Compoñentes pneumáticos

Son tódolos elementos encargados de realizar as diversas funcións

pneumáticas. Hai elementos de traballo, elementos de mando, etc.

Entre os primeiros destacan os cilindros e entre os segundos, as

válvulas, nas súas variedades.

Partes dun cilindro pneumático

ELEMENTOS DE TRABALLO: ACTUADORES DE MOVEMENTO LINEAL

Cilindro: compoñente pneumático que transforma a enerxía do aire

comprimido en movemento lineal.

Carreira: traxecto recorrido polo émbolo dun cilindro entre dúas

posicións.

Os cilindros pneumáticos pódense dividir en dous grandes grupos: de

simple e de dobre efecto.

Os de simple efecto realizan o esforzo activo nun só sentido e o retorno

depende dun muelle ou membrana que devolve o émbolo a súa

posición inicial.

Os cilindros de dobre efecto actúan de xeito activo nos dous sentidos.

Cilindros de simple efecto:

- Teñen unha soa conexión de aire comprimido.

- So poden realizar traballo nun sentido.

- O retroceso prodúcese cando se deixa de aplicarlles aire.

- Empréganse principalmente para realizar operacións de suxección,

expulsión, apertado, levantamento, alimentación, etc.

Cilindros de dobre efecto:

- Teñen dúas tomas de aire, unha a cada lado do émbolo.

- Poden producir movemento nos dous sentidos: avance e retroceso.

- A carreira pode ser moi longa, pero hai que ter en conta o pandeo e

dobrado que pode sufrir o vástago na súa posición extrema.

- Estes cilindros son os máis empregados porque o retorno non

depende dun elemento mecánico sometido a desgaste e fatiga, e tamén

porque permite construír modelos de ata 2 m de carreira.

Unha vez fixada a presión de traballo, a forza desenvolvida depende

da superficie útil do actuador.

A forza pode ser distinta segundo se trate dun cilindro de simple efecto

ou dun cilindro de dobre efecto.

Nun cilindro de simple efecto o empuxe do muelle é aproximadamente

unha décima da forza.

Cálculo da forza de accionamento

EXERCICIO

Un cilindro de simple efecto con retorno por resorte ten un émbolo de

30 mm de diámetro e 50 mm de carreira. A presión do aire é de 8 bar e

a resistencia do muelle de 50 N. Realiza unha maniobra de 8 ciclos

cada minuto. O seu rendemento é do 85 %. Para o caso ideal e real,

pídese:

a) A forza que exerce o cilindro.

b) O consumo de aire en condicións normais.

c) A potencia desenvolvida polo cilindro ao realizar a maniobra.

EXERCICIO

Un cilindro de dobre efecto ten un émbolo de 30 mm de diámetro, o do

vástago mide 10 mm e a súa carreira é de 50 mm. A presión do aire é

de 8 bar e realiza unha maniobra de 8 ciclos cada minuto. En ambas

carreiras, o seu rendemento é do 85 %. Para o caso ideal e real,

pídese:

a) A forza que exerce o cilindro na carreira de avance e de retroceso.

b) O consumo de aire en condicións normais.

c) A potencia desenvolvida polo cilindro ao realizar a maniobra.

VÁLVULAS: SIMBOLOXÍA E NOMENCLATURA

As válvulas dirixen e regulan o paso do aire comprimido cara os

cilindros. Pódense clasificar en 3 grupos:

Válvulas distribuidoras ou de dirección

Válvulas de bloqueo

Válvulas de regulación de caudal e presión

Válvulas distribuidoras

Encárganse de interromper, deixar pasar ou desviar o aire comprimido.

Noméanse mediante 2 cifras, a primeira cifra indica o número de vías

ou orificios e a segunda o número de posicións de traballo.

Para representalas empréganse cadrados.

A cantidade de cadrados indica a cantidade de posicións de traballo da

válvula.

Nas válvulas de dúas posicións, o cadrado da dereita corresponde

sempre á posición de repouso da válvula.

Válvula 3/2 significa:

válvula de 3 vías e 2 posicións

As conexións coas tomas de presión (unión a tubarias que enlazan co

compresor) i escape (unión directa ou por tubarias á atmosfera) son moi

comúns e amósanse a continuación.

As vías únense mediante liñas rectas que representan conducións de

aire que se establecen, mentres que o sentido de circulación do aire

defínese por frechas.

O órgano de accionamento da válvula soe indicarse na posición de

traballo, mentres que o órgano de recuperación, a que que devolve a

válvula a súa posición inactiva, debuxase ao lado da posición de

repouso.

Os mandos poden ser manuais, mecánicos, pneumáticos i eléctricos.

Constitucións das válvulas distribuidoras

A grandes rasgos as válvulas distribuidoras compóñense dun corpo ou

estrutura básica, un elemento móbil, e uns elementos de accionamento,

para permutar o estado da válvula.

No corpo están definidos os condutos internos e os orificios de saída,

roscados ou non. Nel alóxanse tódolos demais compoñentes, incluíndo

os accesorios para a fixación na instalación.

O elemento móbil é aquel que co seu desprazamento se van obter as

distintas posicións da válvula. O tipo de elemento móbil define a

clasificación deste tipo de válvulas segundo a forma construtiva.

Os elementos de accionamento, que son compoñentes necesarios para

accionar a válvula, son tan variados como tipos de mando existen.

Válvula 2/2 de asento de bola

Normalmente pechada (NC)

Válvula 3/2 de corredera

Segundo a construción, as válvulas distribuidoras clasifícanse

principalmente en válvulas de asento e válvulas de corredera.

Ao pasar pola válvula, as seccións entre o elemento de peche e o corpo

producen o estrangulamento do aire, ademais dos previstos cambios de

sentido do fluxo, co que as perdas de carga son inevitables.

Estas perdas son maiores nas válvulas de corredera porque o aire pasa

con maior dificultade.

Tipos de accionamento das válvulas distribuidoras

A clasificación máis empregada para os mandos das válvulas

establécese segundo a fonte de enerxía que activa os compoñentes de

mando. Os mandos poden ser:

Mando manual: o mando está supeditado á acción voluntaria do

operador. Non soen empregarse moito porque un dos obxectivos da

pneumática é o incremento da automatización dos procesos.

Sempre haberá polo menos unha que será de posta en marcha de

circuíto.

Tamén se emprega nos casos en que a seguridade do traballador pode

estar en perigo como ocorre coas presas, nas que o troquel non baixa

ata que o operario manteña presionadas dúas válvulas manuais.

Mando mecánico: actívanse por un mecanismo en movemento, como

unha árbore de levas, ou polo émbolo dos cilindros. Sóense usar como

captadores de sinal, polo que acostuman a ser pequenas.

Mando pneumático: as válvulas con mando pneumático úsanse como

órganos de regulación dos actuadores, polo que precisan de válvulas máis

pequenas que as piloten.

A forza necesaria para conmutar a válvula obtense do aire a presión, xa sexa

utilizando directamente ou por depresión.

Existe un caso especial, son as válvulas con accionamento pneumático en

ambos lados, pero que empregan o principio de presión diferencial. As

seccións da corredera que o aire empuxa son diferentes para cada lado, polo

que existe unha maior forza nun sentido que no outro e, polo tanto, unha

posición preferente cando en ambos pilotaxes hai presión. Empréganse para

dispoñerse de ordes de mando preferentes nos ciclos automáticos dos equipos

pneumáticos.

Os símbolos correspondentes aos mandos pneumáticos son frechas que

enlazan coas liñas de pilotaxe, e sóense representar por liñas descontinuas.

Mando eléctrico: o principio de funcionamento consiste en obter a

forza para desprazar a corredera a partir do electroimán.

A colocación destas válvulas nas instalacións pneumáticas implica a

instalación paralela dun circuíto eléctrico que as active. A sinal de

conmutación das válvulas vira dado por un final de carreira eléctrico, ou

de calquera outro dispositivo eléctrico.

No mando eléctrico, a lonxitude da liña de mando non inflúe na eficacia

do funcionamento.

Os tempos de conmutación son moi curtos e fiables, polo que na

actualidade son as máis usuais.

Códigos das vías dunha válvula

A localización de cada un dos orificios do distribuidor realízase por

números ou letras segundo normativa.

A seguinte táboa amosa os códigos segundo a norma ISO e CETOP

Válvula distribuidora 2/2

Estas válvulas serven para gobernar o paso

do fluído.

a) Válvula en repouso, o paso de P cara A

está pechado.

Cando se acciona o pulsador, o distribuidor

pon en comunicación a entrada P con A,

entón dise que a válvula está aberta (b).

Ao deixar de apertar o pulsador, o muelle

obriga ao distribuidor a recuperar a posición

de partida, co que a válvula se pecha.

Válvula distribuidora 3/2

Estas válvulas permiten a circulación de

aire nunha dirección e, ao mesmo tempo,

cortan o paso na outra dirección.

Empréganse para gobernar cilindros de

simple efecto.

a) A corredera da válvula sen accionar

cerra o paso de P cara A e deixa aberto o

paso de A cara R.

Cando se acciona o pulsador (b), a

corredera une a entrada de presión P coa

vía de utilización A, mentres o escape R

queda bloqueado.

Válvula distribuidora 4/2

Estas válvulas permiten a circulación de

aire en ambas direccións.

Cando a válvula está en repouso (a), a

vía de entrada está conectada coa de

utilización A, mentres que a outra

utilización B está posta a escape R.

Ao accionar a válvula vencese a acción

do muelle e a corredera cambia de

posición, é dicir, o fluído circula de P cara

B e de A cara R.

Estas válvulas empréganse para

gobernar cilindros de dobre efecto.

Válvula distribuidora 5/2

Poden considerarse como unha ampliación das válvulas 4/2.

A diferenza consiste en que posúen unha vía máis, co que o escape dun

cilindro de dobre efecto pode ser independente para cada lado, podendo

realizar outras funcións de mando.

Cando a válvula está en repouso, a corredera permite o paso de P cara B e o

escape de aire que procede de A. Ao accionar a válvula, comunícase P con A

e, ao mesmo tempo, ponse B a escape pola outra saída T.

Estas válvulas empréganse para gobernar cilindros de dobre efecto.

Válvula distribuidora 4/3Serven para gobernar cilindros de dobre efecto.

Teñen unha posición intermedia que é utilizada

para varias posibilidades de mando.

Cando a válvula esta na posición media o aire

pasa de P a R, pechando o paso de A cara B

(válvula posta a escape).

Ao accionar o pulsador o fluído pasa de P cara A e

de B cara R.

Si se acciona de novo o pulsador o fluído pasa de

P cara B e de A cara R.

Estas válvulas non levan resorte, incorporándose

un sistema mecánico ou eléctrico de

enclavamento para poder fixar as tres posicións.

Válvulas de bloqueo

O funcionamento das válvulas de bloqueo basease en cortar o paso de

aire comprimido. Constrúense de forma que a presión do aire actúa

sobre a peza de bloqueo e así reforza o peche.

Pódense considerar válvulas de bloqueo, polo seu principio de

funcionamento as seguintes:

Válvula antirretorno ou de retención.

Válvula selectora de circuíto.

Válvula de simultaneidade.

Válvula de purga ou escape rápido.

Válvula estranguladora de retención

Válvula antirretorno

É a válvula máis simple.

Pecha por completo o paso nun sentido e

déixao libre no contrario, coa perda de

presión o máis pequena posible.

A obturación pódese lograrse cunha bola,

disco, cono,…, impulsada pola propia presión

de traballo ou ben coa axuda complementaria

dun resorte.

Válvula selectora

Esta válvula cumpre a función lóxica “OU” nos circuítos pneumáticos.

Ten dúas entradas e unha saída.

O bloqueo sempre se leva a cabo na entrada con menor presión.

Con que haxa P nalgunha entrada, haberá P á saída.

Emprégase cando un actuador ou unha válvula distribuidora se debe

gobernar indistintamente dende dous puntos por separado, distantes

fisicamente un do outro.

Para os equipos en que un órgano debe ser accionado dende varios

sitios, sempre se precisarán tantas válvulas seletoras como número de

puntos de accionamento menos 1.

Válvula de simultaneidade

Cumpre a función lóxica “AND” nos circuítos pneumáticos.

Ten dúas entradas e unha saída.

Para que exista sinal á saída ten que haber presión nas dúas entradas.

Emprégase en equipos de enclavamento e control, como o

accionamento dunha prensa hidraúlica, por razóns de seguridade a

prensa só baixa se o operario mantén activadas as dúas válvulas á vez.

Válvulas reguladoras de fluxo ou caudal

As válvulas reguladoras de fluxo axustan o caudal circulante a un valor

fixo ou variable.

O principio de funcionamento é a estrangulación do aire, o mecanismo

de estrangulación pode ser por diafragma ou por estreitamento do

conduto de paso. Os estreitamentos poden ser constantes ou variables.

Existen dous tipos de válvulas de fluxo:

Válvulas estranguladoras: actúan sobre o caudal en calquera dos

dous sentidos de fluxo.

Válvulas estranguladoras unidireccionais: actúan sobre o caudal

nun só sentido de fluxo.

Tamén se poden considerar válvulas de fluxo os silenciadores e

reguladores de escape si actúan sobre o caudal.

Válvula estranguladora unidireccional

Reúne características de funcionamento das válvulas de bloqueo e das

de fluxo. Nos equipos pneumáticos empréganse como válvulas de fluxo

para regular a velocidade dos actuadores, pero só nun sentido do

movemento.

Na regulación da velocidade dos cilindros pneumáticos con estas

válvulas distínguese entre regulación á saída e regulación á entrada.

Na estrangulación da entrada ou alimentación do cilindro, contrólase o

caudal de aire que entra ao cilindro, pero o aire de saída circula

libremente cara o escape.

Válvulas reguladoras de presión

As válvulas reguladoras de presión actúan sobre a presión do aire en

circulación, controlándoa dende un valor nulo ata o máximo valor de

alimentación.

A construción de todas elas é moi similar, pero segundo sexa a súa

colocación no circuíto cumpren diferentes funcións que as identifican.

Os diferentes tipos de válvulas reguladoras de P son:

Válvulas limitadoras de P ou de seguridade.

Válvulas de secuencia.

Válvulas reguladoras de P ou redutoras.

O axuste do valor nominal de control pode realizarse a man ou

mediante electricidade (válvulas proporcionais)

Válvula limitadora de presión

Esta válvula impide que a presión dun

sistema sexa maior que a fixada

manualmente a través dun parafuso.

Ao superar esta presión máxima permitida,

a válvula abre a conexión coa atmosfera,

co que se reduce a presión ata o valor

nominal. Entón volve a pechar o orificio de

purga.

Emprégase en todo equipo produtor de aire

como válvula de seguridade.

Válvula de secuencia

O principio de funcionamento é o mesmo

que o da válvula limitadora de presión.

A diferenza reside en que vez de

conectar a escape, conéctase a unha vía

de traballo.

Válvula redutora

Estas válvulas basean o seu funcionamento nunha

membrana, o movemento desta encargase de regular a

presión de saída. Esta presión sempre é menor que a de

entrada.

O obxecto é regular a presión de traballo desexada a un

valor predeterminado e constante.

Detectores pneumáticos

Existen detectores pneumáticos que captan a posición ou presenza dun

obxecto e outros que realizan a mesma función, pero detectanto os

cambios en magnitudes físicas como a presión.

Teñen que ser instalados en lugares estratéxicos e coidadosamente

situados para o seu correcto funcionamento.

Polo xeral, todos funcionan a baixas presións para reducir o consumo

de aire.

Os sensores divídense en:

Captadores de presión

Captadores de posición

Captadores de presión: presostatos

Converten a medida da presión

pneumática a sinal eléctrica.

Poden ser instalados en calquera parte do

circuíto xa que non requiren contacto

físico.

Os presostatos teñen unha cámara de aire

cunha membrana deformable que, ao

encherse con aire a presión, é capaz de

contactar cun circuíto eléctrico que envía

unha sinal eléctrica correspondente.

ESQUEMA PNEUMÁTICO

O esquema pneumático é o plano de representación de tódolos

elementos pneumáticos, cos condutos e liñas de conexión e cos

símbolos normalizados

As normas a seguir para facer o esquema son:

1. Os elementos de traballo colócanse en posición horizontal.

2. Os finais de carreira non se representan na súa posición normal.

Soen colocarse baixo os órganos de goberno, e no lugar que

ocupan no circuíto debuxase unha liña con número indicador.

3. Os circuítos debúxanse, xeralmente, na posición de partida, ou

sexa, os elementos accionados.

4. Para evitar erros numéranse os distintos elementos, seguindo unha

orde determinada e que os clasifica por grupos.

Os elementos de traballo van numerados por esta orde: 1.0, 2.0, 3.0,…

Os órganos de goberno levan: 1.1, 2.1, 3.1,… A primeira cifra indica o

grupo ao que pertence, a segunda, o “1” que se trata dun distribuidor de

mando ou órgano de goberno.

Os captadores e información noméanse con 1.2, 1.4, 2.2, 2.4,… e 1.3,

1.5, 2.3, 2.5, 3.3,… A primeira cifra sempre indica o grupo e a segunda,

si é par, indica que inflúe na saída do vástago e se é impar, no

retroceso.

Con 0.1, 0.2, 0.3,… indícanse os elementos auxiliares e con 1.02, 1.03,

2.02, 2.03,… os elementos de regulación.

ESQUEMA PNEUMÁTICO

TIPOS DE MANDO

MANDO DIRECTO

Os actuadores neste caso só precisan dunha válvula distribuidora, que

reúne en si mesma tódalas funcións de órgano de regulación, elemento

de mando i emisor de sinais. O mando das válvulas será manual ou

eléctrico directo.

MANDO INDIRECTO

Se o cilindro é de gran tamaño será precisa unha gran forza de mando

para conmutar as válvulas que o comandan. A forma de separar a parte

da información da parte de traballo é mediante o pilotaxe pneumático.

Así a parte do circuíto encargada do mando pneumático traballa a baixa

presión e a parte de potencia (elemento de traballo e válvula

distribuidora de goberno) funcionan a presión normal.

MANDO DIRECTO

Mando directo dun cilindro de simple efecto mediante válvula 3/2 monoestable.

Mando de cilindros de simple efecto

A forma habitual é empregar válvulas 3/2 monoestables, o normal é que

sexa NC para que o cilindro manteña o vástago recollido.

Ao activar a válvula o cilindro sae e mantense fora mentres se manteña

activa a válvula. En canto se desactiva volve recollerse o émbolo.

As válvulas de goberno poden ser biestables

(manual ou eléctrica).

Tamén existen válvulas monoestables con

enclavamiento, que manteñen unha determinada

posición indefinidamente.

MANDO DIRECTO

Mando directo dun cilindro de dobre efecto mediante válvula 4/2 monoestable.

Mando de cilindros de dobre efecto

As válvulas que habitualmente se empregan para o goberno dos

cilindros de dobre efecto son as 4/2 ou 5/2, que se dispoñen para que o

cilindro manteña normalmente o vástago recollido.

Mentres se activa 1.1 sae o émbolo.

Ao desactivarse regresa.

MANDO INDIRECTO

Normalmente empréganse válvulas 3/2 NC para o pilotaxe das válvulas

de goberno de cilindros, que neste caso son válvulas de accionamento

pneumático.

Poden ser monoestables (con posición de repouso) ou biestables. No

primeiro caso só se precisa unha válvula de mando.

A regulación da velocidade, unha vez fixados os

compoñentes do circuíto, pódese efectuar con distintos

elementos de xeito que se consiga o aumento ou a

redución da mesma, chegando incluso o paro do

movemento do actuador.

CONTROL DE VELOCIDADE

Aumento da velocidade

O método para o aumento da velocidade nunha carreira é a colocación

dunha válvula de escape rápido na saída correspondente do cilindro de

dobre efecto. Evitase, na carreira de avance, o paso de aire polo

distribuidor.

Redución da velocidade

Hai varios métodos para reducir a velocidade dos actuadores. O máis

normal efectúase a través de válvulas reguladoras de caudal ou fluxo.

O habitual é a regulación mediante válvulas reguladoras unidireccionais

que deben actuar sobre o aire de escape co fin de que a velocidade

sexa independente da carga do cilindro (regulación á saída).

A regulación á entrada deixase para as carreiras de avance dos

cilindros simples e para os casos en que a carga do cilindro se opón ao

movemento.

Si se quere obter a mesma velocidade en ambas carreiras pódese usar

unha válvula reguladora bidireccional ou usar dúas unidireccionais co

mesmo valor de control.

EXEMPLOS

DE

APLICACIÓN

Máquina para o taladro de pezas de

madeira para estanterías

Máquina especial para fresar

unha ranura

Prensa moldeadora de

bloques de formigón

Describe o funcionamento do circuíto indicando tamén a secuencia de traballo.