. Cilindro con émbolo sin vástago con regulación de velocidad para ambos

desplazamientos.



Esquema 4

Gobierno de un cilindro de doble efecto, de manera que cada vez que se pulsa el distribuidor D2, el vástago hace automáticamente la salida y su entrada a continuación.

El distribuidor Dl es biestable con accionamiento neumático. Se queda en la última posición pilotada.

Pulsando en D2, se cambia la posición de Dl por X, iniciando el vástago la salida. Cuando el vástago completa su salida, acciona D3 que pilota a Dl por Y, cambiando su posición e iniciando el vástago de C1 su entrada, con lo que concluye el ciclo.

,----1 1 L

D1

C1

~~l ~I

1 1 r-----------------~ 1

1 r---------~ 1 1

---,---, 1 y 1 1 1

J 1 1 - 1 1

~¡

Figura 1.100. Secuencia de funcionamiento de un cilindro de doble efecto en el que la maniobra es

enteramente neumática.

Esquema 5

Esquema equivalente al anterior, pero en este caso, en versión eléctrica.

Gobierno de un cilindro de doble efecto, de manera que cada vez que se pulsa en Sl, el vástago hace automáticamente la salida y su entrada a continuación.

El distribuidor Dl de 2p y 5v es biestable. Se queda en la última posición que se ha pilotado, y tiene doble pilotado eléctrico por electroimán.

Pulsando en Sl, se cambia la posició1i de Dl por medio de EVl, iniciando el vástago la salida.

Cuando el vástago completa su salida, acciona el final de cerrera S2 que pilota a Dl por EV2, cambiando su posición e iniciando el vástago de Cl su entrada, con lo que concluye el ciclo, tal como se aprecia en el diagrama que acompaña al esquema.


EV2

L

R (S) F

G P C'l-~-00---'

C1

EV1

Neumótica

S1f

~E5-J

r N L

Figura 1.101. Secuencia de funcionamiento de un cilindro de doble efecto en el que la maniobra es

enteramente eléctrica.

Esquema 6

Esquema enteramente neumático para la salida y entrada del vástago del cilindro C1 de forma automática.

C1

D2 -1---t; 1 1 1 1 1 1

RC1

r----------

l_~~-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

--------~------~ 1 1 1 L R F G

(S) 1 I--O<Jl---0· p

Figura 1.102. Esquema enteramente neumático para el mando de un cilindro de doble efecto que

realiza en automático el ciclo de salida/entrada.


I_


El elemento principal es el distribuidor biestable Dl de 2p y Sv con pilotado neumáti

co para las dos posiciones. Al pulsar D4 se pilota Dl a través de X que al cambiar de posición se inicia el ciclo de salida/entrada del vástago de Cl. Para que se pueda realizar esta maniobra es necesario que D2 est.é accionado, tal como se representa en el esquema.

Al llegar el vástago al final de su recorrido, acciona el distribuidor D3, que al cambiar su posición pilota Dl por Y que cambia su posición para alimentar al cilindro para

que su vástago realice la entrada. Al completar el vástago su entrada, acciona al distribuidor D2 que vuelve a suministrar presión al distribuidor Dl para cuando se vuelva a pulsar se realice un nue-

vo ciclo.

Esquema 7 Esquema que permite trabajar con dos presiones diferentes, previamente regladas a 5

u 8 bar de presión. Mediante el conmutador (Q) se selecciona la presión con la que se quiere trabajar, elec-

troválvulas EV1 o EV2. El selector se encarga del encaminamiento de la presión seleccionada.

El cilindro Cl está alimentado desde un distribuidor de 2p y 5v que está pilotado por

un electroimán para una posición y resorte para la otra.

C1 N

L

\ 0 _ i(s~ar

n 5 bar

0 3

EV3

Figura 1.103. Mando de un cilindro de doble efecto con posibilidad de aplicarle dos presiones

diferentes.

Posición O del conmutador Q: no hay selección de presión para la utiliza

ción.


Neumática

Posición I del conmutador Q: se acciona el distribuidor Dl a través de EVl sumin istrando al circuito una presión de 5 bar.

• Posición II del conmutador Q: se acciona del distribuidor D2 a través de EV2, suministrando al circuito una presión de 8 bar.

Los reguladores de presión Rl y R2 han sido previamente reglados.

1.10.2. Esquemas varios (especiales)

Estos esquemas incluyen elementos especiales y otros fluidos además del neumático y la electricidad.

Esquema1 Mandó de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor D de accionamiento manual de 3p y 4v.

El empuje del vástago del cilindro Cl se hace con aceite que llega desde un depósito Dep. Cuando el distribuidor D se posiciona en l , manda aire a presión al depósito Dep. Esta presión hace que el aceite o fluido hidráulico fluya por la tubería y llene la cámara del cilindro Cl, cuyo vástago realizará la salida.

La ventaja de utilizar aire-aceite viene dada por ser el aceite menos compresible y más uniforme, lo que permitirá una salida más regular del vástago. Además, absorbe las variaciones de carga sin que apenas tenga repercusión sobre la uniformidad de la salida y postel'ior posicionamiento.

La velocidad de salida y entrada del vástago está regulada por sendos elementos reguladores de velocidad.

Para el retorno del vástago se alimenta la otra parte de la cámara con aire, poniendo el distribuidor D en la posición 2. El aceite regresa al depósito

Si estando el vástago en movimiento, se pone el distribuidor en la posición C que es de centro cerrado, el vástago quedará bloqueado en la situación en que se encuentre en ese momento.

RC2

C1

Figura 1.104. Cilindro con salida del vástago empujado por aceite y entrada con empuje por aire.



Esquema 2

Depósito con líquido calentado por el vapor que pasa por un serpentín. La temperatura del fluido está controlada por una caña o sonda pirométrica.

Hay dos tipos de sondas pirométricas:

Sonda pirométrica directa. Este elemento pirométrico permite el paso de vapor, mientras la temperatura del recipiente no alcance de los límites de reglado de la sonda.

• Sonda pirométrica inversa. Elemento neumáticamente contrario al anter ior. No pasa vapor hasta que una determinada temperatura permite cortar el paso de aire.

El esquema es un ejemplo de aplicación de una sonda pirométrica directa. En esta aplicación se trabaja con presiones muy bajas.

El esquema consta de un regulador de caudal unido a una válvula inversa (no hay paso de vapor si la válvula no está activada). De esta unión sale una derivación hacia la sonda pirométrica. Cuando la caña pirométrica está a escape porque detecta una temperatura denh·o de los IÍlilites establecidos, no hay pilotado de la válvula inversa (VI). Cuando baja la temperatura de los lÍlilites establecidos o reglados, la sonda cierra el escape y se activa la válvula (VI) que abre el paso de vapor. Cuando se calienta el liquido del recipiente, la sonda se pone a escape, y deja de estar pilotada la válvula que corta el paso del vapor.

· Vapor

Sonda pirométrica

M

Figura 1.105. Circuito neumático para el mando de una válvula inversa (VI) pilotada desde una sonda

pirométrica.

Esquema 3

Regulación de la velocidad de entrada del vástago del cilindro Cl por medio de otro cilindro hidráulico C2 con regulación de caudal RC1. Los cilindros Cl y C2 tienen sus vástagos unidos solidariamente.


Neumático

Cuando ~al~ el vástago de Cl, también sale el de C2, arrastrado por el primero. En este mov1m1ento hay una cierta regulación o uniformidad de movimiento, por estar C2 cargado con un fluido hidráulico. .

El retorno de los vástagos se hace lentamente, al pasar el fluido de C2 por un regulador de caudal RC1, de un lado de la cámara C1, al otro de C2.

La salida de los vástagos se efectúa cuando EVl pilota a Dl. La entrada de los vástagos se hace cuando el distribuidor DI vuelve a su posición de reposo (EVl des . tado). conec

El cilindro regulador C2 está cargado con fluido hidráulico y está comunicada su entrada con el escape. Cuando avanza o retrocede el vástago, el fluido hidráulico pasa de un lado de la cámara al otro.

D1 EV1

Figura 1.106. Cilindro hidráulico complementario para regular la velocidad de entrada del vástago de otro cilindro.

Esquema4

Esquema similar al anterior con las diferencias que se citan a continuación:

Hay regulación de velocidad pa.ra la salida del vástago Cl. No hay regulación de velocidad para el movimiento de entrada de los vástagos {l>.

El equipo dispone de un depósito con empuje por resorte y válvula antirretorno VAR, desde el que se efectúa la recarga de fluido hidráulico que pueda perder el cilindro C2. ·

ru El émbolo del cilindro C2 tiene una válvula antirretorno que comunica los dos lados de la cámara, y

que permite el paso directo del lado izquierdo de la cámara al derecho.



Depósito de recarga del cilindro C2

Figura 1.107. Cilindro con regulación de la velocidad de salida del vástago, por medio de otro cilindro

superpuesto, con depósito de recarga.

Esquema5

Instalación mixta para el mando de un cilindro neumático de doble efecto, desde un distribuidor de 2p y 5v; pilotado por electroválvula y retorno por resorte.

Descriptivo de la ins talación neumática-hidráulica:

Depósito l . Cilindro con émbolo que almacena en un lado fluido hidráulico (conexión con CI), y en el otro, aire con presión o que está a vacío. Depósito 2. Cilindro con émbolo de las mismas características que el cilindro 1.

Los cilindros con émbolo 1 y 2 tendrán una capacidad útil que sobrepase en al menos 25 % la capacidad máxima del cilindro Cl. En situación de reposo, el vástago está dentro, por lo que el depósito 1 estará lleno de fluido hidráulico, mientras que el depósito 2 estará casi vacío.

Salida del vástago de Cl. Cuando el distribuidor Dl sea pilotado por la electroválvula EVl, entrará aire a presión (pn) al depósito 1, que transferirá el fluido hidráulico al cilindro Cl empujando al émbolo para que el vástago realice la salida. Por su lado, el fluido hidráulico contenido en la cámara del cilindro Cl se encamina al depósito.

Entrada del vástago de Cl. Para la entrada del vástago, se invertirá la maniobra que se acaba de describir. ·

Tanto la salida como la entrada del vástago están reguladas por los reguladores RCl yRC2.


C1

RC1

ph

01

EV1

RC2

-:}::.::;-..:,:. *;-,e.·~·;:,.·

DEPÓS1T02 Fluido hidráulico Cilindro con émbolo

Neumática

Figura 1.108. Circuito que convierte una presión neumática en presión hidráulica de igual valor.

Esqu.ema6

Esquema para el mando de un cilindro neumático de doble efecto con bloqueo de vástago en la posición que se desee.

S~ trata ~e un circuito compensado, ya que ambos lados del émbolo trabajan con pres1~n~s diferentes para conseguir fuerzas iguales en el empuje del vástago, cuando los distribuidores Dl y D2 están en reposo.

Las presiones empleadas en este circuito serían:

p - Presión neumática de la red. pl - Presión de servicio. p2 - Presión de aplicación por el lado del émbolo, sin vástago.

Las fuerzas en el émbolo de Cl serían las siguientes:

Fl (lado S) = p2 · S F2 (lado s) = pl · s Fl = F2 ; p2 < pl

El principio de funcionamiento seria así:

• Salida del vástago de Cl a presión p2. Pilotado de EVl y EV3, con desbloqueo del vástago de CI al alimentarse C2. Entrada del vástago de Cl a presión pl. Pilotado de EV2 y EV3, con desbloqueo del vástago de Cl al alimentarse C2. Bloqueo del vástago de Cl. El bloqueo del vástago de Cl se da en el momento en que se dejan de pilotar EVl o EV2 y EV3.



Bloqueo

VAR C1

' '--.J RP

EV1 EV2

Figura 1.109. Bloqueo del vástago de un cilindro.

1.10.3. Esquemas mixtos (electro-neumáticos)

Muchos circuitos neumáticos tienen aparatos que incluyen componentes eléctricos o elementos electrónicos como base fundamental de su automatismo.

En este apartado se estudian los circuitos electro-neumáticos que son muy utilizados en la automatización de máquinas, aparatos y en procesos muy diversos.

A lo largo de la obra, el objeto principal es presentar y estudiar esquemas denominados básicos, que Juego serán utilizados en la práctica de una forma conjunta en función de las necesidades del mecanismo a automatizar.

Es importante que el técnico o estudioso de estas materias conozca correctamente los elementos neumáticos y sus posibilidades de automatización, ya que de esta forma conseguirá de ellos las máximas prestaciones.

Este apartado es una muestra de la forma de automatizar instalaciones neumáticas por automatismos eléctricos compatibles con los elementos neumáticos.

Se han buscado instalaciones sencillas a base de relés, temporizadores y fines de curso, etc., pero en algunos casos el esquema se complica como consecuencia de tener que guardar memoria de maniobras que se han realizado con anterioridad. Aunque sabernos que tienen soluciones empleando autómatas programables, intentamos darle una solución didáctica por medio de relés.


Neumática

Esquemal

Man~o para un cili~~ro de doble efecto desde un distribuidor D5 biestable de 2p y Sv con pilotado neumahco para las dos posiciones. ·

El cilindro de doble efecto Cl está equipado con reguladores de caudal para los dos desplazamientos del vástago por medio de RCl y RC2.

La maniobra del circuito es enteramente neumática, y su finalidad es compararlo con el esquema del ejercicio siguiente en el que la maniobra se hace eléctricamente.


•

•

•

En primer lugar, se accionará Dl para proporcionar presión al circuito de maniobra.

Al pulsar en D2, se pilota la electroválvula X del distribuidor D5, que es biestable, a través del fin de curso neumático D3, ahora accionado. El vástago inicia su salida hasta llegar al fin de curso D4, que pilota la electroválvula Y de DS, para que el vástago realice su entrada. El ciclo concluye cuando el vástago ha completado su entrada y accionado el fin de curso D3. Mientras que se mantenga DI en posición de paso de fluido, cada vez que se pulse en D2 se realizará un ciclo como el que se ha descripto.

D2

Figura 1.110. Automatización de la salida/entrada del vástago de un cilindro con todo neumático.

Esquema2

Igual maniobra que el esquema de la Figura 1.110, pero en este caso, sustituyendo los ... elementos de pilotado neumático por eléctricos.


.1


El esquema queda sensiblemente simplificado. El circuito eléctrico queda dispuesto para entrar en servicio al cerrar el interruptor Q.

Al pulsar SM se alimenta la electroválvula EVl del distribuidor Dl, que es biestable, a través del fin de curso Sl, iniciando el vástago su salida, hasta que al llegar al final · de su carrera acciona S2, y alimenta la electroválvula EV2, para que el vástago realice la entrada, que se completa al accionar el fin de carrera Sl, dándose por concluido el ciclo.

Mientras Q esté cerrado se podrán realizar ciclos como el que se ha descripto, cada vez que se pulse en SM.

C1

S2

EV1 EV2 SM E

N L

Figura 1.111. Circuito neumático con pilotado eléctrico, equivalente al de la Figura 1.110.

Esquema3 Esquema electro-neumático para el mando de un cilindro de doble efecto que realiza las maniobras que se indican en el gráfico.

El funcionamiento seria el siguiente:

Al pulsar en SM, el vástago sale hacia 52, espera un tiempo (tl) para continuar hasta S3, con nuevo tiempo de espera (t2) para continuar el vástago hasta S3. Transcurrido un tiempo de espera (t3), el vástago inicia el retorno sin ninguna interrupción.

Se trata de un esquema un poco complicado de seguir, dado que se interrumpe el avance del vástago cuando se desconecta la electroválvula EVl, para después de un tiempo volverla a alimentar.


Neumática

Distribuidor Dl biestable de 2p y 5v con accionamiento por electroválvulas EVl y EV2 para las dos posiciones.

Distribuidor D2 de 2p y 2v con accionamiento por electroválvula para una posición y retorno por resorte.

Esquema neumático. El circuito de potencia es neumático.

C1

j,_ j_ j,_ S2 S3 S4

EV3 6 H H t~ ~ DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO

D1

EV1 EV2

G ~-1.XJo--E)·· p

Figura 1.112. Salida con paradas para el vástago de un cilindro.

El esquema eléctrico se ajusta al modo de funcionamiento indicado anteriormente.

S1 L ~.'fl~ ---- (1)

~-....~~~-,...~.--~~~ --.-~--..

N

SM [ • KA1 S2

KA3

KA1

KA2

KA3

Figura 1.113. Esquema eléctrico correspondiente a la maniobra representada en la Figura 1.112.



El funcionamiento del circuito eléctrico sería como sigue:

En la posición en la que se representa el esquema neumático, el fin de carrera doble SI está accionado, lo que permite alimentar a EVI de Dl, al pulsar SM. El vástago inicia su salida, y en este momento, SI vuelve a su posición de reposo, se abre el circuito de · EVl y se conecta el circuito del resto de la instalación por (1).

Al llegar el vástago a S2, conecta el temporizador KAl y desconecta la electroválvula EV3, con lo que el distribuidor D2 corta el paso de aire y para el vástago, hasta que transcurra el tiempo de parada. En este momento KAl acciona su contacto temporizado a la conexión y alimenta nuevamente a EV3 de D2, que abre el paso de aire para que el vástago haga otro recorrido. .

Al llegar eJ émbolo a S3, se conecta el temporizador KA2, que abre el circuito de EV3 para que D2 vuelva a posición de reposo y corte la alimentación a CI y el vástago se pare. Transcurrido otro tiempo, KA2 acciona su contacto temporizado y alimenta de nuevo a EV3 de D2 que abre el paso del fluido hacia el cilindro para que complete el vástago su salida.

Al llegar el émbolo a S4, se conecta el temporizador KA3, que abre el circuito de EV3 para que D2 vuelva a posición de reposo y corte la alimentación a Cl y el vástago se pare durante un tiempo. Transcurrido dicho tiempo, KA3 acciona su contacto temporizado doble y conecta EV3 de D2 y EV2 de Dl, con lo que al cilindro le llega aire para que realice la entrada del vástago.

Al llegar el vástago a Sl se abre el circuito (1) y se desconectan todos los elementos del esquema eléctrico, quedando en disposición de realizar una nueva maniobra, que se iniciará cuando se pulse SM.

Esquema 4

Esquema para el mando de cuatro cilindros de doble efecto que realizan ciclos continuos, como el que se señala en el programa dibujado en la parte inferior del esquema. Todo el pilotado del circuito neumático se hace desde un programador a levas.

El motor.reductor mueve un árbol o eje de levas, mediante las cuales (forma constructiva) se cambia la posición de los pequeños distribuidores, para realizar el programa que necesita el proceso de la máquina.

Todos los elementos neumáticos del circuito están pilotados por otros elementos también neumáticos.

Hay programadores de muchas levas con sus correspondientes distribuidores. El número de distribuidores corresponderá con el número de circtútos a alimentar.

Ejemplo de programa de funcionamiento.


C1 .. C2 C3 C4

L N

C1 C3

C2

1 ciclo

Figura 1.114. Circuito ~eumático pilotado por un programador a levas, también neumático.

Esquema 5

Neumática

Esquema para el mando de cuatro cilindros de doble efecto que realiza ciclos continuados como el que se señala en el esquema anterior.

Este esquema equivale al representado en la Figura 1.114, teniendo como diferencia que el pilota~o de los distribuidores que mandan a los cilindros (electroválvulas), s~ hace por cornente eléctrica.


Tecnología y circuitos de oplicación de neumática, hidráulica y electricidad

El pilotado eléctrico de los distribuidores simplifica los circuitos de maniobra, haciendo que resulten más sencillos, tanto en la ejecución como en su mantenimiento.

El programador a levas eléctrico acciona contactos y estos son los encargados de alimentar o cortar la corriente a las respectivas electroválvulas que accionan los distri- · buidores y estos a los cilindros.

Ejemplo de circuito núxto.

C3

C1 C2

L N

Figura 1.115. Circuito neumático pilotado por un programador eléctrico accionado por levas.

Esquema 6

Esquema para el accionamiento de una prensa que consta de los siguientes elementos:

Una mesa con soporte donde se coloca la pieza a troquelar y que es accionada por el cilindro C1.


~ :

Neumático

Una rejilla o protección de seguridad que descenderá antes de que baje la prensa y que es accionada por el cilindro C2. La prensa que troquela la pieza y que es accionada por el cilindro C3.

Los elementos neumáticos de la instalación son: • Distribuidor accionado por las electroválvulas EV1 y EV6 para el mando

del cilindro C1. Distribuidor accionado por las electroválvulas EV2 y EVS para el mando del cilindro C2. Distribuidor accionado por las electroválvulas EV3 y EV4 para el mando del cilindro C3.

Reguladores de presión para los cilindros C1 y C3.

Tres distribuidores biestables de 2p y 5v accionados por electroválvulas para las dos posiciones.

Reguladores de caudal y velocidad (RC) para todos los movimientos.

S5 " 11 11

Rejilla 11 (protección) 11

ti 11

1 11 S3 (-0 u

(Aprovisionamiento)

Figura 1.116. Elementos de la instalación o máquina.

PRENSA C3


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidróulica y electricidad

C3 C2 C1

Figura 1.117. Circuito neumático para el accionamiento de los elementos de una prensa

F L E3

S1

S3

KA

KA

N~~~-J~~...,.~~~~~~K+A~~~;--~...,~~:4--EV1 EV2 EV5 EV6

1 .___I -:.....-:: _I 1

01

Figura 1.118. Esquema eléctrico de la maniobra.


t ..

;f;ó'"

Neumática

El funcionamiento sería como se describe a continuación:

Una vez que se ha puesto la pieza sobre la mesa, el operario pulsa en S, con lo que se inicia el ciclo.

Avanza la pieza (Cl) hasta accionar S2, a continuación, baja la rejilla de protección (C2) que se completa al accionar S3. En este momento, la prensa (C3) inicia su descenso, que se completa al accionar S4, esperando un tiempo hasta que el contacto temporizado de KA pilota al mismo tiempo EV4, EV5 y EV6, para que (C3) inicie su subida hasta accionar S6, C2 haga la elevación de la rejilla que termina al accionar S5, y Cl la evacuación de la pieza troquelada, concluyendo la operación cuando se acciona el fin de curso S1.

Cada vez que se pulse S, se realizará un ciclo como el que se acaba de describir.

Recordamos que los distribuidores utilizados son biestables, esto quiere decir, que quedan ·en la última posición que se ha pilotado, y están accionados por electroimanes para las dos posiciones.

Esquema 7

Esquema electro-neumático para dos cilindros de doble efecto pilotados por dos distribuidores de 2p y 5v biestables, que son accionados por electroválvulas para las dos posiciones y que están aplicados a una máquina para realizar la siguiente maniobra.

C2 -1 r-;: (2) 1

~ e, j<1) (3)!C1

S4 (4) S3 1

~ ~

RC1

C1

RC2

RC3

D1

EV3 EV4

Figura 1.119. Circuito neumático correspondiente a la maniobra.



Al pulsar en S se alimenta EVl del distribuidor Dl, que alimenta al cilindro Cl cuyo vástago hace su salida (1). Al llegar el vástago a S1 activa EV2 del distribuidor D2, después de esperar un tiempo (parada 1), y el vástago de C2 inicia su salida (2). Al llegar el vástago a S2 se activa EV3 del distribuidor Dl, después de esperar un tiempo (pa-· rada 2), y el vástago de O inicia su entrada (3). Cuando el vástago llega a S3, se activa EV4 del distribuidor D2, después de esperar un tiempo (parada 3) y el vástago de C2 inicia su entrada (4). Cuando se acciona S4, los dos vástagos están dentro y se da por concluido el ciclo de trabajo.

L l S1 KA1 S2 KA2 S3 KA3

s


Esquema 8

Esquemas electro-neumáticos para el mando de una instalación destinada a elevar piezas, y luego desplazarlas en dos sentidos.

Figura 1.121. Elementos de la instalación.


C1

C2 -;rs4

C3 Jse

Figura 1.122. Circuito neumático correspondiente a la instalación.

S1

S3

SS

s E--

S4 •


KA2

Neumática

p


Tecnofoglo y circuitos de op/icocián de neumática, hidráulica y electricidad

El circuito neumático constaría de los siguientes elementos:

• Cilindros Cl, C2 y C3 de doble efecto. Distribuidores Dl, D2 y D3 de 2p y Sv con pilotado por electroválvula para las dos posiciones.

• Reguladores de caudal (velocidad) para los movimientos de salida de los vástagos. Conjunto para el tratamiento del aire (filtro, manorreductor y lubricador).

El funcionamiento seria como se indica a continuación:

Al pulsar en S, se conecta el relé KAl y la electroválvula EVl del distribuidor Dl, iniciando la salida el vástago de Cl, y por tanto, la ascensión de la pieza.

Al llegar a la parte alta, se acciona S2 que conecta el relé KA2, y con él, EV2 de D2, que hace salir el vástago de C2. Al mismo tiempo, S2 desconecta KAl y EVl, con lo que el vástago de Cl realizará la maniobra de entrada.

Cuando el vástago de C2 completa su recorrido, acciona S4, conectando KA3 y EV3 de D3, iniciando el vástago de C3 su salida y desconectando al mismo tiempo KA2 y EV2, iniciando el vástago de C2 su entrada.

Al llegar el vástago de C3 al final de su recorrido, acciona S6 que desconecta KA3 y EV3, iniciando el vástago de C3 su entrada, que completa al accionar S5.

Cuando todos los vástagos están dentro, los fines de curso Sl, S3 y S5 estarán cerrados (conectados). Será en este momento, cuando pulsando en S, pueda iniciarse un nuevo ciclo. Al ser los distribuidores de pilotado eléctrico en un sentido y retorno por resorte, el esquema eléctrico debe ser capaz de mantener conectada la electroválvula todo el tiempo que lo precise la maniobra, lo que se consigue con un relé con contacto auxiliar de rearme a la que se conecta en paralelo la electroválvula.

Esquema9

Instalación correspondiente a un multiplicador de presión. Circuito mixto aire/aceite cuyo funcionamiento es el siguiente:

Al pulsar marcha en S2 entra KAl y EVl del distribuidor Dl que cambia su posición alimentado con aire el cambiador o depósito n.0 1, y este con aceite al cilindro Cl a través del multiplicador que no actúa.

El vástago del cilindro desciende con la presión de la red de aire y al accionar S3 conecta KA2 y EV2 del distribuidor D2, con lo que llega presión al cilindro multiplicador (C2), que alimenta el último tramo del recorrido del vástago (entre S3 y S4), con una presión muy superior a la presión de la red.

Cuando el vástago completa su recorrido, acciona S4, que tira toda la maniobra, de modo que al volver a la posición de reposo los distribuidores Dl y 02, el vástago del cilindro Cl hace el retorno, lo mismo que el multiplicador C2 empujado por el fluido de O , con lo que se completa la maniobra.

Este tipo de instalación tiene aplicación en prensas y cortadoras (cizallas).


Neumótica

Figura 1.124. Representación del circuito neumático/hidráulico correspondiente al circuito.

En el esquema eléctrico, pulsando en Sl se puede volver atrás la maniobra

F

L --1E3--



Tecnologla y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica Y electricidad

EsquemalO Esquema neumático para el mando de un taladro neumático con su movimiento de

avance y retroceso. El esquema consta básicamente de los siguientes elementos:

•

Conjunto de filtro y engrase. . . Manorreductores para regular la presión de los dos circmtos. Distribuidor de 2p y 3v para el circuito del motor neumático MN. Distribuidor de 2p y 5v para el circuito del cilindro Cl de empuje . Un conjunto regulador de caudal para el avance del vástago de Cl. Un presostato en el circuito del motor neumático. Un cilindro de doble efecto. Un motor neumático con un sentido de giro.

Esquema neumático Los dos circuitos neumáticos (taladro y empujador) tienen sendos reguladores de pre-

sión (RPl y RP2). El detector de presión Pr permitirá que funcione el avance del taladro, siempre que haya presión suficiente en el circuito del motor neumático.

MN

C1

RC

RC

Pr

RP1

Figura 1.126. Circuito para en accionamiento del taladro neumático.


Esquema eléctrico

S2 - Pulsador de marcha para el motor neumático. S3 - Pulsador de avance del taladro. Sl - Pulsador de paro o seguridad.

L

s,:L 82 E KA1 (1) Prj

S3E

KA1

Figura 2.127. Esquema eléctrico para efectuar la maniobra.

El funcionamiento sería como se indica a continuación:

Neumática

Después de ajustar las presiones y la velocidad para el motor neumático y el cilindro que hace el avance (salida) se podrá pulsar S2 con lo que entrará KAl y EVl del distribuidor Dl, y a través de este último, presión al motor, que empezará a girar.

Cuando gira el motor, hay presión en su circuito que es detectado por Pr. Es en este momento cuando puede iniciarse el avance pulsando en S3 de forma continua para que se alimente EV2 del distribuidor D2, para que el vástago de C1 haga su salida.

La falta de presión al motor, detectada por el presostato Pr abrirá su contacto y aunque se estuviera pulsando S3, el vástago del cilindro haría su entrada (retroceso).

En funcionamiento normal, si se deja de pulsar en S3, el vástago del cilindro hará su entrada.

El pulsador Sl desconecta la maniobra.

Esquema 11

Esquema electro-neumático para una instalación destinada a la limpieza química de piezas que se depositan en una cesta o recipiente metálico.

La instalación neumática tiene la misión de elevar la cesta, desplazarla e introducirla en el recipiente con líquido. Transcurrido el tiempo fijado para el tratamiento químico, se eleva la cesta y vuelve al punto de partida.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica Y electricidod

Circuito neumático La instalación neumática consta básicamente de los siguientes elementos:

Dos cilindros de doble efecto (Cl y C2). Dos distribuidores biestables de 2p y Sv con pilotado electro-neumático

para las dos posiciones. Reguladores de caudal (velocidad) para todos los movimientos de los vás-

tagos. Los elementos principales del circuito neumático serían los siguientes: • Conjunto de tratamiento del aire neumático (filtro, manorreductor y lubri-

cador). Grifo de aislamiento G.

C1

RC4

S2\t-o ~~ S3

! \ ¡-1 i\ 1- ; 1---4 L J L_J

S1 -..~- 9 0--\ S4 /\ I \ J 1 I 1

f--1 Balsa L--'

Figura 1.128. Circuito neumático y los elementos accionados.

Circuito eléctrico

S - Pulsador de marcha (inicio de la maniobra). Sl a S4 - Finales de carrera. EV1 a EV4 - Electroválvulas.


RC3 RC2

Funciones:

EV1 - Electroválvula de bajar cesta. EV2 - Electroválvula de subir cesta. EV3 - Electroválvula de desplazar cesta hacia la derecha. EV4 - Electroválvula de desplazar cesta hacia la izquierda.

Observación impartante:

Neumática

Para que en un distribuidor biestable entre la posición contraria, antes debe estar desconectada la maniobra anterior, de ahí la dificultad que entraña este ejercicio.

EV2

F

s~-1 L E3 EV4 l r I EV1 EV3 EV1 EV3 --, S3-\_fi S2 1

1

SE KA1 1

PROGRAMA 1 1 1 L-

KA1

SUBIR Desp. dcha. BAJAR Desp. izda.

Figura 1.129. Esquema eléctrico de maniobra.

El funcionamiento seria como sigue a continuación:

Al pulsar en S, se alimenta EVl, con lo que el distribuidor Dl manda subir el vástago del cilindro Cl.

Al llegar la cesta a su nivel alto, acciona S2, alimentando EV2 del distribuidor 02 que alimenta al cilindro C2, cuyo vástago hace su entrada (desplazamiento hacia la derecha) hasta accionar S3. En este momento se excita EV3, iniciándose el descenso de la cesta. El recorrido de ida se completa cuando la cesta acciona S4, momento en el que se inicia la cuenta del temporizador KAl.

Transcurrido el tiempo de parada establecido, KA1 conecta su contacto temporizado que alimenta EVl de Dl para que suba la cesta.

Al accionar la cesta a S3, se conecta EV4 de D2 para que se desplace la cesta a la izquierda. Al llegar a S2, conecta EV3 de Dl que manda descender la cesta hasta que acciona S1 y se da por concluido el ciclo.

Mientras se realiza el ciclo, la marcha queda bloqueada.

Cada vez que se pulsa en SM, se realiza un ciclo completo.

El interruptor Q es el dispositivo general de alimentación al circuito eléctrico.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidróulica Y electricidad

Esquema 12 Esquema neumático para el mando de un conjunto que re~liza divers!s man~obras para coger una pieza y transportarla de uno a otro lugar situado a 180 del pnmero

por medio de un cilindro rotativo. . Este esquema incorpora un cilindro con efecto rotativo (actuador).

Esquema neumático

Los elementos principales del circuito neumático son:

• Motor oscilante C2. Cilindro neumático de doble efecto Cl. Un distribuidor de 3p y 4v con posición de centro cerrado y pilotado por electroválvulas para las otras dos posiciones. · un distribuidor de 2p y 3v con accionamiento por electroválvula para una

posición y resorte para la otra. Presos tato.

Figura 1.130. Circuito neumático y sus elementos de accionamiento.

Esquema eléctrico

SM - Pulsador de marcha. SP - Pulsador de paro y de abertura de las garras.

Pr - Presostato. Sl - Fin de curso.


Neumático


El funcionamiento sería como sigue:

Una vez que se ha posicionado la pieza entre las garras prensoras se pulsará en SM para que el vástago del cilindro sujete la pieza, lo que se consigue al conectarse el relé KAl que tiene en paralelo a la electroválvula EV1 del distribuidor Dl. Al alcanzar la cámara del cilindro C1 la presión nominal, es detectado por el presostato Pr, que autoriza el desplazamiento en giro de la pieza, lo que se hace accionando el conmutador Q2 a la posición 1, que alimenta KA2 y EV2 de D2, suministrando presión al cilindro giratorio C2 para que pase de la posición A, a la posición B.

Al llegar la pieza a B, se abren las garras pulsando en SP. No podrán cerrarse las garras hasta que el conjunto no vuelva a la situación inicial o de reposo.

Para volver el cilindro C2 a la posición inicial hay que cambiar la posición de Q2, con lo que se desconecta KA2 y EV3, y se conecta KA3 y EV3 de D2 para que el cilindro y las pinzas vuelvan al punto de partida.

El fin de curso S1 desconecta KA3 y EV31 volviendo el distribuidor D2 a la posición centro.

Esquema 13

Conjunto de elementos neumáticos que realizan los movimientos que se indican en la Figura 1.133.

Las maniobras podrán realizarse de forma manual. o automática, según convenga.

Elementos de la instalación

Dos cilindros Cl y C2 sin vástago que están conectados en serie y que tienen en sus dos cámaras contiguas aceite hidráulico, para que se muevan sus émbolos al mismo


Tecnologlo y circuitos de oplicoción de neumático, hidráulica y electricidad

tiempo, regulando su velocidad por medio de un solo regulador de caudal RCl. Sobre estos vástagos se fija transversalmente el cilindro C3 con un solo émbolo sobre el que se fija el cilindro C4 que tiene vástago.

Tres distribuidores de 3p y 5v con pilotado eléctrico para dos posiciones y posición central en reposo. En posición centro de los distribuidores, los circuitos quedan cerrados y los vástagos de los cilindros bloqueados.

Este montaje puede realizar maniobras de mecanizado u otras tareas que empleen los mismos ejes para mecanizados o accionamiento de elementos. Las posibilidades de maniobra son muy amplias, por lo que este tipo de mecanismo lo podemos ver en diversas aplicaciones.

Circuito neumático El circuito neumático tiene cierta complejidad al entrar cilindros sin vástago y con vástago y tener el montaje que se indica en la Figura 1.134, y que realiza los desplazamientos que se muestran en la Figura 1.133.

No se representa el esquema eléctrico porque resultaría bastante complejo y dificil de

seguir.

e,

C2

EV1 EV2 EV3

Figura 1.132. Esquema neumático de la instalación.


Neumática

GRÁFICO DE DESPLAZAMIENTO DEL CONJUNTO

.. e, • /C4 . ---• e:/ .. • C2

Figura 1.133. Movimientos y desplazamientos. Figura 1.134. Mesa móvil.

1111 TUBERÍAS NEUMÁTICAS

Las tuberías neumáticas se caracterizan por trabajar a muy baja presión que normalmente no superan los 10 bar. Pueden ser metálicas o de "plásticd' y su espesor es pequeño si lo comparamos con las tuberías hidráulicas que trabajan a muy altas presiones.

1.11.1. Tuberías para instalaciones neumáticas

El las tablas que se presentan a continuación, se indican las características principales de los tubos para instalaciones neumáticas. Los tubos neumáticos serán adecuados al medio donde se instalen.

Para la elección de los tubos a colocar en una instalación se tendrán en cuenta los conceptos particulares que se citan a continuación:

Presión máxima de trabajo. • Caudales necesarios en momentos puntuales que nos determinarán el diá

metro de la tubería. Características de los aparatos a instalar. Medio en el que trabajan los tubos. Ambiente, temperatura, humedad y otros. Racordaje a emplear en la instalación. Otros conceptos o particularidades que convenga tener en cuenta.


Tecnologia y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

1.11.2. Velocidad del aire en tuberías neumáticas

La Tabla 1.11 recoge las velocidades del aire a presión en función de las características

de las tuberías.

Tabla 1.11. Velocidades del aire neumático en diferentes aplicaciones.

Tabla 1.12. Caudal máximo recomendado en tube rías de aire a presión para longitudes no superiores

a 15 m.

El caudal máximo mantenido no debe exceder del 75 %.

Para longitudes mayores de 15 m, elegir diámetro superior.

Tabla 1.13. Pérdidas por rozamiento en elementos utilizados en tuberías.


Neumótico

(Viene de la págiua anterior)

La Figura 1.135 muestra un ábaco mediante el cual se puede determinar la pérdida de carga y diámetro de tuberías en función de la presión de trabajo y caudal de aire libre.

CAUDAL OE AIRE LIBRE EN Litros/minuto

-~ w <D :, .... Lu o (JJ

o a: I¡¡

a,5 " º·' ~ <(

º·' o < o

~ o,,

!f z LU < 0,1

5 ...J ~' ¡¡¡ < º·' z O) 'Q (JJ LU a: [l.

0,1 a: o a.

~ 0,1 ~

z w < (!)

0,05 a: <( ... , o LU

D,OJ e:, < e:,

0,()1 i5 a: -w [l.

0,01

0,DD5

O,DOl

O,OOJ

o,coz

o.oo,

qt:1005

!.. :f. ~ !\: :l'

DIÁMETRO NOMINAL DE LA TUBERÍA

~ ¡¿ ~ ¿, . .! ~ 1 ~ s ..

Figura 1.136. Ábaco para determ inar el diámetro y el caudal de una tubería.



A continuación se realizan tres ejercicios sobre la utilización del ábaco de la Figura 1.135 y la Tabla 1.13.


Neumática

Tabla 1.14. Pérdida de carga admisible en tuberías para una presión inicial de 7 bar.

Tabla 1.15. Dimensiones de tuberías para instalaciones neumáticas


Tecnologío y circuitos de oplicación de neumótica, hidróu/ica y electricidad

Tabla 1.16. Diámetros y presiones de trabajo admisibles en tuberfas de nailon.

Factores de corrección presión-temperatura:

Las presiones son válidas a 20 ºC. Para temperaturas superiores, aplicar los factores adjuntos en la Tabla 1.1Z

Tabla 1.17. Factores de corrección presión-temperatura para diferentes temperaturas.

Caudales teóricos en 1/min de aire libre a partir de aire comprimido, con salida a la atmósfera a través de orificios regulados:

Consultar Figura 1.16 al inicio de este capítulo.

Ejemplo de aplicación del ábaco:

Determinar el caudal en 1/ min (aire libre) que sale por un orificio de 8 mm de diámetro a una presión de 6 bar.

Solución: a una presión de 6 bar y un diámetro de orificio de 50,24 mm2, el caudal de aire libre es de 4.0001/mi.n.

S = 0,785 · d'- = 0,785 x 82 = 50,24 mm'


Neumática

Tabla 1.19. Tubo de poliamida.




Tabla 1.20. Dimensiones de tubos de diferentes materiales para instalaciones neumáticas.


ALGUNOS EJEMPLOS DE MATERIALES Y APLICACIONES NEUMÁTICAS

Neumática

A continuación se presenta un pequeño muestrario de materiales neumáticos y alguna aplicación de estos materiales en máquinas e instalaciones.

Figura 1.136. Ejemplos de aplicación de cilindros neumáticos.

Figura 1.137. Manómetros para medida en bar y en psi.

Figura 1.138. Válvulas pilotadas por electroválvulas. Figura 1.139. Aplicación de cilindros.

La Figura 1.140 muestra diversas aplicaciones de cilindros neumáticos.


Tecnología y circuitos de oplicocíón de neumática, hidráulica y electricidad

~·--__,_. ~¡ 1 a --+ Empujar o desplazar

1

1 o - Apretar, prensar

' d.._. --~I

,,,, Girar o pivotar ,1,,

,1,, ,,,,

~

1 m Rotación limitada

1 ~ ...... ---.-...-.. ~¡

Rotación continua

Elevar

Tensar

Embutir, prensar

~ ~!-....¡ ______ 1.,.¡1 , Subir/bajar

Figura 1.140. Diversas aplicaciones de cilindros neumáticos.


2.1. Física aplicada

2.2. Fluidos hidráulicos

2.3. Símbolos hidráulicos

2.4. Grupos hidráulicos

2.5. Bombas hidráulicas

CA

2.6. Motores hidráulicos

2.7. Motor oscilante (actuador hidráulico)

2.8. Distribuidores hidráulicos

2.9. Cilindros hidráulicos

2.10. Componentes hidráulicos

2.11. Esquemas hidráulicos básicos

2.12. Motores hidráulicos

2.13. Aplicaciones h idráulicas

2.14. Tuberías hidráulicas

p í TU LOP~ HIDRÁULICA

2.15. Algunos ejemplos de materiales y aplicaciones hidráulicas



Figura 2.1. Grupo hidráulico.

Hidráulica:

Es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos, y que, en nuestro caso, tiene muchas aplicaciones industriales.

FÍSICA APLICADA

Iniciamos este capítulo estudiando los fluidos que son el elemento principal de transmisión de energía mecánica en los circuitos hidráulicos y sus aplicaciones.

2.1.1. Conceptos generales

Hidráulica

Parte de la física que estudia las leyes que rigen el equilibrio y movimiento de los líquidos y su aplicación industrial. Las presiones normales de trabajo están comprendidas entre 10 y 500 bar.

El Diccionario de la Lengua Españ.ola define hidráulica como: "parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos".

Los líquidos en general

Son fluidos poco compresibles, en los que las moléculas están en equilibrio, pudiéndose desplazar unas sobre otras, pero manteniendo la distancia casi constante.

Los fluidos pueden ser considerados desde una situación estática o dinán1ica y a partir de su situación consideramos los siguientes conceptos:

Densidad

La densidad de un fluido viene determinada por su peso y volumen.


d = !!!:. kg/dm3

V

Siendo:

m - Masa del volumen considerado, en kg. V - Volumen de la masa del fluido, en dm3.

Hidráulica

d - Densidad a una temperatura dada (p. ej.: 20 ºC).

La densidad puede determinarse con un areómetro o con un densímetro. A la densidad de un determinado fluido también se le denomina peso especifico.

El areómetro consta de un flotador (tubo de vidrio), que se hunde más o menos en el fluido líquido, según sea menos o más denso. La densidad viene dada por la lectura de la marca que queda a la altura de la superficie del líquido (Figura 2.2).

Figura 2.2. Medida de la densidad de un liquido con un areómetro.

Figura 2.3. Diferencia de presión entre dos puntos de un liquido.

Presión

La presión ejercida por un líquido sobre una superficie determinada depende de la fuerza que el líquido ejerza sobre dicha superficie.

Siendo:

F - Fuerza, en daN F kg). S - Superficie, en cm 2.

F p = S (bar)


Tecnología v circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Principio fundamental de la hidrostática

En un líquido en equilibrio, la diferencia de presión entre dos puntos cualesquiera del mismo (A y B), es igual al peso de una columna liquida de 1 cm2 de base y de altura igual a la diferencia de nivel ente A y B (Figura 2.3).

pA - pB = h · d · S

Siendo:

h- Altura. d - Densidad o peso específico. 5 - Superficie.

Principio de Pascal La presión ejercida sobre un punto de un líquido en reposo se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y sentidos. Una aplicación directa de este principio

es la prensa hidráulica (Figura 2.4).

F

Figura 2.4. Prensa hidráulica.

Principio de Arquímedes Todo sólido sumergido en un líquido, total o parcialmente, experimenta un empuje de abajo hacia arriba (vertical), igual al peso del líquido desalojado (Figura 2.5).

Figura 2.5. Principio de Arquímedes.


Hidráulica

Líquidos en movimiento

La presión que ejercen líquidos y gases sobre las paredes de los recipientes que los contienen determinan que, en el caso de que exista un orificio, se produzca una salida y por tanto una corriente.

Compresión de los líquidos

Los líquidos se comprimen por efecto de la presión que se ejerce sobre ellos. La variación de volumen en los liquidas por efecto de la presión es generalmente muy pequeña, a diferencia de la que sucede en los gases en los que las diferencias son muy grandes.

Dilatación de los líquidos por efecto del calor

En los líquidos, la dilatación es perceptible cuando se calientan o enfrían y debe ser tenida en cuenta cuando están sometidos a temperaturas variables.

Siendo:

V - Volumen final V

0 - Volumen inicial.

V= Va (1 + u· M)

a - Coeficiente de dilatación. M - Incremento de temperatura.

Tabla 2.1. Coeficientes de dilatación para algunos líquidos.

2.1.2. Propiedades de los fluidos

Las propiedades principales de los fluidos serían las que se estudian a continuación.

Fluidez

Se entiende como fluidez, la mayor o menor facilidad que encuentran los fluidos para fluir.

Viscosidad

La viscosidad viene dada por la mayor o menor resistencia de las moléculas de los fluidos a desplazarse unas sobre otras.



Dada la importancia de esta propiedad de los fluidos se estudia con más profundidad dentro de este mismo capítulo.

Compresibilidad Un fluido sometido a presión se comprime, sin embargo, esta compresibilidad es muy reducida en los líquidos, no así en los gases.

En algunos cálculos se toma el fluido como si no fuera compresible, ahora bien, en otros casos en que la presión es importante debe tenerse en cuenta este concepto.

Tabla 2.2. Coeficientes de compresión para algunos fluidos.

La variación del volumen con la compresión sería de la siguiente forma:

Siendo:

1'.v - Variación de volumen, en dm3.

V - Volumen inicial, en dm3•

11r - Variación de presión, en kg/cm2•

~ - Coeficiente de compresibilidad, en cm 2 /kg.

Régimen de flujo

El flujo puede circular por un conducto en régimen laminar o turbulento. Este concepto resulta muy importante a la hora de determinar las pérdidas de carga que se originan en un fluido que circula por una tubería.

Pérdida de carga:

Todo fluido al circular por una tubería encuentra dos tipos de dificultad o resistencia que originan pérdida de carga. Estas resistencias son:

Resistencias localizadas que producen pérdidas de carga locales, tales como curvas, codos, tubos, válvulas, uniones, racores, etc. Resistencias distribuidas, que originan pérdidas de carga locales y tienen su origen en el frotamiento.

Las pérdidas de carga se deben preferentemente a:

• El caudal Q que circula por el circuito (tubería). Longitud del circuito. Diámetro de la tubería. Régimen de flujo. Viscosidad del flujo.


Cálculo de la pérdida de carga:

Siendo:

1'. = O, 02295 · 8 · L · Q2 • f

p d .5

o 51 · 8. L. v2· f

1'. = -' -----'-p d

liP - Pérdida de carga, en kg/m2.

o - Peso específico del fluido, en kg/dm3.

L - Longitud de la tubería, en metros (m). Q - Caudal que circula, en dm3/ min. t - Coeficiente de frotamiento. D - Diámetro de la tubería, en cm. v - Velocidad del fluido, en m/s.

2.1.3. Ley de Poiseuille

Hidráulica

El gasto de salida de un liquido por un tubo es directamente proporcional a la cuarta potencia del radio del tubo y a la diferencia de presiones entre los extremos del mismo, e inversamente proporcional a la longitud del tubo y al coeficiente de viscosidad.

Siendo:

G

G - Gasto, en 1/s. r - Radio del tubo, en dm.

n · r 4 (pl-p2)

81µ.

L - Longitud del tubo, en dm. p1

- Presión mayor, en N/ m 2.

p2 - Presión menor, en N/m2•

µ - Viscosidad, en kg · m·1 · s·1 (decapoise).

Figura 2.6. Recipiente con tubería de salida.



2.1.4. Teorema de Torricelli

La velocidad de salida de un líquido contenido en un recipiente a través de un orilicio pequeño, es igual a la que alcanzaría un cuerpo cayendo libremente desde una altura igual a la diferencia de nivel entre la superficie del líquido y el orificio de salida.

Velocidad teórica (vJ:

Velocidad real (v,):

Siendo:

g - Aceleración, 9,81. h- Altura. a - Coeficiente (0,62).

v, = ~

v,.=a·k·~

k - Coeficiente de velocidad (0,85 a 0,90).

Figura 2.7. Velocidad de salida de un fluido de un recipiente.

2.1.5. Flujos hidráulicos

Las Figuras 2.8 y 2.9 muestran dos for~as de flujo, como son el laminar y el turbu

lento.

Figura 2.8. Flujo laminar. Figura 2.9. Flujo turbulento.


Siendo:

/'J. . d2 V = - P __

m 32 · µ. [

Q = S . v., - 40, 7 · µ. z

vm - Velocidad media. l'J.P - Diferencia de presión. d - Diámetro de la tu.bería. µ - Viscosidad del fluido. L - Longitud de la tuberia. p - Presión puntual. Q-Caudal. S - Sección interior de la tubería.

2.1.6. Presión hidrostática

Hidráulica

Una columna de líquido ejerce, como consecuencia de su propio peso, una presión sobre la superficie en la que actúa.

La presión está en función de la altura (h) de la columna, de la densidad (d) del líquido y de la gravedad (g).

p=h · d· g

La presión ejercida sobre el fondo de los diferentes recipientes de igual sección es la misma, con independencia de su forma, si las alturas (h) son iguales.

Presión: pl = p2 = p3; sección: Sl = S2 = S3

El mismo líquido en los tres recipientes.

Las fuerzas resultantes serán también las mismas.

Fl = Fl = F'3

h

S1 S2

Figura 2.10. Presión ejercida sobre el fondo de recipientes con formas diferentes.



Los tres recipientes que aqui se representan, aunque diferentes en su forma, tienen características comunes, como son:

La altura (h) del líquido que almacenan los tres recipientes es la misma. • El líquido es el mismo en los tres recipientes.

La misma sección en el fondo de los tres recipientes.

Presión ejercida por fuerzas externas (Ley de Pascal)

La presión ejercida sobre un liquido se transmite por igual en todas las direcciones.

Presión es la fuerza (F) que se ejerce, por unidad de superficie.

Presión de una columna de agua (c.d.a. o cda):

10 m de c.d.a ejerce una presión sobre el fondo, de 1 bar.

F

Figura 2.11. Transmisión de fuerzas en un recipiente.

Transmisión hidráulica de fuerzas (prensa hidráulica)

El principio anterior se aplica en la prensa hidráulica.

Presión ejercida por la fuerza Fl: Fl

pi = Sl

Fuerza resultante (F2) como consecuencia de la presión pl:

F2 =pl. S2

F2

Figura 2.12. Principio de funcionamiento de la prensa hidráulica.


Hidráulica

Multiplicador de presión

Cambiando secciones de émbolos de más a menos, se puede conseguir incrementar la presión original, tal como sucede en el doble cilindro representado en la Figura 2.13.

S1

Fl=F2=F

pl · Sl = p2 · S2

Fl = pl · Sl

F2 = p2. S2

J!.!__ = S2 p2 Sl

Figura 2.13. Doble cilindro multiplicador de presión.

2.1.7. Viscosidad

Respecto a la viscosidad hay que tener en cuenta lo siguiente:

p2

Para los líquidos, a más temperatura, menos viscosidad. Para el aire, a más temperatura, más viscosidad.

En laboratorio se mide la viscosidad en un recipiente que tiene en el fondo un agujero, por la cantidad de liquido que pasa a su través en un tiempo determinado.

Medidas de la viscosidad

1 poise = 0,01019 kp · s mz

1 stoke = 1 cm2/s = 0,0001 m2/s = 104 St

Submúltiplo de un centistoke (cSt), que equivale a la viscosidad del agua a 20 ºC.

Unidades prácticas:

(ºE) Engler - Utilizado en Europa continental. ("S) Saybolt - Utilizado en Estados Unidos. ("R) Redwood - Utilizado en Reino Unido.


Tecnología y circuitos de oplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Equivalencia entre diferentes unidades:

22E50, equivales 12.000 S21º, a 10.000 R21º. Engler se mide en grados centígrados (ºC). Saybolt y Redwood en grados Fahrenheit (ºF). Paso de stokes (St) a grados Engler (ºE):

St = O 084 E - 0,03 ' E

Temperaturas en que se miden los aceites, cuando se dan en grados Engl.er:

Los aceites ligeros se miden a 20 ºC. Los aceites para máquinas de miden a 50 ºC. Los aceites pesados se miden a 100 ºC.

Tabla 2.3. Algunas equivalencias entre unidades de viscosidad.

Tabla 2.4. Viscosidad para líquidos en centipoises a 21 ºC.

m FLUIDOS HIDRÁULICOS

El fluido hidráulico es un producto básico en el funcionamiento y rendimiento de las instalaciones oleohidráulicas, por lo que es necesario que reúna una serie de propiedades y características, algunas de las cuales se citan a continuación.

2.2.1. Cualidades principales de los líquidos hidráulicos

Respecto al funcionamiento del circuito: Transmisión de la energía con el máximo rendimiento posible. Mantener el conjunto del circuito a niveles razonables de temperatura. Evitar alteraciones bruscas en las maniobras que afecten a los aparatos, con repercusión en el propio fluido hidráulico.


Hidráulica

Respecto a la conservación de los aparatos y los circuitos:

Que tenga buenas cualidades lubricantes. Que estén protegidos contra la oxidación.

• Que no se alteren con el tiempo. • Que no ataque a las juntas y demás elementos de los aparatos y tuberías.

Respecto a la seguridad de la instalación y de las personas:

Que no sea tóxico. Que no sea inflamable.

2.2.2. Tipos de líquidos hidráulicos

Los líquidos hidráulicos se pueden dividir de la siguiente manera:

Líquidos de base acuosa

En estos liquidos, la resistencia a la inflamación viene dada por su presencia en agua, ya que en caso de incendio genera vapor que impide la afluencia de oxigeno a la zona de ignición.

El agua nunca se utiliza sola como fluido hidráulico por presentar una serie de inconvenientes, como:

No tiene poder de lubrificación. Se congela a O ºC. Es un agente altamente oxidante. Su viscosidad es muy baja (1 cSt a 20 ºC), por lo que resulta fácil su fuga. Utilización de materiales antioxidantes. Las bombas presurizadas a pistones son voluminosas y lentas.

Lo normal es utilizar emulsiones, soluciones y mezclas en las que el agua esté mezclada con otros productos.

Solución de agua-glicol

Mezcla de 35 a 60 % de agua y resto glicol, que es un producto de la familia de los alcoholes.

•

La temperatura de trabajo está entre -15 ºC +60 ºC. Tiene un poder lubricante comparable con las emulsiones agua/ aceite, con una estabilidad mayor. Las soluciones agua/glicol son de baja compresibilidad, inferior a la del agua. Para mejorar la viscosidad se le incorpora un espesante. También se le añaden aditivos para evitar la formación de espuma, la oxidación y la corrosión.

Este fluido tiene aplicación en circuitos con servomecanismos donde se necesita reducir al máximo los efectos elásticos que afectan a la presión.



Emulsión de aceite mineral en agua

Este tipo de emulsión comprende un porcentaje de aceite mineral soluble variable entre 2 y 15 %, y tiene buen poder lubricante con propiedades anticorrosivas.

La temperatura de trabajo está comprendida entre + 10 y +70 ºC. Es resistente a la inflamación. Dado que se trata de una emulsión, cuando está en reposo, la emulsión se rompe, volviendo a la situación de régimen normal con el agitado del producto.

• Debe mantenerse limpio de impurezas. La posible descomposición por microorganismos se controla añadiendo agentes bactericidas a la emulsión.

Emulsión de agua en aceite

Esta emulsión comprende entre 50 y 60 % de aceite. Tiene un poder lubricante muy superior a las emulsiones aceite/agua.

• La resistencia a la inflamación es inferior a la emulsión aceite/ agua. La temperatura de servicio está comprendida entre +10 y +70 ºC.

Líquidos sintéticos

Las principales cualidades de estos líquidos son las siguientes:

Muy buena resistencia al fuego. Buenas cualidades lubricantes, superior a los líquidos de base acuosa.

• Amplio campo de aplicación en lo que se refiere a las temperaturas. Buen envejecimiento y conservación. Incompatible con juntas y pinturas normales.

Los pril1cipales líquidos sintéticos son los siguientes:

Esteres fosfatados

No tienen efecto corrosivo si están limpios. Su campo de aplicación está entre los -55 ºC y los +150 ºC. Son insolubles en agua. No son tóxicos a temperaturas normales de utilización. Es uno de los líquidos sintéticos más empleados.

Hidrocarburos dorados o ltalogenados

No son muy empleados por su elevado coste.

Siliconas

Tienen un índice de viscosidad muy elevado. Son compuestos orgánicos en los que está el silicio. La temperatura de servicio oscila entre -70 ºC y +300 ºC. Tienen un índice de viscosidad muy elevado.


Hidráulica

Tienen una gran resistencia a la hidrólisis (combinación que con el agua produce ácidos y alcoholes.

Líquidos minerales

Son los líquidos hidráulicos más empleados, dado que su relación calidad-precio es muy buena, y sus principales propiedades son:

Viscosidad. La viscosidad de trabajo en los líquidos hidráulicos está comprendida entre 15 a 2,5 ºE, y 120 cSt, equivalentes 2,5 ºE y 16 ºE, siendo los valores más normales de utilización los comprendidos entre 35 y 70 cSt, equivalentes a 4,5 ºE y 9 ºE.

Índice de viscosidad. Para aceites hidráulicos se considera el siguiente índice de viscosidad:

De 60 a 70 se considera un índice de viscosidad (VI) bajo. De 80 a 90, bueno. De 90 a 100, muy bueno. Por encima de 100, excelente.

Poder antiespuma. La espuma es una consecuencia de la falta de estabilidad de la dispersión del aire en el aceite. Un buen purgado reduce la espuma en el líquido.

Filmorresistencia. Resistencia límite a la rotura de la película de aceite que cubre las partes en presión. Muy importante para prevenir desgaste prematuro de los órganos del circuito.

Demulsibilidad. Un buen aceite debe tener un índice que no supere 40, aunque se puede modificar con los aditivos que acompañan al aceite.

Untosidad. Es la propiedad que tiene un líquido de mantenerse adherido a las superficies, para así evitar el contacto directo entre piezas deslizantes.

Índice de acidez. El indice de acidez se expresa en miligramos (mg) de potasa (KOH) que son necesarios para neutralizar 1 gramo de aceite a ensayar, y su resultado debe ser menor de 0,1. El aceite hidráulico debe ser neutro. Si es ácido, puede tener un efecto corrosivo muy perjudicial para el conjunto de la instalación y sus elementos. La acidez en el líquido hidráulico lo hace corrosivo, situación que se debe evitar.

Estabilidad química. Con la temperatura, el oxígeno y otras sustancias que recoge el líquido al recorrer el circuito, tales como hierro, plomo, cobre, estaño, cinc, ácidos, etc., resultan agentes perjudiciales y tienden a su envejecimiento. La estabilidad química es un factor que da resistencia al envejecimiento del líquido. Evitar temperaturas elevadas en los circuitos, impurezas, formación de espuma, partículas metálicas y otras acciones que ayuden a mantener el líquido en buenas condiciones de servicio durante más tiempo. Se puede ensayar el comportamiento de las juntas y cauchos introduciéndolos en el líquido a ensayar durante 168 horas (7 días) a +70 ºC.

Punto de inflamación. Temperatura a la cual se obtiene una combustión permanente si se les aproxima una llama que está a +20 ºC sobre el punto de destello.

Punto de autoinflamación. Temperatura a la cual los vapores de aceite se inflaman espontáneamente.



Aceites vegetales

Los aceites vegetales están constituidos a base de ricino y alcohol, y aunque tuvieron importancia en épocas pasadas por tener buenas cualidades lubricantes y permitir utilizar juntas a base de caucho natural han quedado en desuso cuando comenzaron a utilizarse las juntas de caucho sintético.

Tienen el inconveniente de que estos aceites se degeneran con el tiempo y con el uso, llegando a volverse oxidantes.

2.2.3. Aditivos que se añaden a los líquidos hidráulicos

Los aditivos tienen la finalidad de mejorar, conservar y dar propiedades especiales a los líquidos hidráulicos. Entre los principales aditivos, están los siguientes:

Aditivos viscosos. Aumentan la viscosidad del líquido hidráulico.

Aditivos anticongelantes. Mejoran la fluidez a bajas temperaturas, impidiendo la formación de cristales de parafina.

Aditivos de adherencia. Mejoran la adherencia a las paredes de los elementos metálicos del circuito.

Aditivos antiespuma. Reducen la formación de espuma. Las siliconas son los productos antiespuma más utilizados (una parte de silicona por 106partes de fluido).

Antioxidantes. Estos productos evitan la formación de posos insolubles en el aceite y el aumento de la viscosidad. Según sea la temperatura del fluido, los productos a utilizar son los siguientes:

Para trabajar entre 100 y 130 ºC: aminas~fenoles y aminofenoles. Para trabajar entre 150 y 200 ºC: productos con contenidos de azufre o fósforo, o ambos a la vez.

Otros aditivos. Tales como los inhibidores de corrosión (anticorrosivos) y los aditivos antiherrumbre.

2.2.4. Líquidos hidráulicos resistentes al fuego

Los líquidos hidráulicos comúnmente utilizados están constituidos a base de aceites que proceden del petróleo. Al ser hidrocarburos, tienen riesgo de incendio cuando se dan las circunstancias propicias. En lugares con riesgo de incendio o explosión, hay que evitar la utilización de líquidos con derivados del petróleo, para lo que hay que recurrir a líquidos especiales que sean poco inflamables. La utilización de estos líquidos disminuye la calidad y las prestaciones respecto a los líquidos convencionales basados en derivados del petróleo.

Los líquidos hidráulicos resistentes al fuego pueden ser:

De base acuosa: emulsiones aceite en agua, emulsiones agua en aceite y soluciones agua-glicol. Sintéticos: ésteres fosfóricos, hidrocarburos clorurados y siliconas


Hidróu/ica

2.2.5. Duración de los líquidos hidráulicos

De acuerdo con la calidad del líquido y la temperatura a la que trabaja se establece la Tabla 2.5 que nos orienta sobre su duración o vida útil.

Tabla 2.5. Vida útil de líquidos hidráulicos.

2.2.6. Conservación de los líquidos hidráulicos

De la buena conservación de los líquidos hidráulicos depende en gran parte el correcto funcionamiento de todos los elementos de la instalación, y que se den menor número de averías, por lo cual, hay que hacer un seguimiento periódico del mismo, de acuerdo con las indicaciones que se hacen a continuación:

Un fluido hidráulico no es para toda la vida de la instalación, y no debemos olvidar que está ahí.

• Realizar análisis periódicos. • Verificar el estado de los filtros. Limpiarlos y cambiarlos cuando proceda.

Evitar que se den en el circuito temperaturas muy elevadas en el fluido. Controlar los niveles de líquido en el depósito. La aspiración y los retornos deben estar cubiertos de fluido en todo momento. Evitar la for~ación de espuma. Evitar la contaminación del fluido con sustancias externas. Evitar la entrada de agua. Evitar que el fluido vaya acompañado de aire. Purgar cuando proceda.

m SÍMBOLOS HIDRÁULICOS

Los símbolos hidráulicos se ajustan a normas. Hay que conocerlos, para así interpretar y "leer" los esquemas hidráulicos. A continuación se presenta una recopilación de los principales símbolos, muchos de ellos utilizados en las figuras, circuitos y esquemas de este apartado.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad Hidráulica

Símbolos hidráulicos 1 :,7' Símbolos hidráulicos 2

156 • © Ediciones Paraninfo © Ediciones Paraninfo • 157


Símbolos hidráulicos 3


Hidráulica

Símbolos hidráulicos 4

GRUPOS HIDRÁULICOS

El grupo hidráulico es la parte de la instalación donde se pone el fluido en presión y se controla la calidad y estado del mismo. Para su estudio, lo vamos a dividir en dos partes, como son: el depósito que contiene el fluido hidráulico, Figura 2.14, y el grupo de bombeo y los dispositivos de detección y control, representado en la Figura 2.15.



Depósito y complementos

Los elementos principales que acompañan al depósito de una central hidráulica son los siguientes:

1. 2.

3.

4.

5.

6. 7.

Depósito. Bandeja de recogida de fugas de aceite. Respiradero o aireación natural del depósito. Nivel visual del fluido almacenado en el depósito (nivel mínimo, nivel normal y nivel máximo). Resistencia calefactora. Toma de fluido (aspiración). Tapa de registro lateral.

8. Sonda eléch'ica de nivel. 9. Sonda eléctrica de temperatura. 10. Tapón de la boca de llenado que podrá

disponer de filtro. 11. Llegada del fluido de retorno. 12. Refrigeración del fluido con intercam

biador agua/aceite. 13. Líquido hidráulico. 14. Gl'ifo por donde vaciar el depósito

(desagüe).

Figura 2.14. Elementos principales del depósito hidráulico.

Característú:as del depósito de fluido:

El depósito, como ya se ha dicho, es uno de los elementos principales del circuíto oleohidráulico, ya que almacena y trata el líquido hidráulico mediante el cual se transmite la energía a los diferentes aparatos de mando y control y a los receptores actuadores.

Los depósitos deben reunir una serie de condiciones como las que se relacionan a continuación:

Los materiales en que están construidos serán adecuados al líquido hidráulico a almacenar, de manera que no pueda ser atacado por las sustancias químicas contenidas en el líquido, ni se puedan desprender partículas que lo ensucien y degraden. Interiormente el depósito puede llevar un tratamiento especial. Es recomendable que en su perímetro disponga de una bandeja para la recogida de fugas. La capacidad del depósito será capaz de almacenar todo el líquido del circuito en situación de parada, con un excedente que podría llegar hasta el 30 %.


Hidróu/ica

Otras veces, el volumen del depósito se determina en función del caudal de la bomba.

• El volumen total del depósito será igual a 3 o 4 veces el caudal del circuito. Respecto al llenado total del depósito se aconseja dejar libre (vacío) entre un 10 y un 15 % de su capacidad total para compensar dilataciones térmicas, almacenado de gases y otros.

En el depósito se realizan otras funciones, tales como:

Refrigerado del líquido hidráulico o su calentamiento, si procede. Filtrado del líquido (eliminación de la suciedad y partículas contaminantes). Inicio de la instalación a partir de la bomba y retorno del líquido. Sobre el propio depósito se instala la motobomba y los elementos de control, y si la instalación es pequeña, el armario eléctrico.

Por último, el depósito contiene el líquido hidráulico, fundamental en la instalación oleohidráulica.

Grupo de bombeo y los dispositivos de detección y control

El depósito se complementa con el grupo de bombeo y los aparatos de detección, control y acondicionamiento del fluido.

En este apartado vamos a estudiar las principales fórmulas de cálculo de un grupo hidráulico, que está formado por motor eléctrico, bomba y elementos de maniobra y protección.

La Figura 2.15 corresponde al esquema de un grupo hidráulico que pone en presión y servicio un fluido hidráulico.

® ®

Figura 2,15. Esquema básico de un grupo hidráulico.

© Ediciones Paraninfo o 161

Tecnologla y circuitos de apllcación de neumática, hidráulica y electricidad

Los elementos que contiene el esquema representado en la Figura 2.15 son los siguientes: 1. Recipiente o depósito q ue contiene el

fluido hidráulico y soporta diferentes elementos. Incorpora una bandeja para la recogida de fugas.

2. Nivel visual del fluido hidráulico en el recipiente.

3. Respiradero del depósito con filtro de 1µ para evitar la entrada de polvo y suciedad.

4. Detec tor eléctrico de nivel, tipo boya, con indicación de los niveles alto y bajo.

5. Detector eléctrico de temperatura del fluido hidráulico con indicación de temperatura baja y muy alta.

6. Grupo rnotobornba de puesta en presión y circulación del fluido hidráulico.

7. El grupo está accionado por un motor trifásico con rotor en cortocircuito.

8. Equipo de regulación compuesto por: Una válvula de seguridad tarada a una determinada presión. Un manómetro indicador de presión.

Un distribuidor de accionamiento manual para dar paso al fluido que se quiera medir con un manómetro.

9. Salida de presión hidráulica .hacia el circuito de utilización.

10. Retor.no del fluido h idráulico al depósito.

11. Refrigerador del fluido hidráulico por medio de un intercambiador.

12. Alimentación de agua fría al intercambiador, por ejemplo, 301/min con agua a 25 ºC.

13. Un distribuidor abrirá el paso de agua cuando el fluido hidráulico esté caliente.

14. Filtro del fluido hidráulico con detección de un estado de limpieza. Lamalla de filtrado podrá ser de 4 a 20¡L.

15. Detector de temperatura que será el medio a través del cual se pilota el distribuidor que permite el paso de agua hacia el intercambiador.

También puede incorporar otros elementos de control y protección.

Representación simbólica de las principales bombas hidráulicas

El símbolo no tiene en cuenta el procedimiento de bombeo y presurización (engranajes, paletas, pistones, helicoidales y otras).

® ® Figura 2.16. Símbolos que representan bombas hidráulicas.


Hidráulica

Leyenda sal,re los símbolos de la Figura 2.16::

1. Bomba de accionamiento manual

2. Bomba de caudal constan te. Un sentido de giro.

6. Dos bombas a caudal constante acopladas en pru-alelo. Un sentido de giro.

3. Bomba de caudal variable. Un sentido de giro. 7. Bomba a caudal variable con regulación de

caudal. Un sentido de giro.

4. Bomba de caudal constante. Dos sentidos de giro.

8. Bomba de paletas a caudal variable con regulación de presión. Un sentido de giro.

5. Bomba de caudal variable. Dos sentidos de giro.

Generalidades a tener en cuenta

Dimensionado de las centrales hidráulicas:

Pequeña presión nominal: de O a 50 bar. Media presión: de 50 a 150 bar. Alta presión: de 150 a 250 bar y más.

Características principales respecto a:

• • •

Volumen del depósito:

V = 3 · Qc (1/min)

Siendo:

Qc - Caudal de la bomba, en 1/min.

Presión nominal a suministrar, en bar. Filtro de salida (aspiración): 160 µ (micras) . Filtro de llegada (retorno): 1.500 a 2.000 µ . Válvula de seguridad: Se reglará a: Pa = p · 1,1

Siendo:

p - Presión de servicio, en bar.

Dispondrá de manómetro indicador de la presión. Sonda de temperatura. La temperatura en el depósito no debe sobrepasar 65 a 70 ºC.

Potencia del motor eléctrico que corresponde a la bomba (P,,,)

P. P. P., =--º-= --É.. (kW)

11.ie · 1], 1Jb


!

J


Siendo:

P =_r__:_fL (kW) m 612 · µ,

p· Q (CV) 441,2 · T/,

Pb - Potencia de la bomba, en kW. 11m, - Rendimiento mecánico de la bomba. 11

0 - Rendimiento volumétrico de la bomba.

11, - Rendimiento total de la bomba. p - Presión de servicio, en bar. Q- Caudal, en ljmin.

BOMBAS HIDRÁULICAS

Las bombas hidráulicas son máquinas que ponen en presión el fluido hidráulico y que es impulsado por ellas a lo largo del circuito.

La Figura 2.17 corresponde al esquema de una bomba de engranajes.

Al puerto de entrada _, 11 Engranaje conducido

Engranaje impulsor

Hacia el puerto de salida

D Presión atmosférica

Figura 2.17. Esquema de una bomba hidráulica de engranajes.

2.5.1. Tipos de bombas

Encontramos varios tipos de bombas, a partir de que el caudal sea constante o va

riable:

De caudal constante:

• Engranajes (externos, internos-lobulares).


Hidráulica

• Paletas (rotor y equilibradas). Tornillos sinfín manuales.

De caudal variable:

Paletas sin equilibrar. Pistones (radiales, axiales y eje inclinado-barrilete).

La Figura 2.18 muestra una bomba hidráulica de alta presión.

Figura 2.18. Bomba hidráulica de alta presión (>250 bar).

Las bombas de engranajes son las más utilizadas en aplicaciones hidráulicas, que por sus características las hacen muy válidas para resolver muchas aplicaciones industriales. Las características principales de estas bombas son:

Trabajan a presíones que pueden superar los 200 bar en régimen continuo y en una sola etapa. Se puede incrementar la presión generada, reduciendo el caudal. Funcionan a velocidades comprendidas entre 500 y 3.500 rpm. Son de construcción sólida y de volumen reducido. En el mercado se encuentra una amplia gama de bombas, tanto en dimensiones, como en los valores de caudal, presión y potencia. El rendimiento en condiciones normales máximas oscila entre 85 y 90 %, que baja rápidamente con el desgaste de la bomba.

Las bombas de engranajes pueden ser:

Bombas de engranajes exteriores para grandes caudales y presiones relativamente bajas. Bombas de engranajes interiores con buen rendimiento volumétrico, próximo al 98 %, que tienen buena aspiración, y son silenciosas y de construcción compacta. Bombas de engranajes múltiples. Tienen una o varias salidas independientes.

El caudal que proporciona una bomba de engranajes se calcula de forma aproximada mediante la siguiente fórmula:



Siendo:

2rc·Dp-M·h·n . Qt 1.000 (]/mm)

Dp - Diámetro primitivo, en cm. M - Módulo del engranaje. b - Ancho del diente, en cm. n - Número de revoluciones por minuto (rpm).

La potencia del motor eléctrico que acciona la bomba se calcula mediante la fórmula:

Siendo:

$·U.¡ ·COS<p·lJ P,. = 1.000 (kW)

U - Tensión, en voltios (V). I - Intensidad, en amperios (A). cos <p - Factor de potencia. r¡ - Rendimiento.

2.5.2. Fórmulas de cálculo para bombas en general

1. Potencia necesaria para el accionamiento de una bomba hidráulica (P.,)

Siendo:

P =LJL (kW) a 612 · 1),

P = P ·Q (CV) al 441,2 · 1),

P" - Potencia, en kW. P,1 - Potencia, en CV. p - Presión, en bar. TJ, - Rendimiento total.

2. Caudal proporcionado por la bomba (Q)

Siendo:

Q = 2rc · Dp · M · h · n (1/min) 1.000

Dp - Diámetro primitivo. M - Módulo del engranaje. b - Ancho del diente, en cm. n - Velocidad de giro, en rpm.


3. Rendimiento de las bombas más utilizadas

a) Bombas de engranajes ......... . ........ . .. .. ..... 0,75 a 0,85 b) Bomba de paletas ........... . . . . . . : ....... . .. . .. . 0,90 a 0,95 e) Bomba de pistones ............ .. . .. ..... . .. .. . . .. . 0,70 a 0,95

Pu r¡,= Pa

TJ, = l'/1 · l'fme

Siendo:

r¡1 "" 0,75 (rendimiento total). 11,"" 0,80 (rendimiento volumétrico). 11me"" 0,90 (rendimiento hidráulico/mecánico).

4. Potencia del motor eléctrico que acciona la bomba hidráulica

$·U.¡ . cos <p • 17 P.,m (kW) (I)

1.000

Hidráulica

(l ) Este valor corresponderá al valor de la potencia necesaria calculada por la fórmula del punto

1 de este apartado.

5. Caudal teórico de una bomba hidráulica de engranajes externos

Siendo:

Q = 0,10472 · Dp · m · a· n (m3/s)

Q- Caudal, m3/ s. Dp - Diámetro primitivo de la rueda motriz, en mm. m - Módulo del engranaje. a - Ancho del diente, en mm. n - Velocidad de rotación, en rpm.

6. Velocidad del fluido en la tubería (v1)

Siendo:

21,22 · Q v1 = d (mis)

Q - Caudal circulante, en ljmin. d - Diámetro del tubo, en cm.



2.5.3. Principales características de las bombas hidráulicas

Caudal. Es el volumen de fluido que entrega la bomba en la unidad de tiempo a 1.500 rpm.

Caudal nominal de la bomba (Q,,)

Siendo:

Q ~ V· n · TJ,.,, (1/min) " 1.000

V - Volumen o caudal geométrico que proporciona una bomba, en cm3. n - Número de revoluciones por minuto (rpm) del eje de la bomba. TJ.,,,i- Rendimiento volumétrico.

Presión. Hay que conocer la presión máxima que soporta la bomba. Este valor es dado por el fabricante.

Velocidad de giro. Se debe conocer también para calcular el mecanismo de accionamiento para que suministre ese caudal.

Rendimiento de la bomba. El que le corresponda por tipo y fabricación. Se consideran:

Rendimiento volumétrico. El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente debería comprimir. Dicho en otros términos, el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de compresión.

El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba.

El rendimiento volumétrico se ve afectado también por la presión del fluido hidráulico que se transporta y también por la temperatura del mismo.

Rendimiento mecánico. El rendimiento mecánico mide las pérdidas de energía mecánica que se producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la fricción de los mecanismos internos.

En términos generales se puede afumar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado.

Rendimiento total o global. El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba.

Así pues, el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal del sistema.


Hidróu/Jca

2.5.4. Bomba de engranajes

Las bombas de engranajes se utilizan para grandes caudales y presiones relativamente bajas. Son de construcción sencilla, fáciles de utilizar y con rendimientos de hasta el90 %.

Estas bombas pueden ser:

Bombas de engranajes interiores. Bombas de engranajes múltiples.

• Bombas de tornillos. Una bomba de engranajes consta básicamente de una carcasa exterior que en su interior aloja los engranajes y en el exterior tiene los acoplamientos roscados para conectar el conducto de aspiración por un lado y por el otro el conducto de impulsión.

En el interior de la carcasa están los dos engranajes o piñones, siendo uno el motriz o conductor y que está acoplado en el exterior al eje del motor eléctrico y el otro piñón es el conducido. Los piñones están acoplados a la carcasa y tienen las holguras normales entre dientes de ambos piñones, a través de los cuales el líquido aspirado es conducido hacia al lado de la impulsión.

El caudal y la presión vienen dados por la capacidad o volumen que tienen los huecos u holguras entre dientes y el ajuste entre los mismos para poder dar presión al líquido.

Los piñones están fabricados generalmente en acero al cromo-níquel y cementados a una profundidad de 0,7 a 1 mm, que les asegura una dureza elevada y finalmente son rectificados. Los dientes de los piñones para uso en bombas tienen un tallado diferente que los convencionales.

El cuerpo o carcasa es de fundición gris o de una aleación de aluminio.

1

Motobomba de caudal fijo Motobomba de caudal variable

Figura 2.19. Croquis de una bomba de engranajes.

Leyenda:

1. Carcasa.

2. Engranajes.

3. Cámara.

4. Entrada del fluido. Aspiración.

5. Salida del fluido. Impulsión bajo presión.

Símbolos de un grupo motobomba de caudal fijo y de caudal variable.



El caudal total que proporciona una bomba de engranajes se calcula de forma aproximada mediante la siguiente fórmula:

Siendo:

2n: · Dp · M · b · n (ll . ) Qt = 1.000 . mm

Dp - Diámetro primitivo, en cm. M - Módulo del engranaje. b - Ancho del diente, en cm. n - Número de revoluciones por minuto (rpm).

2.5.5. Bomba de paletas

Otro de los tipos de bomba es la de paletas, pudiendo ser de caudal fijo o variable, con µna gama muy amplia de utilización en lo que a caudales se refiere, pudiendo oscilar su aplicación entre 2,5 y 300 1/min.

Este tipo de bomba trabaja a baja presión, siendo su campo normal de utilización de O a 140 bar, a velocidades que oscilan entre 500 y 3.000 rpm.

El principio de funcionamiento en que se basa esta bomba consiste básicamente en un rotor en el que se alojan unas paletas móviles que giran dentro de una cámara (cárter).

Las paletas toman el aceite que llega de E y transportan el fluido hacia S. El aceite se toma del recipiente a presión atmosférica de forma que al girar el rotor comprime el aceite entre las paletas al ir reduciendo el volumen de la cámara, y con esta compresión, se incrementa la presión del fluido.

El caudal teórico que da una bomba de paletas se calcula mediante:

Siendo:

Q, = 2b · n [n · ( R2 -r2 )-(R-r) e· z ] (1/min) cosa

Q, - Caudal, en ljmin. b - Anchura del rotor, en cm. n - Número de revoluciones por minuto (rpm). R - Radio mayor del perfil del anillo estator, en cm. r - Radio menor del perfil del anillo estator, en cm. e - Espesor de la paleta, en cm. z - Número de paletas. a - Ángulo de inclinación de la paleta con respecto al radio.

La Figura 2.20 muestra el croquis de construcción y funcionamiento de una bomba de paletas.


Entrada aspiración

Hidráulica

Salida impulsión bajo presión

Rotor

Paleta

Figura 2.20. Bomba de paletas.

2.5.6. Bomba de pistones axiales

Las bombas de pistones se utilizan para grandes presiones, que pueden variar entre 150 y 2.000 bar, con caudales que oscilan entre 0,3 y 250 dm3/ min y velocidades de hasta 7.000 rpm.

Hay bombas de pistones en línea, de pistones radiales y de pistones axiales.

Los diferentes caudales se consiguen modificando el ángulo que forma el plato inclinado con el eje del motor, lo que hace variar la carrera del pistón, y así, la cilindrada.

Leyenda:

Eje motriz

1. Eje que se acopla al motor de accionamiento normalmente eléctrico.

2. Plato inclinado.

3. Placa oscilante.

5. Dispositivo deslizante de regulación.

6. Pistones.

7. Bielas que unen la placa oscilante con los pistones.

8. Cámara.

4. Rodamientos interpuestos entre la placa oscilan- 9. Bola de retención (antirretorno).

te Y el plato inclinado. 10. Bola de retención (antirretorno).

Figura 2.21. Bomba de pistones axiales.



m MOTORES HIDRÁULICOS

Los motores hidráulicos son máquinas que transforman la energía del fluido hidráulico que se les aplica en una energía mecánica rotativa que se toma del eje del propio motor.

En la Figura 2.22 se presenta un motor hidráulico.

Estudiamos a continuación las principales fórmulas aplicadas al cálculo de los motores hidráulicos.

Figura 2.22. Motor hidráulico para una presión del fluido de h_asta 30 bar.

l. Par torsor en el eje del motor (M)

Siendo:

M - Par torsor, en Nm. F - Fuerza, en N. r - Radio de giro, en m.

M = F · r

M=L'..P. q,

!:i.P - Presión útil (!:i.P = p, - pJ. Diferencia de presión entre la presión de entrada (p.) y la presión de salida (pJ.

q, - Cilindrada reducida. q - Cilindrada por revolución.

2. Potencia desarrollada por el motor


Q = q,· (J)

P=M · w

p = Q. Ap

Siendo:.

p = M ·n (kW) 9.550

2n -n ro = -- (rad/s)

60

P = p . Q . r¡,., (kW) 600

11,,,, = 0,80 a 0,855

Q - Caudal de alimentación, en 1/min. q, - Cilindrada reducida. ro - Velocidad angular, en rad/ s. n - Velocidad de rotación, en rpm. M - Par, en Nm.

3. Caudal absorbido por el motor (Q)

Siendo:

q·n . Q =~ (]/mm)

'1v

V·n Q = IOJ· n (l/min)

V

q - Cilindrada teórica, en 1/ min. n - Velocidad de rotación, en rpm. 11v - Rendimiento volumé trico. V - Volumen, en cm3•

4. Velocidad en el eje del motor (n)

]03. Q · 11

n = ' (rpm) q

5. Presión útil en el motor (.\)

t:,. = 612. P., (bar) p Q. r¡,

6. Caudal consumido por un motor hidráulico

q ·n Q = -

3- (1/m in)

10 . 1/,

Hidráulica



7. Representación simbolizada de motores hidráulicos

En la Figura 2.23 se representan motores hidráulicos de forma simbolizada.

@ ®

Leyenda:

l . Motor h.idráulico de caudal constante. No reversible.

2. Motor hidráulico de caudal constante. Reversible.

3. Motor hidráulico de caudal variable. No reversible.

4. Motor hidráulico de caudal variable. Reversible.

5. Motor hidráulico oscilante.

Figura 2.23. Representación simbolizada de motores hidráulicos.

8. Tipos de motores hidráulicos Los motores hidráulicos son máquinas hidrostáticas. Existen varios tipos de motores

atendiendo a su forma constructiva, como son:

Motor hidráulico de engranajes. • Motor hidráulico de paletas. • Motor hidráulico de pistones radiales. • Motor hidráulico de pistones axiales.

Los motores hidráulicos son accionados por el fluido hidráulico que llega por las tuberías y que es accionado por una bomba hidráulica.

Hay mucha similitud constructiva entre las bombas y los motores hidráulicos.

m MOTOR OSCILANTE (ACTUADOR HIDRÁULICO)

El motor oscilante o actuador consta de dos cilindros opuestos con un vástago común que es una cremallera mediante la cual se mueve un piñón, que gira a derecha o izquierda según que actúe uno u orro cilindro. Tiene muchas aplicaciones especialmente para la abertura y cierre de compuertas y válvulas, su posibilidad de giro es por lo

general inferior a 360°.


Hidráulica

La _Figura 2.24 muestra un actuador o motor oscilante en el que se aprecian los siguientes elementos:

1- Cámara del cilindro. 2. Tope fijo que delimita la carrera del vás-

tago (cremallera). 3. Vástago. 4. Carcasa. 5. Topes regulables que delimitan la carre

ra del vástago y el ángulo d e giro. 6. Entradas y salidas del fluido a la cámara

del cilindro. 7. Émbolos. 8. Eje giratorio donde se hace la aplicación. 9. Piñón transmisor del esfuerzo. 10. Tuerca del tapón de relleno. 11. Carcasa. 12.Aceite.

Figura 2.24. Motor oscilante o actuador hidráulico.

La Figura 2.25 representa el esquema de aplicación correspondiente al mando de un actuador hidráulico desde un distribuidor de 3p y 4v de accionamiento manual

El motor oscilante tiene regulación de velocidad para sus dos movimientos.

El esquema dispone de un antirretorno y una válvula reguladora de presión.

Símbolo

RC2

D

Figura 2.25. Circuito hidráulico para motor oscilante o actuador hidráulico.



DISTRIBUIDORES HIDRÁULICOS

Los distribuidores hidráulicos, como su nombre indica, tienen la finalidad de distribuir el fluido hidráulico en las direcciones que convengan a la maniobra a realizar por los aparatos. Hay diversos métodos de distribución del fluido, algunos de los cuales se relacionan a continuación.

Los distribuidores neumáticos son similares en su funcionamiento a los distribuidores hidráulicos. Existen diferentes tipos de distribuidores:

a) De corredera

• Para pequeños y medianos caudales. Permiten dos o tres posiciones estables y gran cantidad de accionamientos. Tienen el defecto de que el cierre da lugar a pequeñas fugas, en algunos ca

sos. b) De asiento

Aunque son básicamente de dos posiciones, también puede haber de tres po

siciones. Para pequeños y medianos caudales. Tienen un cierre eficaz.

c) Giratorios

Permiten un número elevado de maniobras estables. Para toda la gama de caudales.

d) De placa de distribución

e) Otros tipos o sistemas, según gama de los fabricantes

f) Representación y participación de los distribuidores

El distribuidor con independencia de su forma constructiva, queda definido por el número de posiciones (p) que puede alcanzar y por el número de vías (v) correspondiente a una posición.

g) Representación y particularidades de los distribuidores


Hidráulica



l) Representación de distribuidores con sus accionamientos

Seguidamente estudiamos diversos distribuidores hidráulicos para asi poder comprender mejor los diferentes esquemas y aplicaciones que se estudian en este capítulo

dedicado a instalaciones hidráulicas.

Distribuidor hidráulico de 3p y 4v de accionamiento manual

La Figura 2.26 muestra un distribuidor de tres posiciones (3p) y cuatro vías (4v) con

posición de centro cerrado, de accionamiento manual.

Posición 1. A esta posición corresponde la situación intermedia, en la que todas las

vías están cerradas. Posición 2. En esta situación el fluido tiene entrada al circuito utilizador y al mismo tiempo se da escape al fluido bajo presión que tenía una parte del circuito.

Posición 3. Situación similar a la anterior pero conmutando la entrada por salida y la

salida por entrada. En la parte superior de la figura se representa simbolizado el distribuidor de 3p y 4v,

que se ha estudiado en sus tres posiciones de trabajo.

Distribuidor hidráulico de 2p y 4v accionado por electroválvula

El pilotado del distribuidor se hace por medio de una electroválvula con retorno de la

corredera a su posición de reposo por resorte.


T

Figura 2.26. Representación de las tres posiciones que toma el distribuidor.

Posición 1

t ¡ Posición 2

L N

Figura 2.27. Representación de las dos posiciones de un distribuidor con accionamiento por

electroválvula y retorno por resorte.

Posición 1. Distribuidor en posición de reposo.

Posición 2. Distribuidor accionado por la electroválvula.

Hidróulica

Posición 3

En la parte inferior se representa el símbolo correspondiente al distribuidor estudiado.


Tecnolog/a y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Distribuidor de 3p y 4v de accionamiento neumático y posición centro para el reposo

Distribuidor de 3p y 4v con pilotado interno por fluido neumático para las dos posiciones exteriores.

En reposo, sin pilotado, el distribuidor se encuentra en posición de centro cerrado. A

esta posición le llegan los resortes.

1 T T T i

- T

Figura 2.28.Funcionamiento de un distribuidor de 3p y 4v con accionamiento por aire neumático.

El distribuidor está representado en reposo, con posición de centro cerrado. Dos resortes ponen al distribuidor en posición centro. A ambos lados del distribuidor se colocan las dos electroválvulas. El pilotado de la corredera se hace con aire neumático.

En la parte inferior queda representado el símbolo correspondiente.

CILINDROS HIDRÁULICOS

El cilindro hidráulico es uno de los aparatos más utilizado en las aplicaciones hidráulicas.

S1

Figura 2.29. Cilindro hidráulico con sus datos de cálculo más representativos.

Los valores que defmen un cilindro hidráulico son los siguientes:

p - Presión a la que se suministra el fluido hidráulico, en bar. Sl - Sección del émbolo por el lado libre (Sl >52).

Sl = 0,785 D2, en cm2

•

S2 - Sección del émbolo por el lado con vástago (S2 <Sl). S2 = 0,785 (D 2 - d2), en cm 2•

D - Diámetro interior del cilindro y que es el del émbolo, en cm. d - Diámetro del vástago, en cm.


Hidráulica

F1 - Fuerza desarrollada por el cilindro en su salida, en No daN. F2 - Fuerza desarrollada por el cilindro en su entrada, en No daN. L - Carrera desarrollada por el cilindro, en mm.

2.9.1. Fórmulas de cálculo aplicadas a cilindros hidráulicos

Recordamos que las fuerzas desarrolladas por los cilindros hidráulicos, y por tanto sus fórmulas de cálculo, son las mismas que se han aplicado a los cilindros neumáticos, con la diferencia de que, en este caso, los valores de la presión suelen ser muy elevados si los comparamos con los cilindros neumáticos que son muy bajos (no suelen superan los 10 bar).

1. Fuerzas desarrolladas por el cilindro

a) En el movimiento de salida del vástago, compresión (Fl)

Siendo:

p - Presión, en bar. Sl - Sección, en cm 2.

Fl = p · Sl (daN)

b) En el movimiento de entrada del vástago, tracción (F2)

F2 = p . S2 (daN)

c) Equivalencias:

1 N = 0,102kp 1 bar= 10 N/cm2= 1 daN/cm2

ION = 1 daN 1 kp/cm2= 0,981 bar

lkp = 9,81 N :::::J daN l kp/cm2""l bar

2. Presión necesaria para efectuar una fuerza (F)

Siendo:

F - Fuerza, en daN. S - Sección, en cm2•

P = !... (bar) s

3. Volumen necesario para desarrollar una carrera (V)

S·L V=-(dm3

) 104


Tecnología y circuitos de op/icación de neumática, hidráulica y electricidad

Siendo:

L - Carrera, en mm. S - Sección, en cm2 .

4. Rendimiento volumétrico, considerando fugas (11001)

'llvol :e 0,85 a 0,95

5. Tiempo en realizar una carrera (t)

Siendo:

L - Carrera, en mm. S - Sección, en cm2.

Q - Caudal, en 1/min.

S·L·6 t= Q·l03 (s)

6. Secciones del cilindro (S)

a) Sección Sl

n . D' O, 785 · D' ( .. 2) SJ =--= cm 4 -100 100

Siendo D- Diámetro, enmm.

b) Sección S2

_ n(D2 - d2)_ 0,785(D2 - d2

) 2

S] - 4 -100 - 100 (cm)

Siendo d - Diámetro del vástago, en mm.

7. Velocidad de movimiento del vástago (v)

Siendo:

v =-L- (m/s) · v = JL (m/s) · v = 0,1 66 · Q (m/s\ t -103 ' 6. s , s ~

L - Carrera, en mm. t - Tiempo, en cm2

.

Q - Caudal real, en 1/min. S - Sección, en cm2 .

8. Caudal necesario para realizar un movimiento (Q)

Q = 6 · S · v (l/min)


Siendo:

Q = 60 · ~ (l/min) t

S - Sección del lado considerado, en cm2•

V - Velocidad de desplazamiento, en m/s. v - Volumen de la carrera, en litros (1). t - Tiempo, en segundos (s).

9. Rendimiento de un cilindro

El rendimiento de un cilindro y el conjunto de la instalación dependen de:

• Fugas de fluidos hidráulicos. Pérdidas de carga. Rozamientos y estado del cilindro. Respuesta de los elementos complementarios del circuito.

2.9.2. Presentación comercial de cilindros

Figura 2.30. Presentación comercial de cilindros hidráulicos.

Figura 2.31 . Cilindros hidráulicos aplicados a una máquina de obras públicas (conexiones y

articulaciones).

Hidráulica


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulico Y electricidad

2.9.3. Representación simbolizada de cilindros hidráulicos

2.9.4. Representación de un cilindro hidráulico de doble efecto con sistema de amortiguación a los extremos

Este tipo de cilindro corresponde al representado con el número 7 del apartado 2.9.3.

2

Figura 2.32.Cilindro hidráulico.


Leyenda referente a la Figura 2.32:

l. Pistón o cámara del cilindro. 2. Vástago. Elemento principal de la aplicación

lineal del cilindro. 3. Émbolo. Parte móvil del cilindro al que se

aplica la presión del fluido (ambos lados). 4. Parte del émbolo destinada a la regulación

de la velocidad en sus dos desplazamientos extremos.

Hidráulica

5. Agujero roscado para la alimentación de las cámaras del cilindro.

6 y 7. Sistema regulador de la velocidad en el desplazamien to extremo del vástago, tanto en salida como en entrada.

8. Tornillo para realizar la purga de la cámara del cilindro.

Tabla 2.6. Medidas normalizadas de los cilindros hidráulicos.

Nota: bajo demanda, se fabrican cilindros con otras carreras, vástagos y diámetros.

Tabla 2.7. Diámetro y rosca de las entradas de fluido al cilindro

!IJ También corresponde al diámetro del émbolo.

Velocidad del líquido en la tubería de alimentación al cilindro

Lo importante de la tubería, además de los agujeros de entrada/salida del fluido, es el diámetro ínteríor o diámetro de paso real del líquido. Las dimensiones del tubo deben coincidir con las del cilindro para que los caudales de aprovisionamiento sean proporcionales.

La velocidad máxima del líquido en la tubería es de 4 a 6 m/s.

COMPONENTES HIDRÁULICOS

Muchos son los componentes que intervienen en los circuitos hidráulicos y alguno de ellos con muchas variantes. A continuación se presentan los más importantes que se complementan con otros que se estudian aplicados a esquemas en este mismo capítulo.

1. Válvula !imitadora de presión

Su función es la de limitar la presión a un valor determinado en la parte de circuito sobre la que tenga influencia.



APLICACIÓN B

Figura 2.33. Válvulas !imitadoras de presión y aplicación.

a) Válvula /imitadora de presión. Símbolo general

Esta válvula también se denomina válvula de seguridad. Se pone a descarga cuando la presión de la tubería supera la presión de reglado.

b) Válvula !imitadora de presión con posibilidad de regular la presión de puesta a descarga

Este elemento está presente en casi todas las instalaciones. A la izquierda queda representado un ejemplo de aplicación.

2. Válvulas reductoras de presión

Permiten regular la presión en la utilización. Es posible que no todos los aparatos funcionen con la misma presión, por Jo que será necesario un dispositivo que permita seleccionar la presión que interese al circuito.

¡~ ~. : [~l L_ : 1 _ _.

LLJ LLJ

CD @ @

1. Válvula reductora de presión. Simbolo general. 2. Válvula reductora de presión en un solo sentido. 3. Válv ula rnductora. de presión que funciona de forma diferencial entre las presiones de 1 y 2.

Figura 2.34. Válvulas reductoras de presión.

3. Válvulas de secuencia

Este tipo de válvulas se emplean cuando interesa que las entradas de los vástagos de dos cilindros se hagan con cierto desfase en la maniobra, siendo uno de ellos priorita

rio.


0 cli,.: l'l

@--~, . 1

UJ

C2

VAR

APLICACIÓN

1. Válvula de secuencia con regulador exterior. 2. Válvula de secuencia con regulación exterior por pilotado.

Hidráulico

C1

@

p

3. Ejemplo de aplicación de una válvula de secuencia aplicada a dos cilindros acoplados en derivación, para que la entrada de los vástagos sea el cilindro Cl prioritario sobre C2.

Figura 2.35. Válvulas de secuencia y aplicación.

4. Válvulas de equilibrado

Las válvulas de equilibrado son válvulas de mando directo y purga interna, que en este caso tiene la función de crear una resistencia hidráulica que permite mantener una carga. Cuando estas válvulas se utilizan para esta función, se les denomina válvulas de descarga.

CD VAR

1. Símbolo general. 2. Ejemplo de aplicación

1 L

Figura 2.36. Válvula de equilibrado y aplicación.

5. Reguladores de caudal

APLICACIÓN

@

VAR p

Estos elementos regulan el paso de fluido en el circuito donde están instalados.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidróulica y electricidad

1. Regulador de caudal. Símbolo general. 2. Regulador de caudal con posibilidad de que la regulación se haga manualmente. 3. Diafragma. Reducción de la sección de la tubería en un punto dado para reducir el caudal

de paso. 4. Regulador de caudal en una dirección. De 1 hacia 2. 5. Regulador de caudal unidireccional. De 1 hacia 2. 6. Regulador de caudal de tres vias, con descarga del fluido sobrante a través de 3.

Figura 2.37. Reguladores de caudal.

6. Reguladores de circuitos

Los reguladores de circuito se colocan al principio o inicio de la instalación.

f, f, f f, ®

l. El regulador de caudal puede se1~ como en este caso, para un solo circuito, mientras que hay circunstancias en las que se precisa regular los circuitos uno a uno.

2. Regulador de caudal para dos circuitos. Llegada por 1 y salidas pm 2 y 3.

3. Regulador de caudal parn cuatro circuitos. Llagada por 1 y salidas por 2, 3, 4 y 5.

Figura 2.38. Disposición de reguladores de caudal en el inicio de los circu itos.

7. Válvulas antirretorno

Las válvulas antirretorno impiden el paso de fluido en un sentido. Evitan el retroceso del fluido o que lleve un determinado camino.

~ ~

VA1 VA, 2 1·. f f 2 -- 3 2 L3 ___ 3_t 2 1 1 _ ___ .J

® ®

Figura 2.39. Válvulas antirretorno.


Hidráulica

Leyenda de la Figura 2.39:

1. Válvula antirretorno. Paso de fluido en sentido 2-1. Flujo cortado cuando el origen está en 1.

2. Válvula antirretorno. Flujo cortado en sentido 1-2. Habrá paso 1'-Z si se pilota la válvula por 3. 3. Conjunto de dos válvulas antirretorno que se emplean en cilindros hidráulicos. Cuando se en

via fluido a través de VAl , la válvula VA2 permitirá el paso de fluido 1'-2',, al estar pilotada por 3. 4. Válvula antirretomo con presión límite regulada. No pasa fluido en sentido 1-2 mientras no se

supere la presión de reglado. No pasa fluido en sentido 2-1.

5. Válvula antirretorno con regulación de la presión máxima a voluntad.

El tipo de válvulas (4) y (5) se utilizan también como válvulas de presión máxima, y también, como válvulas de seguridad.

8. Manómetros

Son aparatos que señalan la p resión del fluido en el lugar que están instalados. Según sea el lugar donde estén instalados, se evitarán los golpes de ariete o impulsos bruscos que lleven al deterioro del manómetro.

1. Manómetro acoplado di.rectamente al circuito a medir. 2. Manómetro que efectuará la medida cuando se abra el grifo.

. 3. Manómetro que efectuará la medida mientras se pulsa el distribuidor. 4. Manómetro que efectuará la medida mientras se pulsa el distribuidor y que en reposo se des

carga de presión quedando el manómetro a presión cero.

Figura 2.40. Procedimientos de medida con manómetros.

9. Presostatos

Son aparatos que detectan la presión del fluido en el lugar de la instalación en la que están instalados. Algunos de sus cometidos son:

Conocer la presión y hacer uso de su medida tiene aplicación directa en los circuitos con fines muy diversos, como pueden ser:

Conocer y controlar la presión real de un circuito o parte de la instalación. Detección de los valores máximos. Detección de los valores mínimos.

Poder establecer niveles de funcionamiento, como son: Que pueda funcionar el circuito cuando se tiene constancia de que hay presión. Que pueda funcionar el circuito entre ciertos n iveles de presión.


Tecnología y circuitos de op/icoción de neumática, hidráulica y electricidad

Avisar cuando se produce una presión muy elevada o muy baja. Otras condiciones de marcha y control que convengan al circuito o instalación.

1. Presostato. Símbolo general. 2. Presostato con regulación de la presión a detectar. 3. Presostato para controlar niveles de presión máxima y mínima.

Figura 2.41. Presostatos.

10. Filtrado del fluido

El filtrado del fluido es imprescindible en todo circuito hidráulico, lo que se consigue intercalando una malla, con un paso (agujero) que debe ser adecuado para retener las partículas que se generan en el circuito.

El estado de conservación del filtro deberá ser una garantía para asegurar el correcto estado del fluido en lo que se refiere a suciedad.

Para evitar defectos de funcionamiento en el circuito por obturación del filtro, se coloca en paralelo una válvula antirretorno reglada convenientemente a una baja presión, que permitirá el paso de fluido cuando este encuentre dificultad de paso por el filtro.

l. Filtro. Disposición básica.

2. Filtro con by-pass.

Figura 2.42. Filtrado del fi uido hidráulico.

Como se ha dicho, el filtro es un elemento imprescindible en todos los circuitos, siendo normal que haya uno a la llegada al depósito, pudiendo haber otro en la impulsión. Hay que asegurar la buena calidad del fluido eliminando todo tipo de impurezas. Los filtros suelen llevar un sistema by-pass (derivación) para así permitir el paso del fluido por otro circuito cuando se obture el filtro en servicio, después de vencer la resistencia de un antirretorno.


Hidráulica

Cuando esto suceda, no habrá filtrado, lo que entraña un riesgo muy importante para el propio fluido y para los aparatos por los que circula.

La obturación del filtro puede detectarse por diferentes sistemas, algunos de los cuales se recogen en la Figura 2.43.

Filtro para fluido hidráulico. Símbolo general.

A ·-·-¡ 0 i

i ____ ¡ B

Filtro con indicador de obturación por medio de un manómetro.

A ·-·-·-·1 1 1

1 L._.

-~rl ·-·r--oPEj

B

Filtro con indicador de obturación eléctrico.

r ·- · i i ¡ L._.

A ·-·-·-·-·, ..... -1 i 2 . ~,¡

~iE, ·-·- · ..... .,º.J B

Filtro con detección de obturación por presostato y salidas de señal óptica y eléctrica

A r·-· ·-·1 j i í ¡ L._. __ .J

B

Filtro con sistema de derivación o by-pass para permitir el paso del fluido cuando se obture el filtro.

A ·-·-·-,

B

l j

·- ·-·J

Filtro con sistema de obturación mecánico.

A ·-·-·-·1 ' ¡

-~~¡ ·-·-·-·j

B

Filtro con detección de obturación por presostato y salida de señal.

r·-·-·

i i i i L.-·-·

" ·-·- ·-, i 1

i i

·-·-·j Montaje de dos conjuntos de filtrado en paralelo para que funcione uno u otro. El que se encuentra fuera de servicio es el obturado, que se está limpiando o sustituyendo, o ya en espera de entrar en servicio.

Figura 2.43. Diferentes opciones de filtros para circuitos hidráulicos.



11. Intercambiadores de calor

En algunas aplicaciones resulta imprescindible mantener el fluido dentro de unos niveles óptimos de temperatura, de manera que permitan su conservación para así evitar su degradación por efecto de la temperatura.

La refrigeración del fluido normalmente se realiza a través de intercambiadores en los que el fluido refrigerante es agua a temperatura de 20 a 25 ºC.

No todas las centrales hidráulicas llevan intercalador, las llevarán aquellas en las que las circunstancias de su instalación y funcionamiento den lugar a generar temperatura elevada en el flujo.

®

1. Refrigerador con líquido. 2. Calentador.

3. Refrigerador o calentador.

Figura 2.44. lntercambiadores de calor.

12. Aplicación de filtro e intercambiador

La Figura 2.45 muestra un ejemplo de aplicación de los dos últimos elementos estudiados (filtro e intercambiador de calor o refrigerador) a nivel de la central hidráulica.

Tratamiento del fluido a través de la central hidráulica.

Retorno del fluido hidráulico

tr:,=:=::::::;~=--;=~ Agua


301/min 25ºC

l. Filtrado (filtro). 2. Enfriamiento (intercambiador). 3. Calentamiento (resistencias calefactoras). 4. Agitado del fluido para su homogeneizado.

Figura 2.45. Empleo de filtro e intercambiador

de calor {refrigerador).

Hidráulica

13. Distribuidores hidráulicos

No hay diferencia apreciable entre un distribuidor que pilota aire comprimido que otro de fluido hidráulico en lo que se refiere a su forma yfoncionarniento. Sí hay diferencia en lo que atañe a su forma constructiva. No es lo mismo trabajar con presiones en torno a 10 bar, que superiores a 200 bar.

Vamos a hacer un repaso sobre su funcionamiento, teniendo presente lo estudiado en la tecnología neumátíca.

a) Funcionamiento de un distribuidor de 2p y 4v

La Figura 2.46 muestra la representación gráfica del funcionamiento de un distribuidor de 2p y 4v con accionamiento por.X para una posición y retorno de la corredera a la posición de reposo por medio de un resorte.

El pilotado puede ser manual, mecánico, neumático o eléctrico.

- Posición 1. Vástago en reposo - Posición 2. Vástago pilotado por X

Figura 2.46. Representación de un distribuidor de 2p {posiciones 1 y 2) y 4v (agujeros).

- Ejemplo de aplicación

e,

D1

x--

p .,... __ ...,

Figura 2.47. Aplicacíón de un distribuidor de 2p y 4v para el

mando de de un cilindro de doble efecto.

Nota: el fluido del circuito contrario al que tiene presión se reconducirá siempre al depósito del grupo de presión.


Tecnologlo y circuitos de oplicoción de neumático, hidráulico y electricidad

b) Funcionamiento de un distribuidor de 3p y 4v con posición en reposo de centro cerrado

Repiesentación gráfica del funcionamiento de un distribuidor de 3p y 4v con accionamiento neumático para dos posiciones, y posición centro por efecto de los resortes, cuando el distribuidOl' está en reposo (sin pilotado).

- Posición 1. Situación de reposo (centro cerrado) - Posición 2. Accionamiento por X - Posición 3. Accionamiento por Y

Posición 2 • t • 1

Figura 2.48. Representación de las tres posiciones por las que pasa el distribuidor con la parte de

símbolo afectada.

- Ejemplo de aplicación

El esquema tiene el siguiente funcionamiento:

Posición de centro cerrado. El émbolo del cilindro Cl queda bloqueado en la posición que se encuentre en el momento de pasar a la situación de centro cerrado. Posición con pilotado por X. El vástago de Cl realiza la salida. Posición con pilotado por Y. El vástago de Cl realiza la entrada.


Hidráu//ca

C1

Figura Z.49. Cilindro con mando desde un distribuidor de 3p y 4v con accionamiento neumático.

c) Funcionamiento de un distribuidor de 3p y 4v con posición en reposo abierta

Los distribuidores pueden tener diferentes funcionalidades en cada una de la posiciones. En este caso, la posición centro es abierta. La elección del distribuidor dependerá de la necesidad de la aplicación de que se trate.

En la Figura 2.50 se representan las tres posiciones del distribuidor con la parte de símbolo afectada.

Distribuidor l. Tres posiciones y cuatro vías (3p/4v) con posición centro cerrado de reposo.

Distribuidor 2. Tres posiciones y cuatro vías (3p/4v) con posición de centro abierto en reposo.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidróu/ica Y electricidad

Figura 2.50. Estudio de las tres posiciones (3p) de un distribuidor de 4v con pilotado a determinar

1111 ESQUEMAS HIDRÁULICOS BÁSICOS &H&

En este apartado se estudian los principales elementos que constituyen muchos de los

circuitos hidráulicos.

Figura 2.51. camión grúa, muchos de sus movimientos funcionan con elementos hidráulicos.

Esquema 1 Diferencia entre circuitos neumáticos e hidráulicos: la similitud entre los circuitos neumáticos e hidráulicos es muy grande en lo que se refiere a trazado de esquemas ! aparatos, particularmente en su representación simbólica. Sin ~mbar_go, hay unas diferencias muy especificas, como son las que se enumeran a contumac1ón.


Hidráulica

e e

D D

p

Esquema neumático Esquema hidráulico

Figura 2.52. Esquemas comparativos sobre instalaciones neumática e hidráulica respecto a sus

circuitos.

Circuitos neumáticos

En los circuitos neumáticos, el aire de retorno, el que no ejecuta la maniobra, se manda a escape (atmósfera) y se pierde.

El aire bajo presión que empuje a un émbolo, por ejemplo, puede permanecer en situación de empuje todo el tiempo que sea necesario sin ningún problema.

Normalmente, las tomas de aire bajo presión se hacen desde una tubería o colector general, alimentado por un grupo compresor y que puede atender a una red muy extensa de elementos neumáticos.

El circuito neumático necesita engrase (lubricación) para evitar que la humedad contenida en el aire neumático oxide elementos fijos y móviles del circuito, que luego dificu1tan el correcto funcionamiento si no están bien engrasados.

Circuitos hidráulicos

En los circuitos hidráulicos, el fluido hidráulico de retorno debe ser conducido al depósito de la central hidráulica.

El grupo de compresión y bombeo suele alimentar a una instalación mucho más limitada en amplitud que el compresor del circuito neumático.

De forma especial, el grupo de compresión y bombeo debe protegerse contra sobrepresiones cuando se corta bruscamente el paso de fluido, cosa que en el circuito neumático no tiene apenas repercusión.



El circuito hidráulico requiere tubería de ida y retorno.

Las fugas de aceite son siempre más molestas que las de aire.

Al no tener escapes a la atmósfera, no hay problemas por ruido.

Esquema2

Estudio de un circuito hidráulico completo con representación gráfica. El esquema representado en la Figura 2.53 corresponde a la alimentación de un cilindro con amortiguación a los dos extremos accionado desde un distribuidor pilotado por una electroválvula y con fluido hidráulico alimentado desde una central hidráulica.

El distribuidor es de 2p y 4v con pilotado por una electroválvula para una posición y retorno por resorte.

Posición 1. Situación de reposo para el distribuidor. Posición 2. Distribuidor pilotado por electroválvula.

Siempre hay que reconducir el fluido hidráulico al depósito, donde se filtra y también se puede calentar o enfriar según proceda.

Cl

t

i t p

p

Figura 2.53. Circuito completo que incorpora la central hidráulica y el circuito que alimenta un cilindro.


1. Presiones a considerar en el circuito

P0 - Presión atmosférica. p - Presión relativa, la que marca el manómetro.

2. Caudal que circula por el circuito (Q)

V p Q= 7 ; Q=;

3. Potencia hidráulica desarrollada por la bomba

Potencía expresada en trabajo por unidad de tiempo:

Hidróu/ica

T P =-¡ Potencia expresada en trabajo y realizado por unidad de tiempo.

V·p V P = -

1- ; siendo Q =-¡ ; se tendrá que P = p · Q

4. Fórmulas prácticas de cálculo

Siendo:

p - Presión, en bar. Q - Caudal, en 1/min.

p = p· Qc (kW) 600 · 1]

P =J!...:..Q_ (CV) 441 · 1]

ri - Rendimiento de la bomba.

5. Calcular la potencia necesaria para la bomba del circuito

Trabajo a desarrollar: T = m · h = 4.000 x 1,5 = 6.000 kg Presión necesaria: p = T/Sl = 6.000/100 = 60 bar Caudal circulante: Q = 251/min

. p·Q 60 x25 Potencia en kW: P = --= = 2,94 "" 3 kW

600 · 1] 600 X 0,85 p·Q

Potencia en CV: P = -4 1 4 · T/

Equivalencias: 1 kW= l .OOOW 1 CV=736W 1 kW= l,36CV

Esquema3

60x25 _ 4 441 x 0,85 - CV

Circuito hidráulico simple. Mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor de 3p y 4v con accionamiento manual, disponiendo el circu ito de otros elementos que se estudian en el recuadro adjunto, elemento por elemento.


Tecnologío y circuitos de aplicación de neumótíca, hidróulica y electricidad

F1 F2

i ¡ 4.000 Kg

Figura 2.54. Esquema del circuito analizado.


Hidráulico

Esquema4

Circuito hidráulico con mando desde un distribuidor de 2p y 4v que está pilotado por electroválvula en un sentido y retorno por resorte. El avance y retroceso del émbolo está controlado por sendos reguladores de caudal.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumático, hidráulico y electricidad

En la Figura 2.55 se representa el esquema de forma didáctica con todos los elementos principales, y en la Figma 2.56 se representa el esquema de acuerdo a la simbología.

Representación del circuito para el mando de un cilindro de doble efecto Cl, con mando desde un distribuidor (2p/4v) con pilotado que puede ser eléctrico, neumático o hidráulico.

El circuito dispone de regulación de velocidad para los movimientos de entrada y salida del vástago de Cl.

C1

RV2

D1

(1)

+- +-¡ i

VS

~ X

D1

Accionador

(1)

Posición que toma el distribuidor cuando está en posición de reposo.

D1 - Distribuidor accionado.

Vástago en situación de salida.

Figura 2.55. Representación didáctica del circuito hidráulico.

Representación esquemática del circuito que arriba se presenta gráficamente.

Analizar uno y otro circuito verificando el encaminamiento del fluido, según se trate de la salida o entrada del vástago.

Regulación de velocidad para la salida del vástago por medio de RC2 y para la entrada por medio de RCl. 01 Distribuidor que puede ser pilotado por diferentes dispositivos: neumático, hidráulico o por electrovál

vula.


Hidráulica

C1

RC2

EV1

FIL

Figura 2.56. Representación simbolizada del mismo circuito hidráulico.

Esquema5

Empleo de acumuladores hidráulicos. El acumulador tiene la función de absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que este lo precise.

El acumulador hidráulico se puede encontrar en algunos circuitos hidráulicos, bajo diferentes formas, como son:

1. Acumulador de peso. 2. Acumulador de resorte. 3. Acumulador de pistón. 4. Acumulador de vejiga. 5. Acumulador de membrana.

Las funciones que el acumulador hidráulico realiza en un circuito pueden ser estas:

Reserva de fluido a presión. Cuando el sistema precisa presión y caudal durante un corto tiempo. Compensación de fugas. Compensación de volumen. Eliminar o reducir los golpes de ariete producidos por cortes bruscos de circulación del fluido.

• Disminuir irregularidades de la presión dada por las bombas. Los acumuladores hidráulicos tendrán el dimensionado que precise la función propia de su utilización y la que le corresponda por las características del circuito. Se recomienda consultar con el proveedor en el momento de elegir un acumulador.


Tecnologio y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

G

CD @ ®

Figura 2.57. Presentación de diferentes tipos de acumuladores.

Esquema hidráulico para el mando de un cilindro de doble efecto con regulación de caudal (velocidad) para los dos movimientos del vástago, por medio de un distribuidor de 3p y 4v, con posición de centro cerrado y mando por electroimán para las posiciones 1 y 2, retornando al centro (posición D), cuando falta pilotado en EVl y EV2.

El circuito dispone de un amortiguador de golpe de ariete (1) que absorbe o amortigua el empuje o la fuerza de la presión en el circuito, cuando hay un corte brusco de la circulación del fluido bajo presión, como consecuencia de pasar el distribuidor de las posiciones 1 o 2 a la posición 3.

C1

Amortiguador RC2

AR

Retorno p

Figura 2.58. Circuito que incorpora un amortiguador hidráulico.


Hidráulica

Esquema6

Filtros para el circuito de retorno en centrales hidráulicas. Las centrales hidráulicas pueden estar construidas con diferentes equipamientos en lo que respecta a los filtros situados en la llegada del fluido al depósito, después de haber recorrido el fluido todo el circuito y arrastrar las impurezas que ha recogido por desp,rendimientos, desgaste de piezas y juntas u otras causas, y también, en el circuito de impulsión, que puede ser más tupido que el circuito de llegada.

Es conveniente poner filtro en el agujero de aireación del depósito para evitar que entre polvo y otras impurezas del ambiente exterior.

La Figura 2.59 nos muestra estos tres filtros colocados sobre el depósito de la central hidráulica:

l. Aireación del depósito. 2. Filtrado de la impulsión. 3. Filtrado del retorno.

@

CD

Figura 2.59. Equipamiento de filtros sobre el depósito de una central hidráulica.

Equipos de filtrado con señalización de atasco

Enla Figura 2.60 se muestran tres filtros con señalización complementaria:

• Filtro con presostato. Al igual que el filtro anterior, el circuito dispone como seguridad una válvula antirretorno regulada a una determinada presión. El presostato se regulará a una presión inferior a la de antirretorno. Si por falta de limpieza del filtro, el circuito alcanza una presión determinada, el presostato por medio de su contacto activará una señal acústica, luminosa u otra función. Filtro con indicador visual (manómetro). Si aumenta la presión en la tubería de retorno como consecuencia de la obturación del filtro por falta de limpieza, un antirretorno abrirá el circuito al llegar a la presión de seguri-



dad a la que está ajustado. Un indicador de presión señala constantemente la situación del filtro. Si aumenta la presión, es una señal clara de que el filtro está sucio. Filtro con indicador luminoso de atasco. El antirretorno abrirá su circuito en caso de atasco del filtro, pero con anterioridad, se habrá encendido una lámpara que nos avisará del estado de suciedad del filtro.

Pr M

® @

Figura 2.60. Tres formas de equipamiento de filtros con detección de atasco.

Esquema 7

Circuito para el mando de un cilindro hidráulico de simple efecto por medio de un distribuidor de 3p y 4v con pilotado manual.

La relación de elementos que constituyen el esquema serían los siguientes:

1. Cilindro neumático de simple efecto. Retorno o entrada del vástago por efecto de una fuerza exterior.

2. Presostato. Habrá detección cuando el vástago está alimentado con presión hidráulica.

3. Distribuidor de 2p y 3v de accionamiento manual y enclavamiento para las dos posiciones.

4. Alimentación flexible al cilindro. 5. Tubería rígida en el resto del circuito. 6. Regulador de caudal ajustable para la circulación del fluido por esa zona. 7. Válvula reductora de presión. La presión que llega de la central (14), se

ajustará en función a las necesidades del circuito utilizador. En este caso, el cilindro que eleva una determinada carga.

8. Encaminamiento del fluido hidráulico hacia el depósito. Aunque se representen varios depósitos en un mismo esquema, siempre son el mismo.

9. Distribuidor de 2p y 3v de accionamiento manual (pulsador) y retorno a la posición inicial por resorte.

10. Manómetro indicador de la presión de llegada. 11. Válvula antirretorno tarada a un determinado valor de presión máxima. 12. Termómetro. Señala la temperatura del fluido hidráulico. 13. Válvula manual de aislamiento. 14. Válvula !imitadora de presión (seguridad). 15. Punto en el que se inicia la instalación. Detrás queda el grupo hidráulico.


Hidráulica

@) @)

Figura 2.61. Cilindro hidráulico de simple efecto con distribuidor pilotado manualmente.

Esquemas

Cilindrns hidráulicos de simple efecto. Hay aplicaciones en las que se emplean cilindros en funciones de simple efecto como los que estudiamos a continuación.

Los elementos hidráulicos del circuito son:

C1 - Cilindro de simple efecto RC1 y RC2 - Reguladores de caudal (velocidad). G - Grifo o válvula de aislamiento. VAP - Válvula antirretorno pilotada. D1 - Distribuidor de 3p/4v de accionamiento manual. VA ~ Válvula de retención tarada. VD - Válvula de descarga (seguridad).


Tecnologío y circuitos de oplicación de neumática, hidráulico y electricidad

C1

RC2

RC1

Figura 2.62. Regulación de

velocidad en los dos movimientos.

ACU

RC2

p

Figura 2.63. Circuito para cilindro de simple efecto.

La disposición de los reguladores de caudal en serie (RCl y RC2), Figura 2.63, permite la regulación de la velocidad tanto en el movimiento de salida del vástago como en el de entrada. Esta posibilidad puede aplicarse al cfrcuito de la Figura 2.62.

En cuanto al funcionamiento del circuito, la presión y cfrculación del fluido está generada por una bomba situada en la central hidráulica.

1. Salida del vástago. Subir la carga. Poner el distribuidor Dl en posición (S). La presión llega directamente al cilindro paI'a que el vástago realice su salida sin regulación de velocidad, salvo la que imponga la carga a elevar.


Hidráulica

2. Entrada del vástago. Bajar con carga. Poner el distribuidor Dl en posición (B).

La presión (p) pilota V AP que permite el paso del fluido almacenado, desde la cámara del cilindro al depósito, pasando por el regulador de caudal RCJ., con lo que se regula la velocidad de bajada. El vaciado de la cámara del cilindro se efectúa por efecto de la carga sobre el émbolo.

3. Retención de la carga en cualquier posición. Cuando se pasa el distribuidor Dl a la posición centro, se corta la alimentación y el vaciado del circuito, con lo que este queda bloqueado.

4. Amortiguación de las maniobras de parada con carga. El acumulador ACU se encarga de amortiguar las irregularidades de presión que pudieran darse en el circuito.

Esquema9

Aplicación de cilindros con cargas suspendidas.

Circuito 1

Esquema hidráulico para el mando de un cilindro de doble efecto desde un distribuidor Dl (3p/4v) para el accionamiento de una carga con los siguientes elementos de regulación:

•

•

RCl - Regulación del caudal (velocidad) para el movimiento de bajar. VAP- Válvula de retención pilotada. Esta válvula retiene la carga (suspendida) cuando el distribuidor está en posición de centro. Dl/X - Posición para subir la carga, sin regulación de velocidad. Dl/Y - Posición para bajar la carga, con regulación de velocidad. Dl/C - Posición centro. Retención de la carga. El distribuidor Dl podría ser pilotado por accionamiento manual u otra forma, como es por electroválvulas, aire neumático o por fluido hidráulico.

Figura 2.64. Circuito 1 para cilindro con carga suspendida.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidróulíca y electricidad

Circuito2

Este esquema corresponde a otra versión del esquema anterior.

Función de los aparatos en el esquema

RCl - Regulación del caudal (velocidad) para el movimiento de bajar. VAPl - Válvula de retención pilotada. Esta válvula retiene la carga cuando el distribuidor está en posición de centro. Dl - Distribuidor de 3p y 4v con posición normal de centro cerrado. DXl - Posición para bajar la carga, con regulación. DX2 - Posición para subir la carga, sin regulación Dl/C - Posición centro. Retención de la carga.

p

·- ·----. 1

1

1

1

1

1

y i ___ j

Figura 2.65. Circuito 2 para cilindro con carga suspendida.

Esquema 10

Elevador de cargas. El circuito de la prensa hidráulica aplica el principio de Pascal, cuyo enunciado dice: "la presión ejercida sobre un punto de un líquido en reposo, se transmite con igual intensidad en todos los sentidos y direcciones (pl = p2)".


- - --··--·--··- .. -·.

Siendo:

Fl F2

Sl S2

51 - Sección del distribuidor.

F2 = FI S2 Sl

52 - Sección del émbolo del cilindro. F1 - Fuerza ejercida en el distribuidor. F2 - Fuerza ejercida sobre el cilindro.

Hidráulica

La Figura 2.66 muestra un ejemplo de aplicación del principio de Pascal aplicado a un elevador de carga.

Figura 2.66. Circuito hidráulico de accionamiento manual para elevar una carga.

El funcionamiento del circuito sería el siguiente:

• Para subir la carga. Accionar la palanca (bombear) de la bomba manual (1) que aspira fluido del depósito y lo envía hacia el cilindro (2). El grifo (4) estará cerrado. Para bajar la carga. Abrir el grifo (4). El aceite del cilindro retornará al depósito (5). Funcionamiento de la bomba manual. Cuando la palanca se eleva se cierra la clapeta (b) y se abre la (a) al mismo tiempo que se aspira el aceite del depósito. Cuando se baja la palanca, se cierra la clapeta (a) y se abre la (b) y el aceite se envía hacia el cilindro.

Esquema 11

En este esquema se hace un resumen de lo estudiado, y sirve como introducción a los esquemas básicos hidráulicos que se van a estudiar a continuación. El esquema de la Figura 2.67 está constituido por:



a) Central hidráulica con los siguientes componentes

Relación de los principales componentes de una central hidráulica que suministra fluido hidráulico en las mejores condiciones a diferentes aplicaciones:

1. Válvula de desagüe del depósito. 2. Mirilla de nivel. 3. Filtro del aire atmosférico. 4. Detección de volumen o altura del fluido en el depósito. 5. Detección de temperatura del fluido. 6. Manómetro para medir la presión del fluido. 7. Equipo presor (moto-bomba). 8. Resistencia calefactora conectada a red trifásica. 9. Aspiración del fluido hidráulico. 10. Tapa de registro del depósito. 11. Depósito y bandeja de recogida de fugas. 12. Sonda de temperatura del fluido hidráulico. 13. Cuando la temperatura es superior a la que se ha reglado, se pilota la elec

troválvula de (13), que abre el paso al agua de refrigeración del fluido hidráulico.

14. Refrigerador del fluido hidráulico (intercambiador de calor) que incorpora una válvula antirretorno.

15. Filtrado del fluido hidráulico de retorno con detección de atasco. 16. Tubería que impulsa el fluido hidráulico a una determinada presión. 17. Válvula de seguridad contra presiones elevadas. 18. Conjunto de tuberías de impulsión y retorno hacia la utilización. 19. Ejemplo de circuito con las tuberías principales. 20. Otro ejemplo de circuito derivado de las tuberías principales.

b) Derivación 1

Aplicación de dos válvulas antirretorno pilotadas VAPl y VAP2 para bloquear las dos vías de un cilindro cuando el distribuidor Dl se pone en posición de centro abierto para que el cilindro haga el retorno. Los dos antirretornos son pilotados por la presión de la vía contraria. Distribuidor de 3p y 4v con pilotado neumático y centro abierto a escape.

e) Derivación 2

Pilotado de un cilindro con regulación de caudal, y por tanto de velocidad, para los dos movimientos del vástago. Distribuidor de 3p y 4v con pilotado por electroválvulas y centro cerrado.


p

EV3

D2 @

Derivación 2

EV4

EV1

@ Derivación 1

EV2

® @

Figura 2.67. Central hidráulica con circuitos de aplicación.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ______ ___ J

Hidráulica

C1

C2


Tecnología y circuitos de aplicación de neumático, hidráulica y electricidad

Esquema 12

El esquema aquí representado tiene la particularidad de que dispone de un acumulador cuya función es la de reducir la potencia motriz del grupo moto-bomba en el momento en el que el vástago hace su salida para realizar un determinado trabajo.

En función del volumen del acumulador podrá reducirse la potencia del motor en cierto porcentaje(%) de la que le correspondería de no tener acumulador.

C1

r---1 VAR

ACUMULADOR

RC1

Figura 2.68. Esquema hidráulico que incorpora un acumulador.

llfl MOTORES HIDRÁULICOS

Los motores hidráulicos tienen diversas aplicaciones en las instalaciones hidráulicas, por sus excelentes prestaciones, tanto en proporcionar un par adecuado como regulación de velocidad e inversión de giro, según sea la necesidad de la aplicación.

Esquema 1

Circuito hidráulico para el accionamiento de un motor hidráulico con dos sentidos de giro.


•

Hidráulica

Giro a la derecha (D). Posicionar el distribuidor D1 eI\ (D). Giro a la derecha con regulación de velocidad por medio de RC2. Giro a la izquierda (I). Posicionar el distribuidor Dl en (I). Giro a la izquierda con regulación de velocidad por medio de RCl. Paro del motor. Posicionar el distribuidor D1 en posición centro cerrado . Selección de la presión de trabajo. El regulador de presión RP tiene la función de seleccionar la presión (pl) a la que tiene que trabajar el motor (MOT), según sean las circunstancias del trabajo.

MOT

RC1 RC2

p

Figura 2.69. Esquema para el mando de un motor hidráulico con dos sentidos de giro.

Esquema2

Mando para motor hidráulico con frenado para los dos sentidos de giro. El esquema tiene el funcionamiento que se explica a continuación:



l. Mando del motor con giro a la izquierda. Excitación de la electroválvula EVl del distribuidor Dl. Alimentación y retorno de fluido libre, venciendo la presión de tarado de la válvula antirretorno VAS.

2. Mando del motor con giro a la derecha. Excitación de la electroválvula EV2 del distribuidor Dl. Alimentación y retorno del fluido libre de obstáculos.

3. Parada con frenado. Después de girar el motor en determinado sentido de giro, al desexcitarse la electroválvula correspondiente, el distribuidor Dl pasa a la posición de centro cerrado, con lo que al cortarse la descarga del fluido del motor, sí puede circular a través de la válvula VDR, que lo envía a la que había sido la alimentación, haciendo un circuito cerrado que se it1-terrumpirá cuando la presión del fluido empujado por el motor no pueda vencer el reglado de la válvula VDR. Esta forma de frenado no resulta brusca. VDR es la válvula de descarga rápida situada en la proximidad del motor-bomba. A esta válvula también se la designa como válvula antichoque.

Hidráulica

Esquema3

Esquema similar al anterior para el mando de un motor hidráulico, con la diferencia de que el conjunto de amortiguación para los dos sentidos de giro se realiza por medio de dos válvulas de descarga, VD1 y VD2.

La amortiguación o frenado a la derecha (D) se realiza cuando el distribuidor Dl pasa a la posición de centro cerrado y es pilotado VD1, que comunica durante un corto tiempo ambas alimentaciones del motor hidráulico hasta lograr un equilibrio de fuerzas y la parada definitiva.

MOT

VD2

.l... ~V~D~1:._~~~~• VA1 VA2

VA3 VA4

D1

Figura 2.70. Esquema para el mando de un motor hidráulico con frenado en los dos sentidos de giro.


©, ( J 1 1 1 1 1 1 1 1

/

FIL2

Figura 2.71. Mando para motor hidráulico con inversión de giro y frenado.



Esquema4

Esquema hidráulico para el mando de un cilindro oscilante con mando desde un distribuidor de 3p y 4v accionado manualmente.

El cilindro oscilante tiene regulación de velocidad para sus dos movimientos. El cilindro tiene inversión de giro y regulación independiente para ambas velocidades.

El esquema dispone de un antirretorno y una válvula de seguridad.

D

VA

p

Figura 2.72. Mando para cilindro oscilante, desde un distribuidor con accionamiento manual.

Nota: como sabemos, el giro a ambos sentidos es limitado (menor de 360°).

APLICACIONES HIDRÁULICAS

En este apartado estudiaremos algunas de las muchas aplicaciones que se hacen en instalaciones hidráulicas, que tienen su empleo en muchas máquinas, robot, grúas, maquinaria de obras públicas y diversos aparatos.

Esquemal

Ejemplo de esquema mixto para el que se representa el esquema eléctrico y el esquema hidráulico.

El circuito hidráulico tiene su inicio en la central hidráulica, cuya misión es la de proporcionar el fluido con la presión que precisa la utilización.

El mando en el esquema eléctrico se hace desde una caja de pulsadores de marcha y paro, del que se representa el esquema general de conexiones.

Respecto al circuito hidráulico solo se incluyen los elementos generales de control y la única utilización corresponde al mando de un motor hidráulico con inversión de giro y regulación de caudal (velocidad) en los dos sentidos de giro.


Hidráulica

L1 L2 L3

M ARMARIO ELÉCTRICO

Figura 2.73. Esquema hidráulico con el circuito eléctrico de accionamiento de la bomba de presión y

elementos hidráulicos del inicio de instalación.

Esquema2

Mando para un cilindro de doble efecto cuyo movimiento de vástago tiene las posibilidades de maniobra que se indican a continuación:

1. Salida lenta o rápida del vástago. Salida lenta: pasando el fluido por el regulador de caudal RC2. Salida rápida: pasando el fluido por distribuidor D3 con la electroválvula EVl alimentada.

2. Entrada lenta o rápida del vástago. Entrada lenta: pasando el fluido por el regulador de caudal RC1. Entrada rápida: pasando el fluido por distribuidor D2 con la electroválvula EV2 alimentada.

3. Pueden hacerse combinaciones de velocidad de entrada y salida del vástago, según interese a la utilización. El cilindro está mandado desde un dis-



tribuidor de 3p y 4v con pilotado neumático. Se trata de un esquema que incorpora mando eléctrico para las electroválv ulas EVl y EV2.

e,

EV1 RC1 RC2 EV2

D1

X

p

Figura 2.74. Posibilidad de elegir la velocidad de salida y entrada del vástago de C1 .

Esquema 3

Mando por selección manual de un cilindro de doble efecto con doble vástago, por medio de dos distribuidores de 2p y 3v accionados manualmente por pulsador. Pulsando en D1, desplazamiento del émbolo hacia la derecha. Pulsando en D2, desplazamiento del émbolo hacia la izquierda. Pulsando en Dl y D2 al mismo tiempo, bloqueo del émbolo, igual que en posición de reposo de los distribuidores.

C1

D1 02

p

Figura 2.75. Cilindro de doble efecto y doble vástago pilotado desde dos pulsadores neumáticos.


Hidráulica

Esquema4

Esquema electrohidráulico para el mando de un cilindro de doble efecto, que realiza el ciclo de funcionamiento que se describe a continuación:

S4

SS

1. Pulsando en S2, se pone en servicio el grupo moto-bomba. 2. Pulsando en S3, entra el distribuidor Dl por medio del relé KAl y la elec

troválvula EVl , con lo que el vástago h ace carrera rápida hasta accionar S4, que alimenta KA2 y EV2, cambiando de posición a D2 que corta el escape rápido y hace pasar el fluido por el regulador de caudal, con lo que se consigue la velocidad lenta para el vástago. Tramo A-B en velocidad lenta. Al completar el vástago su carrera, acciona S5 que tira la maniobra eléctrica y los distribuidores Dl y D2 vuelven a posición de reposo, con lo que el vástago iniciará el retorno o entrada rápidamente.

L

e RC

S1 E-

02 s2 E

EV2

f-0 A 01

;t-<,> 8 EV1

p N

Figura 2.76. Esquema hidráulico de un cilindro Figura 2.77. Esquema eléctrico de la maniobra

cuyo vástago hace el último tramo de su salida a correspondiente al enunciado del Esquema 4.

velocidad cont rolada.

Esquema 5

Esquema electrohidráulico para el mando de un cilindro de simple efecto por medio de un distribuidor de 3p y 4v, pilotado eléctricamente. En posición centro, el cilindro queda bloqueado y el fluido hidráulico se encamina hacia el depósito.

El distribuidor tiene una vía cerrada, por no ser necesaria al cilindro de simple efecto.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidróulica y electricidad

La primera condición para que el cilindro realice el trabajo es que el grupo moto-bomba esté en servicio. Cuando se conecta el contactar KM conectado, el circuito de marcha estará dispuesto para que pueda entrar en servicio.

Para subir: pulsar en Ss. Entran KAl + EVl, se desconectan KA2 + EV2 si estaban conectados. Para bajar: pulsar en Sb. Entran KA2 + EV2, se desconectan KAl + EV1 si estaban conectados.

Son los pulsadores los que se encargan de abrir el circuito de la válvula que pudiera estar en servicio y conectar la contraria.

Tanto para la subida como para la bajada el circuito dispone de reguladores de caudal, estando uno de ellos conectado en oposición.

C1

L------

F2 -? S 1 E

$2 E-~ KM

KA1 KA2

E Ss

E Sb

Motor Subir Bajar

p grupo moto-bomba

Figura 2.78. Esquema hidráulico. Figura 2.79. Esquema eléctrico.

Esquema 6

El motor oscilante o actuador tiene múltiples aplicaciones utilizado en movimientos con giro inferior a 360º. El circuito que se presenta tiene la opción de giro a la izquierda y giro a la derecha. El recorrido es ajustable.


-------- ----- -----------

Hidráulica

El distribuidor DI es de centro cerrado para la maniobra y abierto para el circuito de alimentación y retorno, y está accionado por sendas electroválvulas EVl y EV2. El giro o movimiento de la rueda dentada es regulable en los dos sentidos por medio de los reguladores de caudal RCl y RC2.

Esquema hidráulico

MO

RC1 RC2

Figura 2.80. Circuito hidráulico para el

accionamiento de un motor oscilante.

Esquema eléctrico

L-----F

E

Figura 2.81. Circuito eléctrico de maniobra

con enclavamiento entre pulsadores de marcha.

El circuito eléctrico tiene el siguiente funcionamiento: al pulsar SI entra el relé KAl y la electroválvula EVl. Si se quiere cambiar el sentido de giro bastará con pulsar en SD, que desconectará KAl + EVl y conectará KA2 y la electroválvula EV2.

Los pulsadores son de conexión/desconexión.

Cuando se quiere poner al circuito en reposo (centro cerrado), pulsar en SP.

TUBERÍAS HIDRÁULICAS

Las tuberías hidráulicas soportan grandes presiones, razón por la cual deben estar dimensionadas para soportarlas tanto que sean metálicas, como de base textil (flexibles) como las que vemos en la Figura 2.82.


Tecnologío y circuitos de aplicación de neumótica, hidráulica y electricidad

Figura 2.82. Tuberías y racores de un circuito hidráulico en una prensa y una máquina de obras públicas.

Para la conducción del fluido desde la bomba hasta los aparatos y receptores se hace uso de tuberías que pueden ser rígidas (acero) o flexibles, a base de goma y capas textiles y metálicas. Las características de las tuberías dependerán de:

Caudal a transportar, en ljmin, que es el que determina la sección interior

del tubo. Presión máxima de servicio que debe soportar la tubería y que determina

el espesor de la misma, en bar. • Forma de realizar los acoplamientos entre partes de la tubería. Soldadura,

bridas, roscas, racores, abrazaderas y otras. Sujeción de las tuberías y otros elementos. Atención particular a los golpes

de ariete. Conexión de las tuberías a los aparatos. Formas del trazado de las tuberías. Curvas, codos, tramos rectos horizontales y verticales, reducciones, acoplamientos, conexiones y otros.

• Rugosidad interior de la tubería. Las dificultades que encuentra el fluido hidráulico en su paso por el circuito son las si-

guientes: Sección de la tubería de envío y de retorno. Longitud de la tubería de envío y retorno. Formas de la tubería. Codos, curvas, estrangulamientos, subidas, bajadas,

aparatos, etc. Entradas y salidas de los aparatos y receptores. Presión a la que se hace la alimentación. Golpes de ariete por interrupciones bruscas, etc. Altura a la que se eleva el fluido.

• Caudal circulante por la tubería, en l/min. En cuanto a la velocidad de circulación delfluido hidráulico, se pueden distinguir tres

grupos de velocidad: Velocidad de aspiración (v.) en la tubería de aspiración, entre el depósito

y la bomba. Entre 0,5 y 1,5 m /s.


Hidráulica

Velocid~~ de circulación (v p) del fluid o bajo presión, entre bomba y receptor (cd mdro, motor). En esta parte de la instalación, la velocidad es mayor cuanto mayor sea la presión, tal como se indica en la Tabla 2.8. "."eloci~a~ en la tubería de retorno (v,), entre receptor y depósito con presión prox1ma a la atmosférica. En torno a 2 m/ s.

Tabla 2.8. Velocidad del fluido en el c ircuito bajo presión.

Tabla 2.9. Caudal circulante por una tubería en función del diámetro inter ior de la misma

Y suponiendo una velocidad de 5,5 mis que corresponde a una presión de servicio de 150 a 220 kg/cm2.

A continuación se indican las equivalencias entre kg/ cm2 y bar :

Nata: como ambos valores están muy próximos, en algunas aplicacio11es se utiliza indistintamente bar o kg/cm' especialmente cuando las presiones son peque11as. '

Seguidamente se exponen diversas tablas relacionadas con las tuberías hidráulicas:

Tabla 2.10. Dimensio nes para tubos hidráulicos.


Tecnología y circuitos de op/ícoción de neumática, hidráulico y electricidad


Tabla 2.11. Dimensiones y masas lineales para tubos de acero sin soldadura para media presión.

Tabla 2.12. Características de tubos de rosca gas y métrica


Hidráulica

Tabla 2.13. Tubos flexibles de goma, telas textiles, telas metálicas, etc.

Tabla 2.14. Espesor en mm para tubos sin soldadura en función de la presión interior. Para metal con

carga máxima admitida de 8 kg/mm2 .



La Figma 2.83 corresponde a un ábaco para determinar el diámetro interior de una tubería hidráulica en función de la velocidad y caudal del fluido.

Es muy importante tener en cuenta que para las instalaciones hidráulicas hay que distinguir tres partes de la instalación de tuberías:

Tuberías de aspiración. Tuberías de impulsión. Tuberías de retorno.

Cada una de las tuberías tiene sus propias características y les corresponde un determinado diámetro interior, en función a la velocidad y caudal de fluido.

Figura 2.83. Ábaco para el cálculo de tuberías.


Velocidad del flujo en mis

15

0,7

0.6

o.s

Presiones

-- a150bars +------ a 1 00 bars

+- a50 bars

+- a25bars

Viscosidad

+-- a 30cSt

1- a50 cst

+--a 100cSt

- a150 cSt

Hidráulico

Algunos ejemplos de aplicación del ábaco pueden ser los siguientes:

l. En tuberías de impulsión, para un caudal de 1001/min se recomienda una velocidad del flujo de 4 m/ s. De acuerdo con el ábaco, el diámetro interior de la tubería será de <I>;= 23 mm.

2. En tuberías de retorno, y para un caudal de 100 1/min se recomienda una velocidad del flujo de 2 m/s. De acuerdo con el ábaco, el diámetro interior de la tubería será de <I>¡= 32 mm.

3. En tuberías de aspiración, y para caudal de 100 l/min se recomienda una velocidad del flujo de 1 m/s. De acuerdo con el ábaco, el diámetro interior de la tubería será de <l>¡= 45 mm.

Otro ejemplo presentado sobre el ábaco: para una velocidad de impulsión del fluido de 4 m/s (50 bar) y un caudal de 100 Ijmin, le corresponde un diámetro interior de tubería de 23 mm.

- ALGU~OS EJEMPLOS DE MATERIALES Y APLICACIONES HIDRAULICAS

A continuación se presenta un pequeño muestrario de materiales hidráulicos y alguna aplicación de estos materiales en máquinas e instalaciones.

Figura 2.84. Gama de pequeñas centrales hidráulicas.

Figura 2.85. Ejemplos de aplicación de la tecnología hidráulica en maquinaria de obra civil y una grúa.


CAPÍTULOré]

ELECTRICIDAD APLICADA

3.1. Física eléctrica aplicada

3.2. Tensiones eléctricas

2.3. Medición de magnitudes eléctricas

3.4. Transformadores y rectificadores de corriente eléctrica

3.5. La electricidad en instalaciones neumáticas e hidráulicas

3.6. Motores trifásicos

3.7. Motores monofásicos

3.8. Conexión de la caja de bornes de motores trifásicos

3.9. Inversión de giro de un motor trifásico

3.10. Esquemas de arranque de motores

3.11. Protecciones eléctricas

3.12. Puesta a tierra de masas metálicas

3.13. Esquemas de aplicación

3.14. Electroimanes y electroválvulas


Tecnología y circuitos de op/icoción de neumática, hidráulica y electricidad

Figura 3.1. Central térmica de generación de energía eléctrica.

Electricidad: Parte de la física que estudia el fenómeno del origen de las cargas eléctricas, cuya energía se manifiesta en fenómenos magnéticos, mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, algunos de los cuales tienen aplicación en los circuitos neumáticos e hidráulicos.

111 FÍSICA ELÉCTRICA APLICADA

Las instalaciones neumáticas e hidráulicas precisan de la electricidad desde su inicio, dado que los grupos de compresión funcionan normalmente con motores eléctricos, de tipo monofásico o trifásico, además, muchos de los componentes de las instalaciones son accionados por electroimanes, habiendo muchos otros elementos de detección y control que también son eléctricos.

El técnico que trabaja en las tecnologías neumática e hidráulica, necesita unos conocimientos básicos de electricidad para poder realizar e interpretar correctamente este tipo de instalaciones. En este capítulo se muestran los fundamentos de la electricidad aplicada a ambas tecnologías.


Electricidad aplicado

3.1.1. Clases de electricidad

Existen dos clases de electricidad o corriente eléctrica:

Corriente continua (CC)

En muchos aparatos importados se lee: DC (Direct Courrent); DC = CC.

Pero, ¿qué es una corriente continua (CC)? Es el flujo de electrones que siempre llevan el mismo camino 6 dirección y que circulan por un conductor.

Las dinamos, pilas eléctricas, placas fotovoltaicas, etc., generan corriente continua, que también se obtiene por rectificación de corriente alterna.

Corriente alterna (CA)

En muchos aparatos importados se lee: AC (Alternative Courrent); AC = CA.

Pero, ¿qué es una corriente alterna (CA)? Es el flujo de electrones que de forma alternativa llevan una dirección y la dirección contraria, de acuerdo con la curva representativa del coseno (360º) a una dete.rminada frecuencia de la red.

Los alternadores generan corrientes alternas. Las redes eléctricas distribuyen corriente alterna (CA).

3.1.2. Ley de Ohm

La llamada ley de Ohm está basada en tres magnitudes que podemos determinar como básicas en los circuitos eléctricos, y que son: tensión, intensidad y resistencia.

Tabla 3.1. Magnitudes, unidades y fórmulas de ta ley de Ohm.

3.1.3. Potencia eléctrica

La potencia es una magnitud fundamental de los receptores eléctricos.

a) En circuitos de corriente continua (CC)

Solamente potencia activa.

P =U·I (W);

P = R ·P. (W); uz

P = R(W)


Tecnología y circuitos de aplicación de neumáüca, hidráulica y electricidad

b) En circuito monofásico de CA

- En circuito no inductivo: Un circuito es no inductivo o simplemente resistivo, cuando su circuito o receptor sólo tiene resistencia óhmica. Las mismas fórmulas de potencia que para circuitos de corriente continua. Solamente tiene potencia activa (P), en vatios (W).

- En circuito inductivo: Un circuito es inductivo cuando tiene resistencia óhmica (R) y resistencia inductiva (XJ como sucede cuando el circuito tiene bobinas.

Tabla 3.2. Fórmulas para calcular las potencias en circuitos monofásicos inductivos.

c) En un circuito trifásico de CA

- En circuito no inductivo

Solamente potencia activa (P) en vatios (W) o en kilovatios (kW)

.J3. u. 1 p = J3 · U· I (W) ; P 1 = l.OOO (kW)

- En un circuito inductivo

Tabla 3.3. Fórmulas para calcular las potencias en circuitos trifásicos de CA.

3.1.4. Energía eléctrica

La unidad de energía es el julio (J), pero al ser una unidad tan pequeña, en la práctica se utiliza el kilo-vatio-hora (kWh).

1 kWh = 1.000 (W) x 3.600 (s) = 3.60.000 J 1 kW = 1.000 W; 1 h = 60 x 60 = 3.600 s

a) En circuitos de corriente continua (CC)

Solamente energía activa (E), en kilovatios-hora (kWh).


U-1 E = - ·h(kWh)

1.000

b) En un circuito monofásico de CA


Electricidad aplicada

Las mismas fórmulas que para circuitos de corriente continua. Solamente energía activa (P), en kilovatios-hora (kWh).

- En circuito inductivo

Tabla 3.4. Fórmulas para calcular la energía en circuitos monofásicos de CA.

c) En un circuito trifásico de CA


Solamente energía activa (E) en kilovatios-hora (kWh)

- En circuito inductivo

E = J3 . U . I · h (kWh) 1.000

Tabla 3.5. Fórmulas para calcular la energía en circuitos trifásicos de CA.

m TENSIONES ELÉCTRICAS

Las instalaciones neumáticas e hidráulicas tienen muchos componentes que necesitan corriente eléctrica, como son las electroválvulas, muchos elementos de detección y control, los motores que accionan bombas y compresores, así como otros elementos auxiliares empleados en los automatismos en general.

3.2.1. Tensiones eléctricas normalizadas

Los motores funcionan conectados a redes eléctricas, ]a irunensa mayoría conectados a redes eléctricas de baja tensión.

Para conectar un motor debemos conocer la tensión de la red eléctrica, y en función de la misma, podremos tener dos opciones de conexión (estrella o triángulo).



Varios son los valores de la tensión en redes de baja tensión (BT), según sean de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC), tal como se indica a continuación:

Para corriente alterna (CA). Igual o inferior a 1.000 V. Para corriente continua (CC). Igual o inferior a 1.500 V.

3.2.2. Clasificación de las tensiones

Las tensiones se pueden clasificar de acuerdo a la Tabla 3.6.

Tabla 3.6. Clasificación de las tensiones de CC y CA en baja tensión.

3.2.3. Tensiones nominales usualmente utilizadas

Las tensiones nominales utilizadas son las siguientes:

3.2.4. Frecuencia de las redes

La frecuencia en las redes eléctricas es de 50 Hz.

3.2.5. Tensiones especiales

Según ITC-BT-37,. se distinguen las siguientes tensiones especiales:

En corriente alterna: tensión nominal superior a 500 V de valor eficaz. • En corriente continua: tensión nominal superior a 750 V de valor medio

aritmético.

3.2.6. Instalaciones a muy baja tensión

Según ITC-BT-36, las tensiones especiales tienen la finalidad de proteger a las personas contra los efectos de la corriente eléctrica en instalaciones especiales.

Tabla 3.7. Clasificación de las bajas tensiones.




MEDICIÓN DE MAGNITUDES ELÉCTRICAS

Los aparatos de medida tienen la finalidad de medir magnitudes eléctricas, y entre las más comunes están las que se presentan a continuación:

3.3.1. Amperímetros

Los amperímetros miden la corriente eléctrica (intensidad) y se conectan en serie con la corriente a medir (intercalado en el conductor).

Figura 3.2. Aparato para medir la intensidad (amperímetro).

La unidad de medida es el amperio (A) y sus equivalencias son:

1 kA (kilo-amperio) ...................... 1.000 A 1 A (amperio) . .. . .. . .. . .. . ... . .......... 1 A 1 mA (miliampero) .. . ...... .. . .. . .. . . ... 0,001 A

3.3.2. Voltímetros

Los voltímetros miden la tensión o diferencia de potencial entre dos conductores activos, y se conectan en derivación con la línea a medir.



Figura 3.3. Aparato para medir la tensión (voltlmetro).

La unidad de medida es el voltio (V) y sus equivalencias son:

1 MV (mega-voltio) .. ..... ... ......... 1.000.000 V= 1.000 kV 1 kV (kilo-voltio) ...... . ........ ... ... 1.000 V 1 V (voltio) ........................... 1 V 1 mV (milivoltio) .. . ..... .. ........... 0,001 V

3.3.3. Frecuencímetros

Los frecuencímetros miden la frecuencia de las redes o líneas de corriente alterna

(CA).

Figura 3.4. Aparato para medir la frecuencia (frecuencímetro).

La unidad de medida es el hercio (Hz) y sus equivalencias son:

1 MHz (mega-hercio) .................. 1.000.000 Hz= 1.000 kHz 1 kHz (kilo-hercio) ... ....... . .. .. . . ... 1.000 Hz 1 Hz (hercio) .......... .. ............. 1 Hz

3.3.4. Vatimetros

Los vatímetros miden la potencia activa de los circuitos.

La unidad de medida es el vatio (W) y sus equivalencias son:

1 MW (mega-vatio) ................... 1.000.000 W = 1.000 kW l kW (kilo-vatio) ................ . ..... 1.000 W 1 W (vatio) ........... . . . .. .. . ...... .. 1 W



3.3.5. Contadores de energía

Los contadores de energía miden el consumo de energía de un circuito en el tiempo. Existen dos tipos de energía a medir: ·

Energía activa. Se mide con un contador de energía activa y puede ser para u na línea monofásica, o para una línea trifásica, o para una línea trifásica con neutro. Su unidad práctica es el kilovatio-hora (kWh). Energía reactiva. Se mide con un contador de energía reactiva y puede ser para una linea monofásica, o para una línea trifásica, o para una linea trifásica con neutro. Su unidad práctica es el kilovoltio-amperio-reactivo-hora (kVArh).

Nota; actualmente se emplean mayoriiaiiamente los contadores electrónicos digitales, que son más precisos y con más prestaciones que los antiguos contadores electromecánicos.

3.3.6. Electropinza

Mide intensidades de corriente por inducción, sin efectuar conexiones. Medida de la intensidad en cada una de las tres fases de una red trifásica, por medio de una electropinza. Se trata de una medición muy fácil de hacer y con la que podemos verificar la situación del circuito en un momento dado.

Figura 3.5. Medida directa de la intensidad por medio de una electropinza.

3.3.7. Polímetro

Aparato con el que se pueden realizar diferentes mediciones de magnitudes eléctricas, tales como: tensión, resistencia, capacidad, intensidad, frecuencia e iluminación.

Figura 3.6. Polímetro de medida de magnitudes eléctricas.


J

Tecnología y circuito5 de oplicaclón de neumática, hidráulica y electricidod

Para cada medición, se elegirá la unidad que corresponda a la magnitud a medir y la escala correspondiente al valor de la medida.

Los aparatos pueden ser analógicos (aguja) y digitales (pantalla numérica).

m TRANSFORMADORES Y RECTIFICADORES DE CORRIENTE

ELÉCTRICA

Los transformadores y los rectificadores de corriente eléctrica son dos elementos importantes en los circuitos eléctricos de las instalaciones neumáticas e hidráulicas ya que tienen elementos que funcionan a tensiones diferentes a la de la red eléch·ica y corrientes que pueden ser de corriente continua (CC) o de corriente alterna (CA), lo que se obtiene a partir de los rectificadores de corriente.

3.4.1. Transformadores de tensión

Pueden ser elevadores o reductores de la tensión que le llega al primario. El transformador de tensión es una máquina eléctrica estática cuya finalidad es la de modificar el valor de la tensión eléctrica respecto a una tensión de referencia, como es, por ejemplo, la que tiene la red eléctrica, pudiendo ser la tensión resultante, mayor que la de referencia (elevador de tensión} o menor que la referencia (reductor de tensión).

Con vista a su aplicación industrial en lo que hace referencia a estas tecnologías, el transformador de tensión tiene como objetivo reducir la tensión de la red para poderla aplicar a tensiones diversas, como por ejemplo, 24 V, 48 V, 110 V, 230 V y otras.

Los elementos principales de un transformador son:

Circuito magnético formado por un conjunto de chapas magnéticas. Bobinado primario que es el que se conecta a la red eléctrica. Bobinado secundario que es el que proporciona la tensión que necesitamos.

©

Figura 3.7. Ejemplo de transformador monofásico y su representación simbolizada.

240 • © Ed iciones Paraninfo

Electricidod opllcoda

Leyendas de la figura 3. 7:

1. Circuito magnético constituido por chapas magnéticas.

2. Circuito eléctrico primario que se conecta a la red eléctrica.

3. Circuito eléctrico secundario que se conecta a la utilización.

4. Representación simbolizada de un transformador monofásico de tensión.

Obsel'vaci6n importante: los transformadores sólo funcionan con corriente alterna (CA).

La Figura 3.8 muestra un esquema de aplicación de un transformador de tensión de 230/110 V para la alimentación de bobinas (electroimanes), como son la de un contactar, un relé o una electroválvula.

L~

a,

S2 f KA1

S4E KA2

KA1 KA2 KA3 KA4

Figura 3.8. Esquema que incorpora un transformador de tensión que alimenta electroimanes de relés.

3.4.2. Rectificadores de corriente

Existen elementos electro-neumáticos y electro-hidráulicos que precisan corriente continua. Industrialmente no existen redes de distribución de CC, por lo que para obtenerla hay que recurrir a equipos de rectificación, para lo que se hace uso de aparatos de rectificación.

Los equipos de transformación están unidos generalmente a transformadores de tensión, dado que las utilizaciones demandan tensiones que por lo general son inferiores a la de la red eléctrica.


: 1


3.4.3. Esquemas de maniobra para relés y contactores

A continuación se muestran cuatro ejemplos de esquemas de maniobra.


.... . . ,. ,, _ ........... --------·

m LA ELEC,TRICIDAD EN INSTALACIONES NEUMÁTICAS

E HIDRAULICAS


Varios son los componentes eléctricos y electrónicos que se emplean en los circuitos eléctricos que forman parte de los circuitos o instalaciones neumáticas e hidráulicas. Entre los más empleados están los contactores, relés, temporizadores, fines de curso y detectores, rectificadores, transformadores, autómatas programables y otros. Estudiamos los más representativos.

3.5.1. Contactores

Elemento de potencia utilizado preferentemente para alimentar motores trifásicos que accionan grupos compresores neumáticos e hidráulicos.



Convertidores de corriente. • Autómatas programables.

m MOTORES TRIFÁSICOS

Los motores eléctricos transforman la energía eléctrica en energía mecánica que se transmite al fluido hidráulico para realizar un determinado trabajo o tarea (grupo moto-bomba). Los motores accionan las bombas hidráulicas con las que se eleva la presión del fluido hidráulico para que pueda realizar un determinado trabajo.

Los motores más empleados son los trifásicos, razón por la cual vamos a estudiar sus características principales y también los esquemas correspondientes de arranque y conexión. El compresor neumático también está accionado por un grupo moto-compresor).

3.6.1. Placa de características de un motor trifásico

En un lugar bien visible del motor está colocada la placa de características, que será la normalizada y contendrá los parámetros necesarios para la mejor interpretación de las características y prestaciones que puede dar el motor. A continuación se citan las principales características:

Como se ha indicado, al haber varios tipos de motores, la placa de características dependerá del motor de que se trate, según que el motor sea de corriente alterna, o de corriente continua.

o o 1

Typ 2

1 3 4

11 Nr. 5

1 6 7 V

11 8

1 9 10

11 s 11

11 Cos <¡> 12

1 13 14 /mln 11 15

1 16 17 18 V

11 19

1

lsol.KI. 20 11

IP 21 11

22 kg 1

o 23 o Figura 3.21. Modelo de placa de características para un motor o máquina rotativa.



Tabla 3.8. Placa de características según DIN 42961 (extracto) para una máquina rotativa.

Nata: en cursiva, las casillas que corresponden a un motor o máquina alimeutado con corriente alterna.

Los valores nominales indicados en la placa de características corresponden a la situación o el momento en el que el motor está suministrando la potencia señalada en la placa de características y el rotor del motor gira a las revoluciones señaladas en dicha placa, y que corresponden a los valores nominales.

3.6.2. Fórmulas aplicadas a motores trifásicos

Aquí se recogen las fórmulas de potencia y otras que afectan a un motor trifásico. Velocidad síncrona (n,)

Siendo:

f- Frecuencia, en Hz.

f · 60 n.,= -- (rpm)

p

p - Pares de polos del bobinado del motor.

Cada par de polos está constituido por un polo norte (N) y un polo sur (S): 2p = Nº total de polos del motor. p = Nº total de pares de polos del motor.

Velocidad de los motores en vacío (n0

)

Cuando los motores no están sometidos a un par resistente y no tienen carga, funcionan en vacío, su velocidad se aproxima a la velocidad sincrona. Se frenan o reducen


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulico y electriddod

velocidad cuando se los somete a una carga exterior. Funcionando en vacío, la potencia útil del motor es nula (cero).

Tabla 3.9. Relación entre el número de polos, velocidad síncrona y velocidad asíncrona para motores

conectados a redes de 50 o 60 Hz.

Deslizamiento (s)

Diferencia entre la velocidad síncrona (teórica en este caso) y la velocidad real del motor.

Nota: el deslizamiento para pequeños motores está en orden del 2 %, llegando hasta el 6 % para grandes motores. Un motor de 15 lcW de potencia, tiene un deslizamiento aproximado del 3 % respecto a su velocidad síncrona.

Potencia absorbida por el motor (P,,)

La potencia activa corresponde a la potencia consumida por el bobinado eléctrico en su parte resistiva (R). Esta potencia activa es la que se utiliza para el cálculo de lapotencia absorbida por el motor y que descontadas las pérdidas (rendimiento), suministra el eje del motor.

P0

= J3 · U· 1 · cos <p (W)

J3-U·l·cos<p pª = 1.000 (kW)

Potencia útil (P)

La potencia que señala la placa de características corresponde a la potencia útil suministrada por el motor en su eje.

P = J3 U -1- CDS ip · T) (W)

_ J3 -U ·l· COS((1 ·1/ k p - 1.000 ( W)

Intensidad absorbida por el motor (I)

En función de la potencia útil (P), en kW.


I 1.000 · P ./3·U·cOS((1·1/ (A)

Factor de potencia (cos<p,)


1.000 · P cos 1p = -,./3=3 ~. u-. ¡-.-1/

Rendimiento de un motor (TJ)


p p TJ = p ; r¡ =-¡; · 100 (%)

Q Q

Siendo:

P - Potencia útil, en kW P0 - Potencia absorbida, en kW.


3.6.3. Características de motores trifásicos de jaula de ardilla

Tabla 3.10. Valores orientativos con ligeras variantes en función del constructor. Características

principales del motor considerado: motor de 4 polos· n = 1 500 rpm· f- 50 Hz· a·islam· t I F , • • 1 - • 1en o: e ase ;

protección: IP55.


Tecnología y circuitos de oplicoción de neumótica, hidróulica y electricidad

(Viene de la pági 11a a11 terior)

Figura 3.22. Presentación comercial de motores trifásicos, en todos se ve la placa de características

y la caja de conexiones.

3.6.4. Normas sobre motores

Varias son las normas aplicadas a motores. En este apartado se presentan las más significativas:

Norma 73/23/CEE sobre material eléctrico de baja tensión. Esta normativa no incluye maquinaria eléctrica protegida contra explosiones, máquinas específicas para ascensores y montacargas, ni maquinaria eléctrica para utilización en barcos, aviones o trenes.



Norma 89/336/CEE sobre compatibilidad electromagnética. No existe una normativa específica sobre compatibilidad electromagnética de máquinas eléctricas y rigen actualmente los valores limite de los grados de supresión de interferencias G, según VDE 0875, parte 3. Bajo demanda se extiende la correspondiente "Declaración del Fabricante". Documento CENELEC 11, 1974. Normas europeas sobre motores.

Tabla 3.11. Normas eléctricas y mecánicas aplicadas a máquinas eléctricas.

3.7.5. Ejemplo de cálculo sobre un motor trifásico

Sea un motor trifásico que en su placa de características se lee:

P=lOkW U =400/690V I = 19,23/11,14 A n = 2.900 rpm r¡ = 0,86 cos <p = 0,87

Determinar todos sus valores posibles, sabiendo que la tensión de linea trifásica es de 400V.

Potencia absorbida de la red por el motor (P.)

J3 ·U. I. cos<p J3 x 400x 19,23 x 0,87 P. = . 1.000 = 1.000 = 11,591 kW

Potencia útil cedida por el motor (P)

Conocemos la potencia útil que es de 10 kW, pero vamos a rehacer el cálculo:

J3 ·U.¡ . cos<p · r¡ J3 x 400x 19,23 x 0,87 x 0,86 p ~%8~

1.000 1.000


Tecnologío y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidod

El valor obtenido, 9,968 kW, se aproxima a los 10 kW del enunciado.

Potencia perdida en el motor (P r)

PP = P. - P.,= 11,591 - 9,968 = 1,623 kW

Par cedido por el eje del motor (M,.)

9.550. P = 9.550x 9,968 = 32,825 Nm n 2.900

Conexión del motor

Para que la tensión en los bornes de las fases del motor sea de 400 V, con tensión de red de 400 V, el motor se conectará en triángulo (L'>.).

U= U =400 V f l.

MOTORES MONOFÁSICOS

En equipos de pequeña potencia se emplean motores monofásicos cuya conexión es muy simple, como podemos apreciar en este apartado, y que tenemos que conocer.

Los principales tipos de motores monofásicos son los siguientes:

Motor asíncrono monofásico con rotor en cortocircu ito, con bobinado auxiliar de arranque, sin condensador y contacto centrífugo. Motor asíncrono monofásico con rotor en cortocircuito, con bobinado auxiliar de arranque, con condensador y contacto centrífugo. Motor monofásico universal que puede funcionar conectado a una red de corriente alterna (CA) monofásica o de corriente continua (CC). Este motor tiene rotor bobinado, colector con delgas y escobillas.

3.7.1. Esquema para el arranque de un motor monofásico con o sin condensador

Tabla 3.12. Intensidades absorbidas por motores monofásicos.




L N

F ~ l Q

U V

(1)

11> El interior del motor (bobinado) puede ser de alguna de las formas que se indican en la Figura 3.24.

Figura 3.23. Esquema de arranque para un motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque.

3.7.2. Formas características de motores monofásicos con bobinado auxiliar de arranque

El motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque más empleado es el que incorpora condensador.

Un sentido de giro: KM1+KM2. Otro sentido de giro: KM1+KM3.



L N

Un sentido de giro F

Inversión de giro

L

F~

L

F$ N

1

N

1 KM1 -

Q - Q -

u V U V U' V'

BP ~ BP ~e

Figura 3.24. Dos opciones de motor monofásico con bobinado auxiliar de arranque.

Los elementos característicos de estos motores son los siguientes:

Pr - Bobinado principal. Aux - Bobinado auxiliar de arranque. C- Condensador. le - Interruptor cenh"ífugo.

KM3

Nota: el bobinado auxiliar (Aux) solo está en seruicio mientrns arranca el motor y el rotor coge velocidad, que es

cuando el contacto centrífugo se abre y corta la alimentación a Attx y C.

3.7.3. Motor universal

Se denomina motor universal a aquel que puede funcionar inrustintamente con corriente alterna monofásica (L/N), o con corriente continua(+/ -). Tienen una construcción muy similar a los motores de corriente continua con excitación serie, siendo muy parecidos sus características y funcionamiento.

Estos motores tienen un elevado par de arranque y su. velocidad varía en sentido inverso a la carga, con tendencia al embalamiento cuando el motor está en vacío, situación que no se da en la práctica, al tratarse de motores de pequeñas dimensiones y potencia, en los que las pérdidas mecánicas realizan la función de regulación del embalamiento.

Inversión de giro de los motores universales: para invertir el sentido de giro de estos motores hay que cambiar el sentido de circulación de la corriente, en uno de los bobinados, generalmente en el de excitación (Bex).


L

Bobinado inductor

N

Giro en un sentido

Bobinado rotórico y colector


L N

Inversión de giro

Figura 3..25. Motor universal en el que se representa la forma de invertir el sentido de giro del motor.

m CONEXIÓN DE LA CAJA DE BORNES DE MOTORES TRIFÁSICOS

En la caja de bornes de los motores trifásicos hay seis bornes de los que tres son principios de fase (U - V - W), y tres son finales de fase (X - Y - Z).

Empezaremos por conocer la disposición de las fases del motor en la caja de conexiones o bornero. La Figura 2.26 nos muestra dicha disposición.

Bobinado trifásico

Figura 3.26. Disposición de principios y finales de fases en el bornero.

Hay dos formas de conexionar la caja de bornes del motor, y estas son:

Conexión estrella (Y). Con red de 400 V entre fases. Se conectarán en estrella los motores bitensión que en su placa de características se lean las tensiones 230/400 V. Las placas se dispondrán como se indica en la Figura 3.27.

U¡= U/,fj



L1 L1 L2 L3

Figura 3.27. Disposición de las placas y las tres fases en el bornero del motor para efectuar la

conexión estrella (Y).

Conexión triángulo (ó). Con red de 400 V entre fases. Se conectarán en triángulo los motores bitensión que en su placa de características se lean las tensiones 400/690 V. Las placas se dispondrán como se indica en la Figura 3.28.

U¡ = u

L3

Figura 3.28. Disposición de las placas y las tres fases en el bornero del motor para efectuar la

conexión triángulo (A).

Conexión estrella-triángulo (Y - ó). Con red de 400 V entre fases. Se podrán conectar en conexión estrella- triángulo los motores que en su placa de características se lean las tensiones 400/690 V. En este caso, la caja de bornes debe estar libre de placas.

Caja de conexiones con: Principios de fase: U - V - W Finales de fase: X - Y - Z

(Sin placas)

Figura 3.29. Disposición de los bornes para la conexión estrella-triángulo (Y-A).



ID INVERSIÓN DE GIRO DE UN MOTOR TRIFÁSICO

En ciertas ocasiones interesa invertir el sentido de giro de un motor trifásico, y una de ellas es cuando conectamos un motor que acciona una bomba y lo hace en sentido contrario al que lo tenía que hacer, en este caso, hay que proceder de la forma que se indica a continuación.

Forma de invertir el sentido de giro del rotor de un motor trifásico

Suponiendo que está conectado un motor y tiene un sentido de giro que queremos cambiar, solamente hay que cambiar la conexión de dos de los tres conductores (indistintamente), no los tres, porque no habrá inversión, tal como se indica en la Figura 3.30.

L1 L2L3 L1 L2L3

U V W

®

Figura 3.30. Procedimiento a seguir para invertir el sentido de giro de un motor trifásico respecto al

sentido de giro que tenía.

Procedimiento para invertir el sentido de giro del rotor respecto a una conexión anterior. En la conexión de la izquierda las fases llegan al motor por este orden: L1 - L2 -L3. En la conexión de la derecha se ha cambiado la conexión de dos fases, quedando la alimentación como sigue: L1 - L3 - L2.

Dos formas de colocar los contadores para formar un inversor de giro

Los inversores de giro se forman con dos contactores que pueden estar pareados o superpuestos, como se representa en las Figuras 3.31 y 3.32.

L1 l2 L3

~ KM1 - - .s;J.- - KM2

Figura 3.31 . Inversor de giro con contactares. Contactares en posición pareada.


l.


L1 L2

KM1

(1) Enclavamiento mecánico

Figura 3.32. Inversor de giro con contactares. Contactares en posición superpuesta.

Inversor mecánico rotativo de accionamiento manual

También podemos emplear para pequeñas potencias inversores de accionamiento manual de tipo rotativo, como el que se representa en la Figura 3.33. Aquí el inversor tiene tres posiciones:

O. Paro. l. Giro a la derecha. 11. Giro a la izquierda.

L1 L2 L3

o 11

U V W

Nota: Para invertir el giro del rotor de un motor trifásico, sólo es necesario cambiar el orden en dos de las tres fases. Si se cambia el orden de las tres fases, no se producirá la inversión.

Figura 3.33. Representación de un inversor de giro de accionamiento manual para motor trifásico.



ESQUEMAS DE ARRANQUE DE MOTORES

Los motores de pequeña potencia hacen su arranque de forma directa, es decir, suministrando al motor la tensión nominal en el momento de su conexión. En este caso, el motor tiende a absorber en torno a 5 hasta 8 veces el valor de su intensidad nominal (In), si el arranque se hace con carga, como es el caso de los equipos que accionan motores de bombas de compresión.

Si la potencia del motor es superior a 10 kW, las intensidades de arranque resultan muy elevadas, por lo que hay que recurrir a sistemas de arranque en los que se limite la intensidad de arranque a valores que no superen 3 a 4 veces la intensidad nominal del motor. La conexión estrella-triángulo es la más empleada para mediana potencia de motores.

3.10.1. Características del arranque de motores trifásicos

Los motores trifásicos pueden arrancarse de diferentes formas, las principales son:

a) Motores con rotor en cortocircuito

Arranque directo. Arranque en conexión estrella-triángulo.

• Arranque mediante resistencias en serie. Arranque mediante transformador. Por medio de arrancadores electrónicos.

b) Motores con rotor bobinado

Arranque mediante resistencias rotóricas.

e) Inversión de giro

Los motores pueden girar a derecha o a izquierda indistintamente, según se dispongan los conductores de alimentación.

3.10.2. Arranque directo

En el momento de la conexión se alimenta el motor con la tensión de la línea, que es la nominal del bobinado del motor, resultando los valores característicos de esta conexión mostrados en la Tabla 3.13.

Tabla 3.13. Características de un arranque directo.

El arranque directo puede hacerse en vacío (sin carga), a media carga o en carga. Los valores dados en la tabla corresponden a un arranque en carga.


-----~·~

Tecnología y circuitos de opfícación de neumática, hidráulica y electricidad

Representación de cuatro formas de arranque directo

Esquema 1 Esquema 2

L 1 L2 L3

,,t H o - -

Figura 3.34. Arranque por medio ele un interruptor manual (Q1). Protección contra corrientes ele cortocircuito (fusibles F1 ).

Esquema 3

Figura 3.36. Arranque por medio de un contactor pilotado a distancia. Protección contra corrientes de cortocircuito (fusibles F1) y relé térmico contra sobreintensidades (F2).


QF

1--EB-I 1 1 ~-

l1 L2

1 .............. _,.._-l L-

Figura 3.35. Arranque por medio de un interruptor automático de efecto magnetotérmico de accionamiento manual. Protección contra corrientes de cortocircuito (magnético) y sobreintensidad (térmico).

Esquema4

L 1 L2 L3

QF 111

f-EB-,-' 1 1 t--

L_ l > 1> I >

KM - -

Figura 3.37. Arranque por medio de un contactor pilotado a distancia. Protección por medio de un interruptor automático de efecto magnetotérmico.


Representación de los tres esquemas utilizados cuando se emplean contadores

Existen tres formas de representar los esquemas:

Esquema de potencia. Representa los conductores y los aparatos eléctricos por los que circulan las corrientes que alimentan a los receptores. Esquema de maniobra. Representa a los conductores y aparatos por los que circula la corriente que alimenta a los aparatos de maniobra (contactores, relés, temporizadores, detectores, fines de carrera, etc.). Esquema general de conexiones. Reúne en un mismo esquema los esquemas de potencia y de maniobra. Este esquema se representa cuando se trata de circuitos sencillos.

Seguidamente se representan los esquemas de potencia, maniobra y general de conexiones correspondientes al esquema de arranque directo de un motor trifásico con mando desde una caja de pulsadores de marcha y paro.

Esquema de potencia.

L3(6)

º' F2 --> S1E

S2t

KM

N

Esquema de maniobra.

L1L2L3N

Esquema general de protecciones.

Figura 3.38. Representación de los tres esquemas para el arranque directo de un motor trifásico con

mando desde una caja de pulsadores de marcha y paro.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidróulica y electricidad

3.10.3. Arranque en conexión estrella-triángulo

La finalidad de esta forma de conexión y arranque es la de limitar la intensidad absorbida por el motor en el momento de la conexión (arranque). No todos los motores pueden conectarse en conexión estrella-triángulo.

Podrán conectarse en conexión estrella-triángulo:

Con tensión de línea de 400 V, los motores bitensión que en su placa de características se lea 400/690 V. Con tensión de línea de 690 V, los motores bitensión que en su placa de características se lea 690/900 V.

Conexión estrella (Y)

U1 = U· ./3 = 400 x ./3 = 230 V

En esta fase del arranque, los bobinados del motor quedan alimentados a 230 V, tensión inferior a la nominal del motor, que seria de 400 V. Al reducir la tensión al bobinado, se reduce la intensidad absorbida y también el par de arranque.

Conexión triángulo (ó)

U¡= U = 400 V

Cuando se pasa de la conexión estrella a la conexión triángulo, el motor queda alimentado a su tensión nominal (400 V).

Tabla 3.14. Caracterlsticas del arranque en estrella-triángulo.

Esquema para el arranque de un motor en conexión estrella-triángulo

La finalidad de esta forma de arranque es la de reducir la intensidad absorbida por el motor durante el período de arranque del motor. Se representan los esquemas de potencia y maniobra.


QF

KM2

6

U V

J z X y

Figura 3.39. Esquema de potencia para el

arranque de un motor en conexión estrella

triángulo.



L3(QF.6)

KA1

KA1

1 KM2

-9-

N KM1 KM3 KM2 KA1 (Y) (t,.) (l) Temporizador

Figura 3.40. Esquema de maniobra para el

mando de un arrancador estrella-triángulo

por medio de contactores.

Con instalación dispuesta (QF cerrado), al pulsar en S2, entran I<Ml + KM2 + KAl (temporizador). Conexión estrella (Y).

Transcurrido un tiempo el temporizador KAl desconecta a KMl y conecta a KM2. Conexión triángulo (ó).

Recordamos que los motores que se pueden conectar en estrella-triángulo, con tensión de red de 400 V, son aquellos que en su placa de características se lee: 400/690 V. No se podrán conectar en conexión estrella-triángulo los motores cuya tensión sea 230/400 V.

Elll PROTECCIONES ELÉCTRICAS

Los motores y equipos eléctricos se protegen principalmente contra los defectos eléctricos que se citan en la Tabla 3.15.



Tabla 3.15. Principales defectos eléctricos y dispositivos de protección.

3.11.1. Protección de circuitos y receptores

Algunos ejemplos de aplicación de dispositivos de protección para circuitos y receptores eléctricos son los siguientes:

l. Utilizando al inicio de la instalación un interruptor de efecto magnetotérmico. Protección contra corrientes de cortocircuito y sobreintensidades.

2. Utilizando fusibles y relé térmico. Protección contra corrientes de cortocircuito y sobreintensidades.

3. Conductor de puesta a tierra. Las conducciones eléctricas, armarios, carcasas y otros elementos que sean metálicos y tengan conductores y aparatos bajo tensión eléctrica, se conectarán a tierra mediante el conductor de protección PE, lo mismo que los motores y armarios eléctricos metálicos.

QF

1-EB--' 1 1 1 1--1 L-

L1 L2 L1 L2 L3 PE

U V W

® ® Figura 3.41. Tres ejemplos de protecciones contra los efectos de la corriente eléctrica en los

circuitos.

3.11.2. Características de los dispositivos de protección

Motor protegido por fusibles y relé térmico con accionamiento por contador

Campo de aplicación: arranque de motores trifásicos de frecuencia 50/60 Hz de hasta 900 kW de potencia nominal, 400 V de tensión y para categoría de empleo de AC-3.



Tabla 3.16. Motor protegido por fusibles y relé térmico.

Tabla 3.17. Motor protegido por interruptor automático (magnético) y relé térmico.

Empleando interruptor automático

Campo de aplicación: arranque de motores trifásicos de frecuencia 50/60 Hz de hasta 37 kW de potencia nominal, 400 V de tensión y para una categoría de empleo de AC-3.


Tecnologío y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Tabla 3.18. Motor accionado y protegido por interruptor magnetotérmico.

1111 PUESTA A TIERRA DE MASAS METÁLICAS

Las masas metálicas (tuberías, armarios, aparatos) deberán ser puestos a tierra cuando estén alimentados por corriente que pueda dar origen a un riesgo eléctrico para las personas que intervienen en la zona. Igual criterio se aplicará a los motores y material eléctrico que intervienen en las instalaciones eléctricas.

Sección del conductor de protección (PE)

Se aplicará lo indicado en la norma UNE 20460-5-54 en su apartado 543. Como ejemplo, para los conductores de protección que estén constituidos por el mismo metal que los conductores de fase o polares, tendrán una sección mínima igual a la fijada en la tabla, en función de la sección de los conductores de fase o polares de la instalación; en caso de que sea distinto material, la sección se determinará de forma que presente una conductividad equivalente a la que resulta de aplicar la tabla.

Tabla 3.19. Sección para el conductor de protección en función de la sección de los conductores de

fase o polares.



Resistencias de las tomas de tierra

El valor de la resistencia de tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a 24 V en local o emplazamiento conductor, y 50 V en los demás casos.

IIEI ESQUEMAS DE APLICACIÓN

Estudiamos a continuación aplicaciones que incorporan elementos de detección y control que hemos estudiado en el apartado anterior.

Los esquemas pueden ser más complejos que los que aquí se presentan, ya que lo que se pretende en estos ejercicios es que veamos cómo se relacionan unos y otros componentes.

Esquemal

Instalación para el vaciado de un depósito. Estando el interruptor Q cerrado, cada vez que la boya detecte nivel alto entrará en servicio la moto-bomba, para desconectarse en el momento que se haga el nivel bajo del depósito. La protección del motor se hace con fusibles y relé térmico.

e U V W

Q

Contacto accionado por boyas de nivel

Figura 3.42. Instalación para el vaciado automático de un depósito empleando boya de nivel.

•

Tecnologfa y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad

Esquema 2

Equipo para el accionamiento de una moto-bomba que alimenta agua a un grupo pre

sor. El equipo está dispuesto para funcionar cuando se conecta el interruptor Q. La marcha y paro del motor están controlados por el presostato (Pr). Cuando en el depósito presar el presostato acusa "baja la presión", entra en servicio el equipo moto-bomba y cuando el presostato detecta "presión alta", se parn.

Este sistema se utiliza en edificios de viviendas para elevar agua a todos los pisos, cuando falta presión suficiente en la conducción de agua de la red.

L1 L2 L3

Figura 3.43. Equipo eléctrico para el mando de una moto-bomba de un grupo presor.

Esqttema 3

Instalación para vaciado de un depósito cada vez que se llena. El esquema eléctrico dispone de un equipamiento electrónico que controla los niveles alto y bajo.

Cuando está conectado el interruptor automático QF, cada vez que se llene el depósito (nivel alto), entrará en funcionamiento la moto-bomba. Cuando se haga nivel bajo,

se parará el motor.



La altura de los niveles se delimita con sondas eléctricas conductoras dispuestas de la forma que se indica en la figura.

L1 L2 L3

e U V W

Figura 3.44. Equipo para el vaciado de un depósito con equipo electrónico para el control de niveles.

Esquema4

Esquema electro-hidráulico para el mando de un cilindro hidráulico de doble efecto del que estudiamos sus dos circuitos separadamente.

Circuito hidráulico

Circuito para el mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor Dl de 3p y 4v con pilotado eléctrico para las electroválvulas EVl y EV2 y posición normal (sin pilotado) de centro cerrado. El circuito dispone de regulación de caudal (velocidad) para el movimiento de entrada del vástago.


Tecnología y circuitos de oplicoción de neumática, hidráulica y electricidad

C1

RC1

Figura 3.45. Esquema del circuito hidráulico de la parte comprendida entre el distribuidor y el cilindro.

Circuito eléctrico Se trata de un esquema eléctrico para el mando individualizado de las electroválvu

las EVl y EV2. 1. Salida del vástago. Pulsar en S2. Entran KAl y EVl. 2. Retención del vástago en la posición en que se encuentre. Pulsar en Sl. 3. Entrada del vástago. Pulsar en S3. Entran KA2 y EV2.

L

s:.t KA1 I S3 El KA2 l S2 E

KA2 KA1

KA1 EV1 KA2 EV2

N

Figura 3.46. Esquema de la maniobra eléctrica que selecciona la salida/entrada del cilindro C1 .

Los circuitos KAl/EVl y KA2/EV2 están enclavados por medio de contactos auxiliares. No puede ordenarse una maniobra sin haber pasado por el paro (Sl).

Los elementos eléctricos del esquema son los siguientes:

KAl y KA2 - Relés. EVl y EV2 - Electroválvulas del distribuidor Dl. Sl - Pulsador de paro. Bloquea el vástago en la posición que tenga en el mo

mento de efectuar el paro.


S2 - Pulsador de marcha para ordenar la salida del vástago. S3 - Pulsador de marcha para ordenar la entrada del vástago.

Esquema 5


Esquema electro-hidráulico para el accionamiento de una prensa cuyo cilindro es alimentado por una central hidráulica especial que tiene dos bombas.

Esquema hidráulico

Esquema hidráulico para el accionamiento de una prensa, cuyo cilindro es alimentado por una central hidráulica especial que tiene dos bombas. El funcionamiento de la instalación se explica más adelante en el apartado "Funcionamiento". El cilindro está accionado desde un distribuidor de 3p y 4v, pilotado por electroválvulas y regulación de velocidad para el movimiento de entrada del vástago.

BBP - Bomba de baja presión. BAP - Bomba de alta presión. VS - Válvula de seguridad. VD - Válvula de descarga.

C1

RC1

S1 S2

:~ 1 1

l Contacto con la

pieza a estampar

Figura 3.47. Esquema hidráulico que incorpora la central hidráulica con dos bombas accionadas por

el mismo motor.

© Edicio nes Paraninfo • 271


Esquema eléctrico

L

F1 F3

S4f

KM1 EV2

N Puesta en marcha

del grupo hidráulico Puesta en marcha d el circuito hidráulico de la prensa

Figura 3.48. Esquema eléctrico de la maniobra para realizar cada vez que se pulsa en S1 un ciclo de

trabajo.

Funcionamiento

Se trata de una instalacíón hidráulica que forma parte de la instalación de una prensa dedicada a la estampación y que tiene el siguiente ciclo de funcionamiento:

La central hidráulica tiene dos bombas:

• Bomba BAP (Bomba de Alta Presión). • Bomba BBP (Bomba de Baja Presión).

Cuando se pulsa marcha en SJ, se pilota EVl del distribuidor Dl, que al cambiar su posición, alimenta al cilindro Cl para que su vástago inicie rápidamente la aproximación al material a estampar.

La velocidad rápida se consigue por el empuje del fluido que llega a C1 desde las bombas BAP y BBP.

Al frenarse la carrera por encontrar resistencia de la pieza, la bomba BBP queda aislada por medio de una válvula antirretorno VAl y se descarga a través de la válvula de descarga VD. La válvula VS es una válvula de seguridad para la presión alta.

Al llegar el vástago a D3, el automatismo desconecta EVl, y conecta EV2, con lo que D2 invierte la circulación del fluido para que el vástago realice su entrada lenta empujado por el fluido que le llegará desde las dos bombas. Cuando el vástago está dentro, acciona S2 que desconecta EV2 y se da por concluido el ciclo de la prensa. Para iniciar un nuevo ciclo habrá que pulsar en Sl.


Elementos del esquema

a) Grupo hidráulico S4 - Pulsador de paro del motor. SS - Pulsador de marcha del motor. KM - Contactor con guardamotor para el motor. M - Motor trifásico. BBP - Bomba de baja presión. BAP - Bomba de alta presión. VS - Válvula de seguridad. VD - Válvula de descarga. VAl - Válvula antirretorno.

b) Circuito eléctrico KAl y KA2 - Relés au xiliares.


Dl - Distribuidor de tres posiciones y cuatro vías (3p y 4v). EVl y EV2 - Electroválvulas del distribuidor Dl. RCl - Regulador de caudal. S2 y S3 - Fines de curso. Sl - Pulsador de marcha del motor eléctrico.

Esquema 6

Esquema hidráulico

Mando de un cilindro de doble efecto con accionamiento desde un distribuidor Dl, de 2p y 4v que es pilotado por una electroválvula EVl para una posición y resorte para la otra, disponiendo el circuito de válvulas de retención pilotadas (VAPl y VAP2) y regulación de velocidad (RCl) para la salida del vástago.

C1

RC1

VAP1 VAP2

¡_ __________ _j

L-----------

01

p

Figura 2.49. Circuito hidráulico que incorpora válvulas de retención pilotadas.


i !

Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidráulica y electricidad

Esquema eléctrico El circuito eléctrico se encarga de pilotar al cilindro hidráulico para desarrollar las si

guientes maniobras: Al pulsar S2 se alimenta KAl (relé) y en paralelo también la electroválvula EVl de Dl. Al cambiar el distribuidor su posición, el vástago de Cl inicia su salida a velocidad

controlada por RCl. Al llegar el vástago al final de su desplazamiento, acciona el fin de curso S3 que conecta el temporizador KA2 para que, transcurrido un tiempo, el vástago inicie su en

trada al desconectarse EVl. El ciclo se da por concluido cuando el vástago ha completado su enb·ada.

L ~~--11>------~-----~

KA1

KA2

KA2

Figura 3.50. Esquema eléctrico para el mando de un cilindro que espera un tiempo al completar el

vástago la salida, antes de iniciar el retorno.

Los elementos del esquema eléctrico son:

KAl - Relé auxiliar. KA2 - Temporizador. EVl - Electroválvula del distribuidor Dl. Sl - Pulsador de paro o de interrupción de la maniobra. S2 - Pulsador de inicio de ciclo. S3 - Fin de curso.

Esquema 7 Comparación entre un circuito todo neumático y otro mixto (electro-neumático). Se trata del mando de un cilindro neumático de doble efecto desde un distribuidor biestable accionado por aire neumático o por electroimanes para las dos posiciones.

Cuando se pulsa marcha M o SM sale el vástago, que al llegar al final de su recorrido acciona D2 o S, iniciando a continuación el retorno, con lo que concluye el ciclo.


e,

p

Figura 3.51. Esquema todo neumático.

Esquemas

C1

p


N--+----+L---------4...._

Figura 3.52. Esquema electro-neumático.

Esquema de seguridad para una prensa en la que interesa que por motivos de seguridad el operario tenga las dos manos apoyadas en los pulsadores, mientras la cuchilla descienda. Si durante la maniobra deja de pulsar en uno de los dos pulsadores, la cuchilla inicia la subida. La cuchilla no descenderá si no se pulsa en los dos botones a un mismo tiempo.

Figura 3.53. Esquema electro-neumático de seguridad para el mando de una prensa.



En el caso de pulsar un botón por un medio mecánico, para que al operario le quede libre la otra mano, para así poder sujetar o accionar la pieza a cortar, el automatismo no permitirá la bajada de la cuchilla cuando se pulse en el otro botón pulsador.

El automatismo está preparado para que los dos botones sean pulsados al mismo tiempo, con un desfase máximo de 2 s, ya que en caso contrario la cuchilla no baja.

El circuito eléctrico es válido, tanto que el accionamiento del cilindro sea por fluido neumático o por hidráulico.

La Figura 3.53 comprende el circuito neumático, el circuito eléctrico y la disposición de los botones pulsadores (SI y SD) en la máquina.

Esquema 9 Detección de presión en una tubería. En muchas aplicaciones interesa que no entre en servicio un circuito si no se tiene la presión suficiente en la red de fluido. En estos casos se recurre a instalar un presostato ajustable en la tubería y una válvula inversa (sin pilotado no admite paso de fluido). Si la tubería tiene la presión adecuada, el presostato accionará su contacto a través del cual se alimentará la electroválvula EVI y abrirá el paso al fluido. Si durante el periodo de funcionamiento bajara la presión, el contacto del presostato se abriría y se interrumpiría el paso de fluido. En otras aplicaciones la falta de presión impide el funcionamiento de la instalación.

Fluido a presión

------L --+----N

F

o

EVI

Figura 3.54. Se admite paso de fluido , cuando hay una determinada presión en la tubería.

ELECTROIMANES Y ELECTROVÁLVULAS

Los electroimanes son dispositivos electromecánicos que permiten la realización de diversas maniobras en los circuitos neumáticos e hidráulicos, con fines diferentes, como son abrir y cerrar circuitos de fluidos y desplazar correderas de los distribuido

res.



Figura 3,55. Electroválvulas para el pilotado de una válvula y un distribuidor.

3.14.1. Electroimanes

Los electroimanes son dispositivos electromecánicos mediante los cuales se pueden accionar elementos diversos, y en nuestro caso, aparatos neumáticos e hidráulicos.

Hay electroimanes de diversas formas constructivas y los hay para corriente continua (CC) y para corriente alterna (CA). Pero, ¿cómo distinguir un electroimán de CC de otro que sea de CA?

En los electroimanes de CC la masa metálica es una pieza de material magnético uniforme, por ejemplo, acero. En los electroimanes de CA la masa metálica está constituida por un conjunto de chapas magnéticas, al igual que las tiene un transformador eléctrico de tensión.

No alimentar de forma equivo~ada un electroimán porque podría quemarse su bobina. El funcionamiento de un electroimán es muy simple y consta básicamente de tres elementos que son:

Núcleo magnético o parte fija sobre el que se fija la bobina. Bobina eléctrica realizada con un hilo de cobre aislado con barniz, que se enrolla en torno a la armadura y que tiene un principio y un final por donde se alimenta de corriente. Armadura magnética que corresponde a la parte móvil del electroimán. El electroimán incorpora otros elementos para su aplicación mecánica, como es el muelle o resorte y los elementos de anclado y articulación de la armadura.

Cuando se alimenta la bobina se crea un campo magnético en el núcleo que es capaz de atraer la armadura, tal como lo vemos en la Figura 3.56. Cuando se corta la alimentación a la bobina, el muelle o resorte separa el núcleo de la armadura que vuelve a la posición que tenía en reposo.

Nota: los electroimanes de corriente alterna tienen en la armadura las llamadas "espiras de sombra" para evitar las vibraciones que produce la corriente alterna cuando pasa por valor cero (cien veces en un segundo).



Q

®

a) Electroimán desconectado. b) Electroimán conectado.

Figura 3.56. Electroimán para CA, en posición de desconectado y conectado

Los elementos del electroimán son los siguientes:

1. Núcleo. 2. Armadura. 3. Circuito eléctrico (bobina). 4. Espira de sombra. 5. Muelle o resorte que separa el núcleo de la armadura.

3.14.2. Electroválvulas

La Figura 3.57 muestra otra forma constructiva c.ie un electroimán, y que es muy utilizada en electroválvulas y distribuidores con pilotado eléctrico.

Cuando se conecta la bobina, crea un campo magnético que atrae hacia su interior a la armadura, realizando este movimiento una determinada función, como puede ser la de ab.rir o cerrar (taponar) agujeros de paso de un fluido.

u V L N

a) Electroimán desconectado. b) Electroimán conectado.

Figura 3.57. Electroimán con armadura móvil.



La Figura 3.58 muestra un ejemplo de aplicación de un electroimán con funcionamiento similar al explicado en la figura 3.57 para una electroválvula.

EV1

Con bobina alimentada (electroimán)

l. Carcasa. 2. Orificio alimentación de presión. 3. Resorte (muelle). 4. Armadura móvil.

Con bobina desconectada (reposo)

5. Bobina eléctrica. 6. Piloto que señala bajo tensión. 7. Conector eléctrico. 8. Cables eléctricos.

Figura 3.58. Aplicación de un electroimán en el accionamiento de una válvula

Nota: en la parte inferior de las dos figuras se representa el símbolo neumático en la posición que le correspondería en cada caso.

Figura 3.59. Cableado de un armario eléctrico.


CAPÍTULO º

COMPLEMENTOS

4.1. Esfuerzo dinámico desarrollado por el cilindro

4.2. Aplicaciones de cil indros

4.3. Símbolos empleados en t uberías

4.4. Marcado de tuberías

4.5. Marcado de los conductores eléctricos

4.6. Estanqueidad de los aparatos hidráulicos

4.7. Conductores eléct ricos

4.8. Armarios neumáticos, hidráulicos y eléctricos

4.9. Figuras geométr icas



Figura 4.1. Articulación hidráulica de una máquina de obras públicas.

En este capítulo encontrará datos de cálculo e información complementaria que le puede resultar muy útil para efectuar comprobaciones y realizar pequeños cálculos sobre los tres tipos de circuitos que hemos estudiado en esta obra (neumáticos, hidráulicos y eléctricos).

ESFUERZO DINÁMICO DESARROLLADO POR EL CILINDRO

El esfuerzo dinámico desarrollado por un cilindro depende de dos factores importantes, corno son la sección del émbolo y la presión de empuje, tanto que sea accionado por aire comprimido, como por un fluido hidráulico.

Siendo:

F = p · S · 11 (daN)

F - Esfuerzo dinámico, en daN. p - Presión, en bar. S - Superficie o sección del vástago, en cm2

.

r¡ - Rendimiento

Respecto a la sección del émbolo o pistón

Hay que distinguir entre la superficie del émbolo por el lado sin vástago (S),. y la superficie del émbolo por el lado con vástago (Sl). Por el lado del vástago la superficie útil (Sl) de empuje será igual a la superficie del émbolo, menos la superficie del vástago. Por esta razón, con la misma presión, es mayor la fuerza que ejerce el cilindro


Complementos

por el lado del émbolo sin vástago (salida), que por el lado del émbolo con vástago (entrada).

Porcentaje entre la carga real a desplazar por el cilindro, y el esfuerzo dinámico disponible en el extremo del vástago.

- Índice de carga (%):

Carga real % = · 100

Esfuerzo dinámico

Para una utilización óptima de un cilindro se aconseja un indice de carga 5'.; 75 %.

- Esfuerzo dinámico teórico:

Carga real _ _;e_. __ · 100

%

Determinar la sección de un cilindro neumático que debe realizar una fuerza útil de 150 daN y está accionado con aire neumático a 6 bar de presión.

150 F

0 = 75 x 100 = 200 daN

F F 200 P = __!!. • S = ....!c. = - = 33 33 cm2

S ' p 6 '

Determinar el diámetro del émbolo.

S = O 785 · cP· d = ~ S = ' ' 0,785

33,33 --

5 = 6,516 cm= 65,16 mm

0,78

Tabla 4,1. Esfuerzos desarrollados pos cilindros neumáticos.


Tecnología y circuitos de aplicación de neumótica, hidráulica Y electricidad

Tabla 4.2. Consumo teórico de cilindros neumáticos.

Particularidades de la aplicación de cilindros neumáticos

1. La presión de trabajo de u n cilindro neumático o aparato receptor será siempre inferior a la presión normal de la red, para así compensar las oscilaciones que puedan darse en el circuito por la conexión de otros aparatos

conectados a la misma red. 2. Con carácter generat los cilindros neumáticos se elegirán en relación a la

maniobra a realizar, incrementándolos entre un 25 y un 30 % respecto a su

valor teórico de cálculo. 3. El distribuidor tendrá un agujero (vía) de diámetro no inferior al agujero

de alimentación del cilindro neumático.


Complementos

4. Cuando se desee la máxima velocidad de respuesta de un cilindro neumá-tico, se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

Los agujeros del distribuidor y resto de aparatos auxiliares y de control, tendrán el mismo paso que los agujeros del cilindro neumático. El distribuidor y los aparatos auxiliares y de control se implantarán lo m ás cerca que sea posible del cilindro neumático.

• Se gana en rapidez, cuando se hace rápido el escape. También se mejora la rapidez aligerando la carga o dándole un mayor dimensionado al cilindro neumático.

Figura 4.2. Cilindro neumático.

m APLICACIONES DE CILINDROS

En este apartado se representan diversas formas de aplicar cilindros neumáticos e hidráulicos, que se complementan con otras formas que se han estudiado en los circuitos correspondientes a neumática e hidráulica.

A plicación de circuitos 1


Tecnología y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y electricidad Complementos

Aplicación de circuitos 2


286 • © Ediciones Paraninfo © Ediciones Paraninfo • 287

Tecnología y círcuitos de aplicación de neumático, hidráulica y electricidad



, 1

Í ¡ [;

Complementos




1111 SÍMBOLOS EMPLEADOS EN TUBERÍAS

Las Tablas 4.3 a 4.5 recogen diversos símbolos relacionados con las tuberias.

Tabla 4.3. Diversas formas de sujeción de tuberías y su representación simbólica


Complementos

Tabla 4.4. Diferentes formas de unión entre tuberías, según DIN 2 429.

::i J Tabla 4.5. Símbolos de aparatos y elementos utilizados en circuitos de tuberlas.

f

111 MARCADO DE TUBERÍAS

En las tuberías se puede identificar el fluido que transportan por su color distintivo o por el marcado de las mismas si son todas del mismo color.

Con el fin de facilitar la señalización de las tuberías que transporten fluidos (requisito prescrito en el articulo 125 de la OGSHT) se adoptarán para su representación los criterios de aplicación siguientes:

• Cuando resulte suficiente especificar la naturaleza del fluido, podrá utilizarse solamente el color básico. Cuando además de la naturaleza del fluido resu lte necesario especificaI su estado, se utilizará, además del color básico, otro color denominado complementario, que se ubicará sobre el básico.



Colores básicos y complementarios

Los colores básicos y complementarios a utilizar en las conducciones serán los especificados en "Colores Básicos y Complementarios" según el sistema CIE. Su definición estará de acuerdo con el sistema CIE, y será preferentemente la indicada en la Tabla 4.6

Tabla 4.6. Coordenadas cromáticas de los colores con que se pintan las tuberías.

Forma de aplicación

Las tuberías podrán pintarse con el color básico en toda su longitud, una cierta longitud o en una banda longitudinal. Siempre se pintarán en proximidad a válvulas, empalmes, salidas de empotramientos y aparatos de servicio que formen parte de la instalación.

La anchura del anillo del color complementario será como mínimo igual al diámetro de la tubería. Cuando el color básico esté pintado solamente en forma de banda longitudinal, el anillo se sustituirá por una banda transversal de la misma altura que la banda del color básico.

Tabla 4.7. Colores de marcado de tuberías.


Complementas

Sentido de circulación

Cuando resulte necesario reflejar el sentido de circulación del fluido transportado podrá indicarse -~edíante una flecha, de color blanco o negro, de forma que cont:aste con el color bas1co de fondo. Caso de utilizarse la señalización mediante una banda longitudinal, el sentido de circulación podrá determinarse por la extremidad puntiaguda de la banda.

Grupo de colores (RAL)

Tabla 4.8. RAL correspondiente a los colores con que se pintan las tuberías.

(ll Marcas perimetrales_ de color rojo, RAL 3003

Normativa aplicada

•

Norma UNE-1063 "Caracterización de las tuberías en los dibujos e instala-ciones industriales". ·

Norma ISO-R.508 "Aplicación del color sobre tuberías" . Norma DIN-2403 "Color identificativo de tuberías".



Figura 4.3. Tuberías que conducen gas natural.

111 MARCADO DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Referente a los colo.res distintivos del aislamiento de los conductores, el apartado 2.2.4 de la ITC-BT-19, señala lo siguiente:

"Los conductores de la instalación deben ser fácilmente identificables, especialmente por lo que respecta al conductor neutro y al conductor de protección. Esta identificación se realizará por los colores que presenten sus aislamientos. Cuando exista conductor neutro en la instalación o se prevea para un conductor de fase su pase posterior a conductor neutro se identificarán estos por el color azul claro. Al conductor de protección se le identificará por el color verde-amarillo. Todos los conductores de fase, o en su caso, aquellos para los que no se prevea su pase posterior a neutro, se identificarán por los colores marrón o negro. Cuando se considere necesario identificar tres conductores fases diferentes, se utilizará también el color gris."

Tabla 4.9. Identificación de los conductores y color de su aislamiento.

Los conductores representados en las Figuras 4.4 y 4.5 nos muestran el color del aislamiento que identifica a los diferentes conductores eléctricos que pueden ser unifilares o ir agrupados.


Complementos

®

1. Color negro 2. Color amarillo 3. Color azul.

Figura 4.4. Conductores de una línea monofásica. Figura 4.5. Cables para red trifásica

y conductor de protección

111 ESTANQUEIDAD DE LOS APARATOS HIDRÁULICOS

Le!. estanqueidad en cilindros, acoplamientos, bridas, distribuidores, tuberías, racores y otros elementos hidráulicos, estará asegurada por la interposición de juntas y selladores de muy diversas clases y productos, que serán adecuados a la forma de trabajo a realizar, según se trate de situaciones de reposo (estáticas), o de movimiento (dinámicas).

Las juntas estáticas mantienen la estanqueidad entre elementos que no tienen movimiento, uno respecto al otro, como son, por ejemplo, las tapas de un cilindro, las bases de un distribuidor, los acoplamientos, la unión entre bridas, las uniones de tuberías, etc.

Las juntas dinámicas aseguran la estanqueidad entre elementos en movimiento, como, ~or ejemplo, el vástago de un cilindro respecto a las tapas, el émbolo respecto a la camisa, la corredera de un distribuidor respecto a la base, etc.

<?tra~ veces, l~s juntas hacen otras funciones, como la de retén rascador utilizado para limpiar, por e¡emplo, el vástago de un cilindro, para impedir la entrada de cuerpos ex-traños, etc. ·

Las particularidades que deben reunir las juntas de acuerdo con el trabajo que han de realizar son las siguientes: ·

1.

2. 3. 4.

En primer lugar, analizar la mecánica de trabajo a realizar por la junta y luego conocer las características del fluido a aislar y, por tanto, el medio donde la junta va a estar envuelta. Temperatura límite de trabajo, por ejemplo: -5 ºC a +80 C. Trabajo a desarrollar: a) dinámico, y b) estático. Presiones a soportar, y que se pueden clasificar en:

•

Ligeras, h asta 160 bar. Medias, hasta 250 bar. Altas, hasta 500 bar. Muy altas, cuando superan los 500 bar .


1.


5. Resistencia a la abrasión. 6. Elasticidad en el tiempo. Que no se pierda esta propiedad. 7. Soportar y resistir los fluidos contra la degradación por envejecimiento. 8. Evitar envejecimiento o degradación por incorrectas condiciones de alma

cenamiento. 9. Atención a los recambios. Emplear en lo posible juntas originales. 10. Respecto al almacenado de juntas, se deberá evitar el contacto entre dife

rentes tipos de productos en juntas, temperaturas inadecuadas, luz, aireación, contacto con líquidos y otros productos. Mucho cuidado con la posible deformación de las juntas durante el período de almacenamiento.

Tabla 4.10. Características y compatibilidad de líquidos hidráulicos y juntas

Las instalaciones hidráulicas precisan un mantenimiento periódico, como es:

• Control de nivel del depósito de fluido hidráulico. Rellenar el depósito cada vez que el nivel sea bajo. Control del estado y calidad del fluido. Cambiar el fluido cu.ando se haya degradado, previa limpieza del depósito y circuito. Control de fugas en tuberías y aparatos. Cerrar de forma inmediata las fugas que se produzcan. Control de la temperatura del fluido hidráulico. Refrigerarlo o calentarlo cuando proceda. Controlar las presiones dadas por la bomba. Atención particular a los filtros. Limpieza y cambio cuando proceda. Purgado de la instalación y aparatos. Debe evacuarse el aire que circula mezclado con el fluido (purga). Cuando se intervenga en el circuito, después habrá que limpiarlo y purgar para evacuar el aire.

296 • © Ediciones Parani nfo

Complementos

CONDUCTORES ELÉCTRICOS

En lo que afecta a esta materia, la sección de los conductores para los aparatos de maniobra y detección es pequeña (1, 1,5, 2,5 mm2

), sin embargo, la sección para los conductores que alimentan a los motores eléctricos es mayor. A continuación se indican las fórmulas para calcular secciones para derivaciones de corta y mediana longitud.

Secciones normalizadas de conductores eléctricos

Tabla 4.11. Secciones normalizadas.

Cálculo de la sección para derivaciones cortas

Tabla 4.12. Fórmulas para calcular la sección de los conductores en función de la potencia.

Tabla 4.13. Fórmulas para calcular la sección de los conductores en función de la intensidad.



Tabla 4.14. Conductividad del cobre y aluminio a diferentes temperaturas.

Ejemplo de aplicación

Determinar la sección de los conductores de una línea de 30 m que alimentan un motor trifásico bitensión (230/400 V), 2,2 kW de potencia conectado a una red de 400 V, si se admite una caída de tensión del 1,5 %.

P·L S=-

r· e ·U

2.200 x30 _ 2

56 x 6 x 230 - O,S5 mm

e = U · % / 100 = 400 x 1,5 I 100 = 6 V

Elegiremos un conductor de 1,5 mm2 •

Nota:el bobinado del motor trabaja a u.na tensión de 230 V y se conecta en estrella.

El conductor de protección PE tendrá la misma sección (1,5 mm2).

ARMARIOS NEUMÁTICOS, HIDRÁULICOS Y ELÉCTRICOS

Los elementos neumáticos o hidráulicos se pueden agrupar en armarios con el objeto de que no estén dispersos o con difícil identificación en caso de avería.

La Figura 4.6 muestra un armario en tres vistas. En el exterior hay una válvula de accionamiento manual que puede ser bloqueada con un candado, tanto en posición abierta como cerrada, seguido de un filtro. En el interior del armario estarán sujetos a una placa los distribuidores y demás elementos.

Figura 4.6. Presentación de un armario para elementos neumáticos o hidráulicos.


Complementos

La Figura 4.7 es otra muestra de armario neumático o hidráulico que dispone en su parte superior de otro armario con los borneros eléctricos a partir de los cuales se alimentan las electroválvulas y otros elementos con componentes eléctricos del armario inferior:

1. Acometida al armario situado en la parte exterior del armario. 2. Armario con el bornero de conexiones eléctricas que están unidos a los

dispositivos neumáticos o hidráulicos que tienen componentes eléctricos 0 electrónicos.

3. Armario con componentes neumáticos o hidráulicos.

,oo

BORNERO ELÉCTRICO

s BORNERO

ELÉCTRICO

1

i @~ / ~ [NI

.. 1

• IN' . ,v'

~ ~ . ,v'

. ,v'

~t~ 1

ª ~..;

- -

600

Figura 4.7. Armario con bornero neumático o hidráulico con otro armario eléctrico anexo.


Tecnofogío y circuitos de aplicación de neumática, hidráulica y e/ectricidod

m FIGURAS GEOMÉTRICAS

Aunque las tuberías tienen sección circular, también se presentan otras figuras geométricas para las que hay que calcular su sección, su volumen, su peso, etc.

La Tabla 4.1.5 recoge las principales figuras geométricas que pueden afectar a los cálculos eléctricos, como superficie, sección, volumen, etc.

Tabla 4.15. Area o superficie y volumen de figuras geométricas.


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TECNOLOGIA Y CIRCUITOS DE APLICACIÓN DE NEUMATICA HIDRAULICA Y ELECTRICIDAD ROLDAN VILORIA