Introduccion A La Neumatica 5h6l42

UNIDAD 2. INTRODUCCION A LA NEUMATICA 1.

¿QUE ES LA NEUMATICA?.

La neumática es una tecnología que emplea aire comprimido para producir un trabajo útil. El aire comprimido es una forma de almacenar energía mecánica, que puede ser utilizada posteriormente para producir trabajo. 2.

¿QUÉ ES EL AIRE COMPRIMIDO?.

La energía neumática (aire comprimido) se obtiene haciendo pasar el aire existente en la atmósfera a través de un compresor para poder almacenarlo una vez comprimido y poder transformarlo en energía mecánica por medio de cilindros neumáticos. 3.

PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO

Causará asombro el hecho de que la neumática se haya podido expandir en tan corto tiempo y con tanta rapidez. Esto se debe, entre otras cosas, a que en la solución de algunos problemas de automatización no puede disponerse de otro medio que sea más simple y más económico. ¿Cuáles son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su popularidad?        

Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas. Transportable: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno. Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas). Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas. Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras. Limpio: El aire comprimido es limpio y, en caso de falta de estanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento. Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero. Constitución de los elementos: La concepción de los elementos de trabajo es simple y, por tanto, de precio económico. Velocidad: Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas. (La velocidad de trabajo de cilindros neumáticos puede regularse sin escalones.)



A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden trabajar hasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas.

Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las propiedades adversas.  Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes).  Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades uniformes y constantes.  Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio usual de 7 bares, el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N.  Escape: El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes. 4.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA

El peso de la atmósfera sobre la superficie terrestre, constituye lo que se llama presión atmosférica. El peso de la columna de aire de la atmósfera sobre un centímetro de cuadrado de superficie cuando se encuentra al nivel del mar, es de 1 Kg / centímetro cuadrado (aproximadamente 1 BAR). A medida que se eleva esa superficie sobre el nivel del mar, se reduce la columna de aire, y por tanto la presión atmosférica disminuye. 5.

CONCEPTOS BASICOS

5.1. Caudal. El caudal es la cantidad de volumen que atraviesa una sección durante una unidad de tiempo. Se suele medir en litros por minuto (l/min) o litros por segundo (l/s). El caudal se simboliza con la letra Q. Por definición, el caudal se puede calcular de la siguiente manera Q=A•v=V/t Siendo A el área; v la velocidad; V el volumen y t el tiempo. 5.2. Presión. Es la medida de la concentración de una fuerza respecto a la superficie en que se aplica, y viene dada por la expresión: p=F/A Cuanto mayor sea la fuerza o menor la superficie en que se aplica, mayor presión existe. La presión se simboliza mediante la letra p (minúscula).

La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa) equivalente a la presión que ejerce una fuerza de 1 Newton sobre un metro cuadrado de superficie. Pero este valor es muy bajo, por lo que la presión de trabajo se suele medir en atmósferas, en bares o en kilopondios por centímetro cuadrado (kp/cm²). 1atm ≈ 1 bar ≈ 1 kp/cm² ≈ 105 Pa = 0,1 MPa = 14.7 psi 6. LAS PARTES DE UN SISTEMA NEUMATICO

7.

CÁLCULO DE FUERZA DESARROLLADA POR UN CILINDRO NEUMÁTICO.

7.1.

Cilindros de simple efecto.

En este cilindro la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del pistón. Al calcular la fuerza hay que tener en cuenta el empuje del resorte.

Entonces el área del pistón (AP) se calcula así: AP = 0.7854 * D2 Donde: D es el diámetro del pistón Entonces la fuerza ejercida por un cilindro de simple efecto está dada por: FUERZA DE EMPUJE = P * AP – FR Donde: FR es la fuerza ejercida por el resorte Como no es fácil calcular el valor de la fuerza de resorte, para efectos de diseño se supone con un valor del 15% de la fuerza ejercida por el cilindro. Entonces para un cilindro de simple efecto FUERZA DE EMPUJE = 0.85 * P * AP 7.2.

Cilindros de doble efecto

En este cilindro, en la carrera de avance, la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del pistón, mientras que en el retroceso la presión solo actúa sobre la superficie neta (área del pistón menos área del vástago)

Entonces el área del pistón (AP) se calcula así: AP = 0.7854 * D2 Donde: D es el diámetro del pistón Entonces la fuerza de empuje ejercida por un cilindro de simple efecto está dada por: FUERZA DE EMPUJE = P * AP

Entonces el área neta (AN) se calcula así: AN = 0.7854 * ( D2 – d2 ) Donde: d es el diámetro del vástago Entonces la fuerza de empuje ejercida por un cilindro de doble efecto está dada por: FUERZA DE HALADO = P * AN 8. CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO NEUMATICO. Para efecto de cálculos de diseño, se toma en cuenta la cantidad de aire comprimido consumido por un actuador durante un minuto. Q=n*V Donde: Q es el caudal en litros por minuto, n es el número de ciclos realizado por el actuador en un minuto y V es el volumen de aire consumido en un ciclo. 8.1. Para cilindros de simple efecto V = AP * Carrera La carrera es la distancia máxima que puede salir el vástago del cilindro 8.2.

Para cilindros de doble efecto V = AP * Carrera + AN * Carrera

La carrera es la distancia máxima que puede salir el vástago del cilindro. Aunque el volumen de empuje y el de retroceso no son iguales, para efectos de calculo en cilindros de doble efecto se calcula así: V = 2 * AP * Carrera

EJERCICIO DE APLICACION Se tiene una máquina neumática en una planta, la cual cuenta con 5 cilindros neumáticos con las siguientes características y ciclos de trabajo son: Descripción

Diámetro pistón (mm)

Diámetro vástago (mm)

Carrera (mm)

Número de ciclos por minuto

Doble efecto

100

25

200

10

Simple efecto

25

12

100

30

Doble efecto

63

20

150

20

Simple efecto

20

10

50

50

Calcular la fuerza que cada cilindro ejerce (empujando o halando) según el caso y el consumo total de aire de ese circuito en un minuto. Tener en cuenta: Presión de trabajo del circuito 6 bares (aproximadamente 6 Kg/cm2) Si sabemos que 1 H.P. de potencia del compresor equivale a 99 l.p.m. de aire comprimido. ¿ de cuanto debe ser la potencia mínima del compresor para alimentar dos (2) de esas máquinas? 9. HUMEDAD EN EL AIRE La cantidad de humedad que el aire puede absorber en forma visible, depende de su temperatura. Cuando el aire atmosférico se enfría, alcanzará un cierto punto en el cual se encuentra saturado de humedad: Punto de rocío. Si la temperatura continúa descendiendo el aire ya no puede absorber toda la humedad y el excedente es expelido en forma de minúsculas gotas. Al principio, estas permanecen suspendidas en el aire, luego se hacen más grandes y precipitan como rocío o como lluvia. Estas gotas forman el condensado que extraemos de la línea de aire comprimido. Toda agua contenida en el aire atmosférico es absorbida por el compresor. En la práctica se sabe por experiencia qué se deberá drenar mayor cantidad de condensado en días claros y cálidos de verano, que en los fríos y neblinas días de invierno. La explicación para esto es que el aire caliente puede absorber más agua que el aire frío.

9.1. Consecuencias de la presencia de agua en el aire comprimido   

El aceite del compresor se emulsiona con el aire comprimido y provoca adherencias en los componentes internos. En segundo lugar, cuando se agrega al aire comprimido aceite finamente pulverizado para la lubricación de piezas internas del equipo, su capacidad lubricante se ve drásticamente reducida al mezclarse con agua. El tercer punto a considerar, es el hecho de que un sistema neumático se transformará en hidráulico si no utilizamos todo método disponible para eliminar el agua de su interior. El agua acumulada en las tuberías, obstruye el flujo de aire y así retarda o aún detiene el trabajo normal, sin mencionar el perjuicio causado por la corrosión y el arrastre de los lubricantes.

10. PREPARACION DEL AIRE COMPRIMIDO Toda instalación de aire comprimido, que se utilice para sistemas neumáticos de control y regulación deben de poseer una serie de elementos indispensables, para un tratamiento posterior al de la compresión, en general estos elementos son: 10.1. Depósito de aire. Toda instalación de aire comprimido, dispone de un depósito de aire a presión entre el compresor y la red de distribución. Las funciones de tales depósitos son:   

Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida del aire descargado por los compresores alternativos. Hacer frente a las demandas puntas de caudal sin que se provoquen caídas de presión Adaptar el caudal de salida del compresor al consumo de aire en la red.

En general, pueden ser depósitos horizontales o verticales, construidos en chapa de acero, con fondos repujados con convexidad exterior, unidos a la virola mediante curvas de enlace. Llevan una serie de rios obligatorios:     

Manómetro Presóstato Válvula de purga Abertura para limpieza Puerto de conexión de salida

La capacidad del depósito está determinada por el caudal del compresor y a la caída de presión máxima permisible, en la instalación particular, que determinará el número de minutos de funcionamiento por hora del compresor. En general, el propio fabricante de compresores aconseja la capacidad de los depósitos para sus productos según aplicación. En instalaciones más sofisticadas se incluyen secadores, cuya función es eliminar la mayor cantidad de agua presente en el aire comprimido y también existen trampas de condensado que cumplen la misma función, a menor escala, en otros puntos de la red neumática.

10.2 Filtros, reguladores de presión y lubricadores. Cuando no se utilizan secadores, en la línea de servicio de aire comprimido, quedan trazas de aceite, agua e impurezas, que conviene eliminar, mediante la colocación de filtros, en un lugar lo más contiguo al punto de consumo o utilización.

Por otro lado, los elementos neumáticos necesitan para trabajar a su máximo rendimiento, una presión de trabajo estable, sin fluctuaciones (generalmente 6 bares), esto se consigue colocando un regulador de presión, en un lugar lo más cercano al punto de consumo o utilización. Igualmente, estos elementos neumáticos deben lubricarse para que mantengan su duración, ya que son de hecho elementos metálicos, que friccionan entre sí, esto se consigue colocando un lubricador, en un lugar lo más cercano al punto de consumo o utilización. En general se utilizan grupos combinados de filtro, regulador de presión y lubricador, como muestra la figura anterior. 11. VALVULAS NEUMATICAS. Las válvulas neumáticas tienen una gran importancia dentro del mundo de la tecnología neumática. En esta sección veremos las diferentes clases de válvulas que existen, con detalle. 1. Válvulas direccionales. Como su propio nombre indica son las encargadas de distribuir el aire comprimido en los diferentes actuadores neumáticos, por ejemplo, los cilindros. 2. Válvulas de bloqueo. Son válvulas con la capacidad de bloquear el paso del aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el circuito. 3. Válvulas reguladoras. Aquí nos encontramos con las válvulas que regulan el caudal y las válvulas que regulan la presión.

Las válvulas de direccionales se pueden clasificar de varias maneras, por su construcción interna, por su accionamiento y por el número de vías y posiciones.    

Existes válvulas direccionales de diversos tipos: 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 3/3, 4/3 & 5/3 El primer dígito indica el número de puertos, sean éstos de alimentación, de salida o de escape El segundo dígito indica el número de posiciones de la válvula Por ejemplo: una válvula 3/2 tiene 3 puertos y 2 posiciones

La clasificación más importante es por el número de vías y posiciones, aunque en este tipo de clasificación no se tiene presente su construcción ni el pilotaje que lleva. Si tenemos la clasificación de estas válvulas por su tipo de accionamiento, tendremos la información precisa para saber si la válvula acciona directamente o indirectamente.

Existen muchos tipos de accionamiento, pero para efectos de este curso nos concentraremos en las válvulas direccionales de accionamiento eléctrico. Dentro de las válvulas de bloqueo encontramos: válvulas anti retorno, simultaneidad, de selección de circuito y de escape.

Dentro de las válvulas de regulación encontraremos que tipo de regulación hacen, si son con aire de entrada o de salida, y las válvulas de presión.

12. ACTUADORES NEUMATICOS. El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de pistón (éstos también proporcionan movimiento rotativo con variedad de ángulos por medio de actuadores del tipo piñón-cremallera). También encontramos actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos), movimientos combinados e incluso alguna transformación mecánica de movimiento que lo hace parecer de un tipo especial. Entonces en esencia se tiene:  Actuadores lineales (cilindros neumático)  Actuadores de giro (actuador rotativo)  Motores neumáticos.