INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLOGICO PÚBLICO

REPUBLICA FEDERAL DE ALEMANIA

Curso de Extensión Educativa ELECTRONICA INDUSTRIAL

Aplicaciones de Neumática, Electroneumática, Hidráulica y Electrohidráulica y Electrohidráulica

en la Industria

EULER DEZA FIGUEROA

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INDICE DE CONTENIDOS

NEUMATICA:

Introducción

Propiedades del aire comprimido

Rentabilidad de los equipos neumáticos

Fundamentos Físicos

- El aire es Compresible

- El volumen del aire varía en función de la temperatura

- Ecuaciones de Estado de los gases

Producción de aire comprimido

Elementos neumáticos de trabajo

- Cilindro de simple efecto

- Cilindro de Doble efecto

- Cilindro de Doble efecto, en ejecución especial

Válvulas (tipos)

Circuitos Neumáticos y Diagramas Espacio - Fase

Ejercicios diversos

PAG: 6

APLICACIÓN 01:

APLICACIÓN DE LA NEUMATICA A LA DISTRIBUCION DE CAJAS EN UNA FAJA

TRANSPORTADORA

PAG: 45

APLICACIÓN 02:

APLICACIÓN DEL PROCESO DE UNA CUCHARA DE COLADA CON LIMITACION DE

VELOCIDAD Y ELIMINACION DE INTERFERENCIA EN UN DETERMINADO PROCESO

PAG: 47

APLICACIÓN 03:

APLICACIÓN DE NEUMATICA A UN DESPLAZADOR DE PIEZAS A UN PLANO

INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS: SECUENCIA A+, B+, A-, B-

PAG: 49

APLICACIÓN 04:

APLICACIÓN DE NEUMATICA AL PROCESO DE FRESADO, MEDIANTE

MOVIMIENTOS COORDINADOS: SECUENCIA A+, B+, B-, A-

PAG: 51

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ELECTRONEUMATICA:

Introducción

Entradas de señal

Finales de Carrera

Sensores de Proximidad

- Sensores Magnéticos

- Sensores Inductivos

- Sensores Capacitivos

- Sensores Ópticos

Convertidor de señal neumático – eléctrico

Relés

PAG: 53

APLICACIÓN 05:

APLICACIÓN DE ELECTRONEUMATICA A UN DESPLAZADOR DE PIEZAS A UN

PLANO INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS Y MEMORIA

NEUMATICA: SECUENCIA A+, B+, A-, B-

PAG: 64

APLICACIÓN 06:

APLICACIÓN DE ELECTRONEUMATICA A UN DESPLAZADOR DE PIEZAS A UN

PLANO INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS Y MEMORIA

ELECTRICA : SECUENCIA A+, B+, A-, B-

PAG: 66

APLICACIÓN 07:

APLICACIÓN DE ELECTRONEUMATICA AL PROCESO DE FRESADO, MEDIANTE

MOVIMIENTOS COORDINADOS: SECUENCIA A+, B+, B-, A-

PAG: 68

HIDRÁULICA Y ELECTROHIDRÁULICA:

Introducción

Hidráulica: Conceptos básicos

Sistema de Transmisión de energía Neumática e Hidráulica

Leyes físicas relativas a los fluidos

- Ley de Pascal

- Ley de Boyle

- Ley de Charles

El efecto de la temperatura en los fluidos

Compresibilidad de los Fluidos

Transmisión de Potencia a través de una tubería

PAG: 70

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Presión hidráulica

Cañerías de Servicio.

Cañerías de Interconexión:

Caída de Presión en tuberías

Caída de presión en el circuito de una prensa hidráulica.

Hidráulica: Tanques y depósitos, accesorios, circuitos hidráulicos

FILTROS

Filtro en Línea.

En la línea de presión.

En la linea de Retorno

En el retorno por alivio

APLICACIÓN 08:

APLICACIÓN DE LA HIDRÁULICA A LA DISTRIBUCION DE CAJAS EN UNA FAJA

TRANSPORTADORA

PAG: 87

APLICACIÓN 09:

APLICACIÓN DE UN SISTEMA ELECTROHIDRÁULICO AL MANDO Y CONTROL DE UN

CILINDRO CON RETORNO AUTOMÁTICO, APLICADO AL ESTAMPADO DE PRENDAS

PAG: 89

APLICACIÓN 10:

APLICACIÓN DE ELECTROHIDRÁULICA A UN MANIPULADOR DE PIEZAS A UN

PLANO INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS, SECUENCIA:

A+, B+, A-, B-

PAG: 91

©2014 ISTP: REPUBLICA FEDERAL DE ALEMANIA DIRECTORA: ING. EDITA MORENO EUSTAQUIO JEFE DE ÁREA ACDEMICA (ELO) : ING.NESTOR MAGO ALVARADO DOCENTE ENCARGADO: ING. EULER DEZA FIGUEROOA © EUER DEZA FIGUEROA

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OBJETIVO GENERAL:

El estudiante podrá adquirir conocimientos necesarios que le permitan la simulación e instalación

de múltiples y variados ejercicios prácticos de neumática, electroneumática, hidráulica y

electrohidráulica, asimismo estará en la capacidad de diseñar aplicaciones y tomar decisiones

adecuadas frente a un requerimiento dentro de un proceso industrial y de manufactura

OBJETIVO ESPECÍFICOS:

El estudiante podrá poner en funcionamiento de modo seguro sistemas de control Neumático

e hidráulico.

El estudiante podrá seleccionar y utilizar componentes neumáticos, hidráulicos y eléctricos

aplicando criterios técnicos de acuerdo a normas industriales.

El estudiante conocerá la construcción y el funcionamiento de las diferentes válvulas y

electroválvulas neumáticas y electroneumáticas

El estudiante conocerá la construcción y el funcionamiento de las diferentes válvulas y

electroválvulas hidráulicas y electrohidráulicas

El estudiante aprenderá las herramientas de software adecuadas para un correcto diseño de

sistemas electroneumáticos, y electrohidráulicos

El estudiante conocerá dos posibilidades para mantener señales: mediante electroválvulas

biestables y mediante circuitos eléctricos de autorretención.

El estudiante podrá seleccionar los elementos adecuados en función de las exigencias de la

aplicación.

El estudiante podrá representar las secuencias de movimientos de un sistema de control

mediante diagramas de funciones (Aplicaciones Propuestas)

El estudiante conocerá diversos tipos de control de posiciones finales (detectores de posición)

de un cilindro y podrá seleccionar el tipo de control apropiado en cada caso.

El estudiante podrá confeccionar una tabla de secuencias y aplicar su contenido.

El estudiante podrá ampliar sistemas de control existentes y podrá redactar la documentación

correspondiente.

El estudiante podrá configurar un control secuencial con dos o más cilindros.

El estudiante podrá detectar y eliminar fallos en sistemas de control electroneumáticos y

electrohidráulicos

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Neumática:

Introducción

La energía, no cabe duda, es una cuestión fundamental en toda actividad industrial y en cualquier

servicio, y la selección de la forma de energía más idónea que ha de emplearse en cada momento

es un aspecto substancial del problema. De entre todas las energías secundarias que el hombre

dispone, el aire comprimido tiene unas propiedades específicas que lo hacen muy

interesante para determinadas aplicaciones. Aunque su utilización se remonta a más de dos mil

años y su incorporación a la industria sucedió hace bastante más de un siglo, fue a partir de 1950,

en el momento en que empezó a emplearse en procesos de automatización, cuando se produjo un

fortísimo incremento en su uso.

El aire comprimido es una energía con numerosas aplicaciones debido a sus grandes y múltiples

cualidades y sus pocos inconvenientes, por lo que se ha hecho casi imprescindible, siendo difícil

encontrar una industria que no lo utilice.

La tecnología que emplea este tipo de fuente de energía se denomina neumática, palabra que

deriva de pneuma que significa viento, respiración e incluso alma. Técnicamente se define la

neumática como la tecnología que estudia la producción, transmisión y control de movimientos y

esfuerzos mediante el aire comprimido

Paralelamente existe la oleohidráulica que tiene los mismos fines pero empleando como fuente de

energía los líquidos a presión, fundamentalmente aceites.

Incidiendo ahora en las ventajas del aire comprimido diremos que dispone obviamente de una

fuente inagotable; es transportable a distancias apreciables; puede almacenarse en cantidades

moderadas en depósitos fijos o móviles; la temperatura no le afecta y es antideflagrante; es una

energía limpia que no contamina y no requiere tuberías de retorno.

Las velocidades de trabajo que proporciona son elevadas, sobre todo en las de giro, no superadas

por casi ninguna otra fuente de energía, recuérdese el torno del dentista que puede alcanzar las

500.000 revoluciones/min Como inconvenientes hay que considerar que la fuerza que puede

producir es limitada, no superando los 50.000 N. También que la velocidad que proporciona en los

movimientos no es rigurosamente constante debido a la compresibilidad del aire. El esfuerzo no

puede regularse con demasiada precisión y el posicionamiento intermedio tampoco es muy exacto

ni resulta fácil su regulación.

El aire es transparente lo que hace a veces difícil detectar una fuga. El aire comprimido requiere

una cierta preparación por lo que su costo es algo elevado. Hay que reseñar también que los

procesos de generación y de descarga a la atmósfera del aire resultan algo ruidosos.

Como ya se ha reseñado su campo de aplicación y las funciones que puede llevar a cabo son

amplísimas, se suele decir que viene tan solo limitado por la imaginación del usuario. En el cuadro

siguiente se incluyen, sin intención de ser exhaustivos, algunas de las funciones que es capaz de

ejecutar.

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En el cuadro siguiente figuran algunas de las máquinas herramienta, no pocas portátiles, que

pueden utilizar como fuente de energía el aire comprimido.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido. Este

es el motivo de que en los ramos industriales más variados se utilicen aparatos neumáticos.

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.

Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno.

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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 faltas 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 si, por tanto, 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 pueden regularse sin escalones.)

A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden 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 normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).

Escape: El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes.

Costos: El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara ; este elevado

costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio económico y el buen

rendimiento (cadencias elevadas).

Rentabilidad de los equipos neumáticos

Como consecuencia de la automatización y racionalización, la fuerza de trabajo manual ha sido reemplazada por otras formas de energía; una de éstas es muchas veces el aire comprimido Ejemplo: Traslado de paquetes, accionamiento de palancas, transporte de piezas etc. El aire comprimido es una fuente cara de energía, pero, sin duda, ofrece indudables ventajas. La

producción y acumulación del aire comprimido, así como su distribución a las máquinas y

dispositivos suponen gastos elevados. Pudiera pensarse que el uso de aparatos neumáticos está

relacionado con costos especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en el cálculo de la

rentabilidad es necesario tener en cuenta, no sólo el costo de energía, sino también los costos que

se producen en total. En un análisis detallado, resulta que el costo energético es despreciable

junto a los salarios, costos de adquisición y costos de mantenimiento.

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Fundamentos Físicos

La superficie del globo terrestre está rodeada de una envoltura aérea. Esta es una mezcla

indispensable para la vida y tiene la siguiente composición:

Nitrógeno aprox. 78% en volumen

Oxígeno aprox. 21% en volumen

Además contiene trazas, de bióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón, helio, criptón y xenón.

La combinación entre los sistemas internacionales y técnico de medidas está constituido por:

Ley de Newton: Fuerza = Masa. Aceleración

F = m.a

Aceleración de la gravedad:

Para convertir las magnitudes antes indicadas de un sistema a otro rigen los siguientes valores de

conversión

Masa:

Fuerza: 1 Kp = 9,81 N

Para los cálculos aproximados puede suponerse

1 Kp ~ 10N

Temperatura: Diferencia de temperatura 1ºC = 1 K (Kelvin)

Punto Cero 0ºC = 273 K (Kelvin)

Presión: Además de las unidades indicadas en la relación (at en el sistema técnico, así como bar

y Pa. en el “Sistema SI”), se utilizan a menudo otras designaciones. Al objeto de completar la

relación, también se citan a continuación.

1. Atmosfera, at

(Presión absoluta en el sistema técnico de medidas)

2. Pascal, Pa, Bar, bar (Presión absoluta en el sistema de unidades)

3. Atmosfera física, at

(presión absoluta en el sistema físico de medidas)

1 atm = 1,033 at = 1,03 bar (101,3 KPa)

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4. Milímetros de columna de agua, mm de col. de agua

10,000 mm ca = 1 at = 0,981 bar (98,1 kPa)

5. Milímetros de columna de mercurio, mm Hg

(corresponde a la unidad de presión Torr)

1 mm Hg = 1 Torr

1 at = 736 Torr, 100 kPa (1 bar) = 750 Torr

en la siguiente tabla, se recogen las más importantes y se indica la equivalencia entre ellas. Hay

que mencionar que las unidades más utilizadas en neumática son el bar y el MPa en el sistema

internacional y psi (libra por pulgada al cuadrado) en el sistema anglosajón

Cuadro de equivalencias de unidades de presión

El aire es Compresible

Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la del recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresión) y tiene la tendencia a dilatarse (expansión).

La ley que rige estos fenómenos es la de Boyle-Mariotte.

A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es inversamente proporcional a la presión absoluta, o sea, el producto de la presión absoluta y el volumen es constante para una cantidad determinada de gas.

P1 . V1 = P2 . V2 = P3 . V3 = Constante

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Esta ley es demuestra mediante el siguiente ejemplo:

El volumen del aire varía en función de la temperatura

Si la presión permanece constante y la temperatura se eleva 1 K partiendo de 273 K, el aire se

dilata 1/273 de su volumen. Esto demuestra la ley de Gay - Lussac

De donde:

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La variación de volumen

Así mismo vale para :

Las ecuaciones anteriores tienen validez únicamente cuando las temperaturas se indican en K. las

temperaturas indicadas en °C deben convertirse, por tanto a K

También puede prepararse una ecuación con la que pueda calcularse inmediatamente en °C; para

ello solo hay que añadir 273°C a los valores de temperatura.

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Ecuaciones de Estado de los gases

Para todos los gases vale, no obstante, la “Ecuacion general de los gases”

Producción de aire comprimido

Generadores

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de

trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central.

Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de

los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a

través de tuberías.

Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en máquinas que se desplazan

frecuentemente.

En el momento de la planificación es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin de

poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario

sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte más tarde insuficiente,

puesto que toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.

Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendrá una

larga duración. También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de

compresores

Tipos de compresores

Los compresores que se fabrican hoy día se dividen en dos grandes grupos, atendiendo a

su principio de funcionamiento: turbocompresores o compresores dinámicos y compresores

volumétricos o estáticos.

Cada uno de estos grupos se subdivide a su vez en varias clases, que se muestran en el esquema

siguiente:

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Los turbocompresores o compresores dinámicos basan su funcionamiento en el

Teorema de la cantidad de movimiento. Disponen de un órgano fundamental, denominado

impulsor, que gira sobre un eje a gran velocidad (siguiente figura), transformando la energía

mecánica que recibe del motor de arrastre en energía cinética del fluido. Posteriormente

esta energía cinética se transforma en energía de presión

Los compresores volumétricos o estáticos, llamados también de desplazamiento positivo, basan

su principio de funcionamiento en la ecuación de estado de gas ideal y en el Principio de Pascal, es

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decir, aumentan la presión del gas gracias a la reducción de su volumen, transmitiéndola

Íntegramente a todo el fluido situado aguas abajo.

Estos compresores disponen de un elemento denominado desplazador, que atrapa el gas

mediante la creación de una succión, reduce su volumen, y lo desplaza hacia la salida donde existe

una presión superior.

Los compresores volumétricos se dividen a su vez en alternativos y rotativos, dependiendo

del tipo de movimiento que posee su órgano desplazador.

Los compresores alternativos son los más utilizados en la industria y los servicios por sus notables

ventajas y características, que los convierten en los más económicos tanto en el momento de su

adquisición como en el de su uso. Constan, en esencia, de un cilindro donde se desplaza

alternativamente un émbolo arrastrado desde el exterior por un vástago, o simplemente por una

biela; cuando éste comienza a salir del cilindro se crea una succión que permite la entrada del aire

desde el exterior a través de una válvula, llenándolo cuando el pistón regresa se reduce el

volumen y se incrementa la presión del aire hasta alcanzar un valor en el que se abre una válvula

que conecta el cilindro con el servicio

En determinados compresores de prestaciones reducidas el pistón es sustituido por una

membrana, que desplazada alternativamente, crea la succión y la compresión dentro de

una cámara. Reciben el nombre de compresores de membrana (figura 2-4)

Los compresores volumétricos rotativos disponen de un cuerpo o carcasa generalmente

cilíndrica, dentro del cual están dispuestas unas piezas móviles giratorias de una forma variada.

Estas piezas crean unos recintos que en primer término atrapan el aire mediante succión, para

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luego disminuir su volumen, elevar su presión y al mismo tiempo desplazarlo hacia su salida, en

contacto con una zona de mayor presión.

Entre este tipo de compresores cabe citar los de paletas y los de tornillo como los más

importantes (figuras 2-5 y 2-6).

Campos de aplicación de cada tipo de compresor Los turbocompresores o compresores dinámicos se emplean para la producción de grandes

caudales en aplicaciones muy específicas. Dentro de ellos, los compresores axiales

corresponden a caudales muy importantes para presiones reducidas; los radiales o

centrífugos trabajan con caudales relativamente menores y presiones más elevadas; y los

diagonales se utilizan para valores intermedios.

Los compresores volumétricos o estáticos funcionan con caudales bastante menores que

los anteriores, pudiendo obtener presiones más elevadas. Su campo de aplicación es

notablemente más amplio que el de los compresores dinámicos.

Compresores Compactos ue incluyen de manera compacta la central compresora casi

completa, comprendiendo los filtros para eliminación de impurezas, el refrigerador y el secador.

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Elementos neumáticos de trabajo

Lo energía del aire comprimido se transforma por medio de cilindros en un movimiento lineal de

vaivén, y mediante motores neumáticos, en movimiento de giro.

Elementos neumáticos de movimiento rectilíneo o actuadores lineales (cilindros neumáticos)

A menudo, la generación de un movimiento rectilíneo con elementos mecánicos combinados con

accionamientos eléctricos supone un gasto considerable.

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Los actuadores lineales, también denominados cilindros por tener su carcasa en la mayoría de los

casos dicha figura geométrica, se clasifican en dos grupos: cilindros de simple efecto y cilindros de

doble efecto, según realicen trabajo mecánico cuando se desplaza el émbolo con su vástago en un

sentido solamente o en los dos, respectivamente.

El cilindro neumático normalmente consta de las partes fundamentales que se describen en la

figura siguiente

- Cilindro de simple efecto

Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que

en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el

efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.

El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el émbolo a su posición inicial a una

velocidad suficientemente grande.

En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de éste limita la carrera. Por

eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm.

Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alinear, etc.

Fig. Cilindro de simple efecto

Cilindro de émbolo

La estanqueidad se logra con un material flexible (perbunano), que recubre el pistón

metálico o de material plástico. Durante el movimiento del émbolo, los labios de junta se

deslizan sobre la pared interna del cilindro.

En la segunda ejecución aquí mostrada, el muelle realiza la carrera de trabajo; el aire

comprimido hace retornar el vástago a su posición inicial .

· Aplicación: frenos de camiones y trenes.

· Ventaja: frenado instantáneo en cuanto falla la energía.

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Cilindros de membrana

Una membrana de goma, plástico o metal reemplaza aquí al émbolo. El vástago está fijado en el

centro de la membrana. No hay piezas estanqueizantes que se deslicen , se produce un

rozamiento únicamente por la dilatación del material.

Aplicación: Se emplean en la construcción de dispositivos y herramientas, así como para estampar,

remachar y fijar en prensas.

Cilindros de membrana arrollable

La construcción de estos cilindros es similar a la de los anteriores. También se emplea una

membrana que, cuando está sometida a la presión del aire, se desarrolla a lo largo de la pared

interior del cilindro y hace salir el vástago Las carreras son mucho más importantes que en los

cilindros de membrana (aprox. 50-80 mm). El rozamiento es mucho menor.

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- Cilindro de Doble efecto

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar

un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida

como en el retorno

Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que

realizar una misión también al retornar a su posición inicial. En principio, la carrera de los cilindros

no está limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago

salido. También en este caso, sirven de empaquetadura los labios y émbolos de las membranas.

Cilindros con amortiguación Interna

Cuando las masas que traslada un cilindro son grandes, al objeto de evitar un choque brusco y

daños es utiliza un sistema de amortiguación que entra en acción momentos antes de alcanzar el

final de la carrera. Antes de alcanzar la posición final, un émbolo amortiguador corta la salida

directa del aire al exterior .En cambio, es dispone de una sección de escape muy pequeña, a

menudo ajustable.

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El aire comprimido se comprime más en la última parte de la cámara del cilindro. La sobrepresión

producida disminuye con el escape de aire a través de las válvulas antiretorno de estrangulación

montada (sección de escapo pequeña). El émbolo se desliza lentamente hasta su posición final. En

el cambio de dirección del émbolo, el aire entra sin obstáculos en la cámara del cilindro por la

válvula antiretorno.

Cilindro con amortiguación interna.

Cilindros de doble efecto, en ejecución especial

Cilindros de doble vástago

Este tipo de cilindros tiene un vástago corrido hacia ambos lados. La guía del vástago es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanece constante. Por eso, este cilindro puede absorber también cargas pequeñas laterales. Los elementos señalizadores pueden disponerse en el lado libre M vástago. La fuerza es igual en los dos sentidos (los superficies del émbolo son iguales).

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Cilindro tándem

Está constituido por dos cilindros de doble efecto que forman una unidad. Gracias a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene en el vástago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal M mismo diámetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espacio determinado, no siendo posible utilizar cilindros de un diámetro mayor

Cilindro multiposicional

Este cilindro está constituido por dos o más cilindros de doble efecto. Estos elementos están acoplados como muestra el esquema. Según el émbolo al que se aplique presión, actúa uno u otro cilindro. En el caso de dos cilindros de carreras distintas, pueden obtenerse cuatro posiciones.

Aplicación: - Colocación de piezas en estantes, por medio de cintas de transporte - Mando de palancas - Dispositivos de clasificación (piezas buenas, malas y a ser rectificadas)

Cilindro de Impacto

Si se utilizan cilindros normales para trabajos de conformación, las fuerzas disponibles son, a menudo, insuficientes. El cilindro de impacto es conveniente para obtener energía cinética, de valor elevado. Según la fórmula de la energía cinética, se puede obtener una gran energía de

impacto elevando la velocidad.

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Los cilindros de impacto desarrollan una velocidad comprendida entre 7,5 y 10 m/s (velocidad

normal 1 a 2 m/s). Sólo una concepción especial permite obtener estas velocidades.

La energía de estos cilindros se utiliza para prensar, rebordear, remachar, estampar, etc. La fuerza

de impacto es digna de mención en relación con sus dimensiones. En muchos casos, estos cilindros

reemplazan a prensas. Según el diámetro del cilindro, pueden obtenerse desde 25 hasta 500 Nm.

Atención:

Cuando las carreras de conformación son grandes, la velocidad disminuye rápidamente y, por

consiguiente, también la energía de impacto; por eso, estos cilindros no son apropiados cuando se

trata de carreras de conformación grandes.

Funcionamiento:

La cámara A está sometida a presión. Al accionar una válvula, se forma presión en la cámara B, y la

A se purga de aire. Cuando la fuerza que actúa sobre la superficie C es mayor que la que actúa en

la superficie anular de la cámara A. el émbolo se mueve en dirección Z. Al mismo tiempo queda

libre toda la superficie del émbolo y la fuerza aumenta. El aire de la cámara B puede afluir

rápidamente por la sección entonces más grande, y el émbolo sufre una gran aceleración.

Cilindro de cable

Este es un cilindro de doble efecto. Los extremos de un cable, guiado por medio de poleas, están fijados en ambos lados del émbolo. Este cilindro trabaja siempre con tracción. Aplicación: apertura y cierre de puertas; permite obtener carreras largas, teniendo dimensiones reducidas.

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Cilindro de giro

En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que acciona un piñón y

transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio hacia la izquierda o hacia la derecha,

según el sentido del émbolo. Los ángulos de giro corrientes pueden ser de 45°, 90°, 180°, 290°

hasta 720°. Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un

tornillo de ajuste.

El par de giro es función de la presión, de la superficie del émbolo y de la desmultiplicación. Los

accionamientos de giro se emplean para voltear piezas, doblar tubos metálicos, regular

acondicionadores de aire, accionar válvulas de cierre, válvulas de tapa, etc.

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Cilindro de embolo giratorio

Como los cilindros de giro, éste también puede realizar un movimiento angular limitado, que rara

vez sobrepasa los 300°. La estanqueización presenta dificultades y el diámetro o el ancho permiten

a menudo obtener sólo pares de fuerza pequeños. Estos cilindros no se utilizan mucho en

neumática, pero en hidráulica se ven con frecuencia.

Válvulas Neumáticas (tipos)

Los circuitos neumáticos están constituidos por los actuadores que efectúan el trabajo y por

aquellos elementos de señalización y de mando que gobiernan el paso del aire comprimido, y por

lo tanto la maniobra de aquellos, denominándose de una manera genérica válvulas.

Estos elementos tienen como finalidad mandar o regular la puesta en marcha o el paro del

sistema, el sentido del flujo, así como la presión o el caudal del fluido procedente del depósito

regulador.

Según su función las válvulas se subdividen en los grupos siguientes:

1. Válvulas de vías o distribuidoras

2. Válvulas de bloqueo

3. Válvulas de presión

4. Válvulas de caudal y de cierre

1. Válvulas de vías o distribuidoras

Válvulas distribuidoras de 2/2 y 3/2 (válvulas de asiento esférico)

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Válvulas distribuidoras de 3/2 cerrada en reposo (válvulas de asiento plano)

Válvulas distribuidoras de 3/2 inicialmente abierta

Válvulas 3/2 accionadamente neumáticamente

Válvulas distribuidora 4/2

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Válvula distribuidora 5/2 de disco flotante

Válvula distribuidora 3/2, servopilotada y cerrada en posición de reposo

Cuando la válvula tiene un diámetro medio o grande se requiere un esfuerzo de accionamiento

superior al que en determinados casos es factible. Para obviar esta dificultad se utiliza el

denominado servopilotaje que consiste en actuar sobre una pequeña válvula auxiliar, que abierta

deja paso al aire para que actúe sobre la válvula principal. Es decir el servopilotaje es simplemente

un multiplicador de esfuerzos.

Válvulas de corredera

En estas válvulas, las conexiones externas se relacionan unas con otras o se cierran por

medio de una corredera longitudinal o giratoria, que se desplaza o gira dentro de un cuerpo de

válvula

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Válvula de corredora 5/2 vías

Válvula de disco plano giratorio

Estas válvulas son generalmente de accionamiento manual o por pedal, otros tipos de

accionamiento son difíciles de incorporar a ellas. Constan de dos discos superpuestos, el superior,

que es el que se hace girar, dispone de dos conductos de forma curvada; en el inferior se

encuentran las conexiones con los conductos y permanece inmóvil. En los tres pequeños

esquemas situados a la izquierda de la figura sgte. Se han dibujado las conexiones en los laterales

para que puedan observarse con mayor facilidad

En la posición intermedia todos los conductos están cerrados, permitiendo, en principio

inmovilizar un cilindro en cualquier posición; sin embargo, debido a la compresibilidad del aire, no

se puede realizar con precisión

Girando la palanca la válvula pasará a las otras posiciones poniendo en contacto las vías

de una manera determinada. Los conductos del disco giratorio pueden estar situados en forma

diferente de tal manera que la válvula puede cumplir diferentes misiones

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Distribuidor de disco giratorio

2. Válvulas de bloqueo

2.1. Válvula antirretorno

Las válvulas antirretorno impiden el paso absolutamente en un sentido, mientras que en el sentido

contrario el aire circula con una pérdida de presión mínima. La obturación en un sentido puede

obtenerse mediante un cono, una bola, un disco o una membrana que apoya sobre un asiento.

2.2. Válvula selectora de circuito (Válvula “o”; función lógica “OR”) Se trata de una válvula que permite el paso del aire cuando éste procede de uno u otro conducto.

Esta válvula tiene dos entradas X e Y, y una salida A (Figura sgte.). Cuando el aire comprimido

entra por la entrada X, la bola obtura la entrada Y, y el aire circula de X hacia A.

También cuando el aire llega por Y se obtura la conexión X y pasa de Y hacia A. Por otra parte

cuando el aire regresa, es decir procede de A, cuando se elimina el aire de un cilindro o una

válvula, la bola permanece en la posición en que se encontraba permitiendo su paso hacia X o Y.

32

Esta válvula se denomina también “elemento O (OR)”; aísla las señales emitidas por dos válvulas

de señalización desde diversos lugares e impide que el aire escape por una segunda válvula de

señalización. Se utiliza también cuando se desea mandar un cilindro o una válvula de gobierno

desde dos o más puntos

Ejemplo: se desea que el vástago de un cilindro de doble efecto salga cuando se accione

una de las dos válvulas de señal que piloten la válvula de mando 1V1. Este sistema se

dice que posee un mando indirecto mientras que en el anterior el mando es directo

2.3. Válvula de simultaneidad (válvula “y”; función lógica “and”)

Esta válvula tan solo se abre cuando recibe señales simultáneas de dos lugares diferentes. Esta

válvula tiene dos entradas X e Y, y una salida A (Figura 4-18). El aire comprimido puede pasar

únicamente cuando hay presión en ambas entradas. Una única señal de entrada en X ó Y

interrumpe el flujo, en razón del desequilibrio de fuerzas que actúan sobre la pieza móvil. Cuando

las señales están desplazadas cronológicamente, la última es la que llega a la salida A. Si las

33

señales de entrada son de una presión distinta, la mayor cierra la válvula y la menor se dirige hacia

la salida A.

Esta válvula se denomina también módulo “Y” o función lógica “and”. Se utiliza principalmente en

mandos de enclavamiento, funciones de control y operaciones lógicas.

Se emplea si se desea que un cilindro sea maniobrado cuando se reciban señales de aire

comprimido simultáneas desde dos puntos diferentes. Es el caso en que interesa por cuestiones de

seguridad que el operario tenga ocupadas sus dos manos al accionar un elemento que pudiera

dañarlas, o bien cuando se requiere que sucedan dos hechos simultáneamente

Al accionar las válvulas 1S1 y 1S2 se emiten señales X e Y hacia la válvula de simultaneidad 1V1 y

ésta deja pasar aire hacia el cilindro. Si solo se accionara una válvula, la 1S1 o la 1S2, la válvula de

simultaneidad 1V1 no permitiría que pasara a su través aire comprimido y por tanto el vástago del

cilindro no se desplazaría. Una resultado análogo se obtiene colocando las dos válvulas 1S1 y 1S2

en serie

34

3. Válvulas de Presión

Estas válvulas influyen principalmente sobre la presión, o están condicionadas por el valor que

tome aquélla. Entre ellas destacan las siguientes:

Válvulas reguladoras de presión

Válvulas limitadoras de presión

Válvulas de secuencia

3.1. Válvulas reguladoras de presión

Tiene la misión de mantener constante la presión en su salida independientemente de la presión

que exista a la entrada. Tienen como finalidad fundamental obtener una presión invariable en los

elementos de trabajo independientemente de las fluctuaciones de la presión que normalmente se

producen en la red de distribución. La presión de entrada mínima debe ser siempre, obviamente,

superior a la exigida a la salida.

Existen dos tipos, una con orificio de escape a la atmósfera y otra sin él, con las características que

a continuación se explican.

Regulador de presión con orificio de escape

Regulador de presión sin orificio de escape

3.1.1. Regulador de presión con orificio de escape

Esta válvula consta de una membrana con un orificio en su parte central presionada por

un muelle cuya fuerza puede graduarse desde el exterior; además dispone de un

estrechamiento en su parte superior que se modifica al ser desplazado un vástago por la

membrana, siendo a su vez retenido por un muelle.

La regulación de la presión se consigue de la manera siguiente. Si la presión de salida es

superior a la definida actúa sobre la membrana oprimiendo el muelle y dejando paso el

aire hacia el exterior a través del orificio de escape. Cuando se alcanza la presión de

consigna la membrana regresa a su posición normal cerrando el escape. El estrechamiento

de la parte superior tiene como finalidad producir la pérdida de carga necesaria entre la

entrada y la salida. El muelle que dispone esta válvula auxiliar tiene por objeto atenuar las

oscilaciones excesivas

35

3.1.2. Regulador de presión sin orificio de escape

La válvula sin orificio de escape es esencialmente igual a la anterior con la diferencia de

que al no disponer de orificio de escape a la atmósfera cuando se produce una

sobrepresión es necesaria que se consuma el aire para reducir la presión al valor de

consigna.

3.2. Válvula limitadora de presión

Estas válvulas se abren y dejan pasar el aire en el momento en que se alcanza una presión

de consigna. Se disponen en paralelo y se utilizan, sobre todo, como válvulas de seguridad,

no admiten que la presión en el sistema sobrepase un valor máximo admisible. Al alcanzar

en la entrada de la válvula el aire una determinada presión, se abre la salida y el aire sale a

la atmósfera. La válvula permanece abierta hasta que el muelle, una vez alcanzada la

36

presión ajustada, cierra de nuevo el paso. Algunas válvulas disponen de un enclavamiento

que requiere una actuación exterior para proceder de nuevo a su cierre.

3.3. Válvula de secuencia

Su funcionamiento es muy similar al de la válvula limitadora de presión, la diferencia estriba que

en vez de salir el aire a la atmósfera al alcanzarse la presión de consigna, deja pasar el aire para

realizar un determinado cometido.

El aire no circula de P(1) hacia la salida A(2), mientras que en el conducto de mando Z no se

alcanza una presión de consigna. Un émbolo de mando abre el paso de P hacia A

Estas válvulas se montan en mandos neumáticos que actúan cuando se precisa una presión fija

para un fenómeno de conmutación

37

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UNA VÁLVULA DE SECUENCIA

Cuando el operario pulsa 1S1, se pilota el lado izquierdo de 1V1 y el aire pasa a la cámara izquierda

de 1A saliendo su vástago. Cuando el aire llega a su fin de carrera se incrementa la presión en el

conducto hasta que alcanza un valor con el que se abre la válvula de secuencia 0Z2, que deja pasar

el aire, se pilota el lado derecho de 1V1, penetra aire en la cámara derecha de 1A y el vástago

penetra.

4. Válvulas de caudal y de cierre

Estas válvulas tienen como finalidad regular el caudal que las atraviesan y con ello controlar la

velocidad de los vástagos de los cilindros. Lo anterior se consigue estrangulando la sección de

paso, de manera similar a una simple estrangulación descrita más arriba. Estas válvulas lo que

producen es una pérdida de carga y ésta conduce a reducir el caudal. Es frecuente que la sección

de paso pueda ser modificada desde el exterior

38

4.1. Válvulas reguladora de caudal

Se trata de un bloque que contiene una válvula de estrangulación en paralelo con una válvula

antirretorno. La estrangulación, normalmente regulable desde el exterior, sirve para variar el

caudal que lo atraviesa y , por lo tanto, para regular la velocidad de desplazamiento del vástago de

un cilindro. También se conoce por el nombre de regulador de velocidad o regulador

unidireccional. La válvula antirretorno cierra el paso del aire en un sentido y el aire ha de circular

forzosamente por la sección estrangulada. En el sentido contrario, el aire circula libremente a

través de la válvula antirretorno abierta (figura 4-25). Las válvulas antirretorno y de estrangulación

deben montarse lo más cerca posible de los cilindros.

Se utilizan para aminorar y regular la velocidad del vástago de un cilindro, de simple o doble

efecto. Según como se disponga la válvula antirretorno se consigue regular la velocidad del

vástago en uno u otro sentido. En la Figura 4-26 se muestran esquemas correspondientes a la

regulación de un cilindro de simple efecto donde se controla la velocidad del vástago en su salida y

entrada respectivamente.

Regulación de la velocidad del vástago en su salida o entrada

39

Regulación de la velocidad del vástago en su entrada y salida

Regulación de un cilindro de doble efecto

40

Circuitos Neumáticos

Un circuito neumático es un conjunto de actuadores, válvulas y conductos que combinados de una

forma determinada son capaces de cumplir una misión específica.

Diagrama Espacio - Fase

El funcionamiento de un circuito neumático se representa con bastante acierto mediante el

diagrama espacio – fase, donde se resalta gráficamente cada evento del funcionamiento del

circuito y la posición de cada elemento en cada situación

41

Las diferentes posiciones de cada elemento se representa en una franja horizontal con dos o más

líneas horizontales, las cuales indican las distintas posibilidades posicionales de aquél, que en un

buen porcentaje de los casos es tan sólo de dos. En dicha franja se trazan líneas verticales a

distancias iguales con las que se resaltan los sucesos o discontinuidades de funcionamiento de

cada elemento, denominadas fases.

42

Ejercicios diversos

Ejercicio 01:

A) Accionamiento directo de un cilindro de simple efecto y doble efecto

B) Accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto y doble efecto

2

1 3

4 2

5

1

3

AB

Accionamiento directo

A) Cilindro de simple efecto B) Cilindro de doble efecto

2

1 3

A B

Accionamiento indirecto

A) Cilindro de simple efecto B) Cilindro de doble efecto

2

1 3

4 2

5

1

3

2

1 3

43

Ejercicio 02:

Control de un cilindro doble efecto con doble pulsador para avance y retroceso y una válvula 5/2

de doble piloteado para el direccionamiento del cilindro

Ejercicio 03:

Retorno automático de un cilindro de doble efecto, desde dos puntos diferentes 1S1 y 1S2, usando

válvula selectora

A

4 2

5

1

32

1 3

2

1 3Adelante Atras

A

4 2

5

1

3

2

1 3

2

1 31S1 1S2

1 1

2

2

1 3

1S3

1S3

44

Ejercicio 04:

Control indirecto de un cilindro doble efecto con doble pulsador para avance y retroceso y una

válvula 5/3 de doble piloteado para el anclaje del cilindro en diferentes posiciones

A

4 2

5

1

3

2

1 31S1

1S2

2

1 3

1S3 1S4

40%

40%

45

APLICACIÓN 01:

APLICACIÓN DE LA NEUMATICA A LA DISTRIBUCION DE CAJAS EN UNA FAJA

TRANSPORTADORA

La cinta de rodillos debe poderse girar, a deseo, mediante un pulsador. Al soltar éste, la cinta

debe permanecer en la posición adoptada

Al accionar la válvula 1 (DER), la Válvula De Impulsos 5/2 se invierte por la entrada de pilotaje Z.

El cilindro de doble efecto desplaza la bancada de la cinta de rodillos a la segunda posición. Esta

se conserva hasta que se da la siguiente señal por medio de la válvula 2 (IZQ)

46

SOLUCION

CIRCUITOS NEUMATICO

DIGRAMA DE ESTADO

4 2

5

1

3

2

1 3

DER

IZQ

2

1 3

1S3

1S31S2

2

1 3

CILINDRO A

IV1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

20

40

60

80

100

CILINDRO ADesplazamiento

mm

0

a

DERPosición de conmutación

0

a

IZQPosición de conmutación

Marca Valor de la magnitud

47

APLICACIÓN 02:

APLICACIÓN DEL PROCESO DE UNA CUCHARA DE COLADA CON LIMITACION

DE VELOCIDAD Y ELIMINACION DE INTERFERENCIA EN UN DETERMINADO

PROCESO

PLANTEAMIENTO:

El proceso a resolver consiste en extraer un caldo de una cubeta mediante una cuchara especial,

cuyo mango tiene una canaleta por donde pueda circular aquél. Se diseña el proceso de tal

manera que cuando el vástago del cilindro se encuentre en su posición anterior, la cuchara esté

introducida en el caldo, mientras que si su disposición es la posterior la cuchara se encontrará

fuera. Mediante un pulsador ha de hacerse bajar lentamente la cuchara, ésta ha de levantarse

lentamente, en principio por inversión automática de la marcha

ACCIONAMIENTO DE UNA CUCHARA DE COLADA

48

SOLUCION

CIRCUITOS NEUMATICO PARA EL ACCIONAMIENTO DE UNA CUCHARA DE

COLADA

DIGRAMA DE ESTADO DEL SISTEMA PROPUESTO EN CICLO CONTINUO

4 2

5

1

3

2

1 3

S W

2

1 3

1S3

1S31S2

CILINDRO A

IV1

2

1 3

1S2

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

20

40

60

80

100

CILINDRO ADesplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

49

APLICACIÓN 03:

APLICACIÓN DE NEUMATICA A UN DESPLAZADOR DE PIEZAS A UN PLANO

INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS:

SECUENCIA A+, B+, A-, B-

PLANTEAMIENTO:

Mediante un mecanismo de avance se recoge piezas de un cargador para desplazarlas hacia un

plano inclinado.

El cilindro 1.0 (CILINDRO A) retira las piezas del cargador y el cilindro 2.0 (CILINDRO B) las desplaza

hacia el plano inclinado.

El vástago del cilindro B deberá retroceder cuando el cilindro A ya se encuentre en su posición

normal.

El ciclo de trabajo deberá empezar actuando sobre un pulsador.

La posición de los vástagos es consultada mediante interruptores de finales de carrera

La secuencia propuesta es: A+, B+, A-, B-

50

SOLUCIÓN

CIRCUITOS NEUMATICO

DIGRAMA DE ESTADO

4 2

5

1

3

2

1 3

S W

A0 A1

CILINDRO A

IV1

2

1 3

A1

4 2

5

1

3

B0 B1

CILINDRO B

2V1

SECUENCIA A+ B+ A- B-

2

1 3

B1

2

1 3

A0

2

1 3

B0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20

40

60

80

100

CILINDRO ADesplazamiento

mm

20

40

60

80

100

CILINDRO BDesplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

51

APLICACIÓN 04:

APLICACIÓN DE NEUMATICA AL PROCESO DE FRESADO, MEDIANTE

MOVIMIENTOS COORDINADOS: SECUENCIA A+, B+, B-, A-:

Se trata de hacer una ranura en marcos de madera por medio de una fresadora. El marco

de madera es sujetado con un cilindro 1A, el avance de la mesa de la fresadora se efectúa con

una unidad de avance neumática – hidráulica 2ª (figura 5-20). La secuencia del proceso es

1A+,2A+, 2A-, 1A-; …, tal como se muestra en el diagrama adjunto. Siguiendo el método intuitivo

un primer circuito podría ser el que se encuentra esquematizado en la figura 5-21

52

CIRCUITO NEUMATICO

DIAGRAMA DE ESTADO

4 2

5

1

3

2

1 3S W

A0 A1

CILINDRO A

IV1

4 2

5

1

3

B0 B1

CILINDRO B

2V1

SECUENCIA A+ B+ B- A-

2

1 3

B1

2

1 3

A0

2

1 3

A1

2

1 3

B0

4 2

5

1

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20

40

60

80

100

ADesplazamiento

mm

20

40

60

80

100

BDesplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

53

ELECTRONEUMATICA

INTRODUCCION La neumática básica o pura, como se ha explicado anteriormente, produce la fuerza mediante los

actuadores o motores neumáticos, lineales o rotativos, pero además el gobierno de éstos y la

introducción de señales, fines de carrera, sensores y captadores, se efectúa mediante válvulas

exclusivamente neumáticas, es decir el mando, la regulación y la automatización se realiza de

manera totalmente neumática.

Pues bien, esta manera de proceder se reserva a circuitos neumáticos muy sencillos y a casos en

que, por cuestiones de seguridad, no se pueden admitir elementos eléctricos

En la electroneumática los actuadores siguen siendo neumáticos, los mismos que en la neumática

básica, pero las válvulas de gobierno mandadas neumáticamente son sustituidas por

electroválvulas activadas con electroimanes en lugar de pilotadas con aire comprimido. Las

electroválvulas son convertidores electroneumáticos que transforman una señal eléctrica en una

actuación neumática. Por otra parte los sensores, fines de carrera y captadores de información son

elementos eléctricos, con lo que la regulación y la automatización son, por tanto, eléctricas

o electrónicas.

Las ventajas de la electroneumática sobre la neumática pura son obvias y se concretan en la

capacidad que tienen la electricidad y la electrónica para emitir, combinar, transportar y

secuenciar señales, que las hacen extraordinariamente idóneas para cumplir tales fines. Se suele

decir que la neumática es la fuerza y la electricidad los nervios del sistema.

ENTRADAS DE SEÑAL

Estos elementos tienen el cometido de introducir las señales eléctricas procedentes de diferentes

puntos con distintos tipos y tiempos de accionamiento. Cuando el control de tales

elementos sucede por la unión de contactos eléctricos, se habla de mando por contacto, en caso

contrario de mando sin contacto o electrónico.

En cuanto a la función se distingue entre los de contacto de cierre, de apertura y de conmutación.

El contacto de cierre tiene el cometido de cerrar un circuito, el de apertura ha de abrirlo y el

de conmutación abre y cierra dos circuitos respectivamente

54

55

FINALES DE CARRERA Cuando un vástago de un cilindro o bien una determinada pieza movida por él alcanzan una

determinada posición, normalmente su fin de carrera, anterior o posterior, activan

frecuentemente un elemento, denominado final de carrera que a su vez actuará sobre otro

elemento. Estos finales de carrera pueden activarse por contacto mediante una actuación

mecánica o bien sin contacto con otros medios.

En la elección de tales elementos introductores de señales es preciso atender especialmente

la solicitación mecánica, la seguridad de contacto y la exactitud del punto de conmutación.

En su ejecución normal estos interruptores de fin de carrera son conmutadores. En

ejecución especial son posibles otras combinaciones de conexión.

FINALES DE CARRERA MECÁNICOS El accionamiento del final de carrera se realiza por una pieza sobre un taqué, leva, palanca,

rodillo, rodillo articulado o elemento similar. En la figura 6-7 se observa un ejemplo

56

FINALES DE CARRERA SIN CONTACTO

Pueden ser magnéticos, inductivos, capacitivos y ópticos. La conexión puede ser de dos o tres

hilos. Dentro de las conexiones de 3 hilos podemos distinguir dos tipos de sensores: PNP o NPN,

según su composición electrónica.

Para su conexión basta con tener en cuenta la forma de conexionado que será según la figura

siguente.

En las versiones de 2 hilos el cable marrón se conecta a 24V+ mientras que el azul o negro va

conectado a la carga (relé, entrada del autómata, etc.). El símbolo es el representado en la figura.

CONTACTO MAGNETOSENSIBLE (TIPO REED)

Pueden ser magnéticos, inductivos, capacitivos y ópticos. La conexión puede ser de dos o tres

hilos. Dentro de las conexiones de 3 hilos podemos distinguir dos tipos de sensores: PNP o NPN,

según su composición electrónica.

Para su conexión basta con tener en cuenta la forma de conexionado que será según la figura

siguiente.

En las versiones de 2 hilos el cable marrón se conecta a 24V+ mientras que el azul o negro va

conectado a la carga (relé, entrada del autómata, etc.). El símbolo es el representado en la figura. En un bloque de resina sintética están inyectados dos contactos, junto con un tubito de

vidrio lleno de gas protector. Por la proximidad de un émbolo u otro elemento con un

imán

57

permanente, los extremos de las lengüetas solapadas de contacto se atraen y conectan. El

alejamiento del imán produce la separación de las lengüetas de contacto. Obviamente se podría

alojar un contacto de apertura o un conmutador.

SENSORES DE PROXIMIDAD

Son sensores que se emplean de forma genérica para la detección de la presencia de material. En

neumática y oleohidráulica suelen ser utilizados como fin de carrera de los vástagos de los

cilindros. Envían una señal eléctrica, normalmente de 24 V de corriente continua cuando detectan

algún material en su proximidad

Los tres tipos básicos son: inductivos, capacitivos y ópticos.

SENSORES INDUCTIVOS Son sensores que advierten la presencia de un material metálico. Los componentes más

importantes de un sensor de proximidad inductivo son un oscilador (circuito resonante LC), un

rectificador demodulador, un amplificador biestable y una etapa de salida

58

SENSORES INDUCTIVOS El campo magnético, que es dirigido hacia el exterior, es generado por medio del núcleo de ferrita

semiabierto de una bobina osciladora y de un apantallado adicional. Esto crea un área

limitada a lo largo de la superficie activa del sensor de proximidad inductivo, la cual se conoce

como zona activa de conmutación

Por medio de los sensores de proximidad inductivos, solo pueden detectarse materiales

conductores de electricidad

59

Símbolo de un sensor inductivo. A la derecha conexión PNP y a la izda. NPN

SENSORES CAPACITIVOS Estos sensores detectan la presencia de cualquier material. El principio de funcionamiento de un

sensor de proximidad capacitivo, está basado en la medición de los cambios de capacitancia

eléctrica de un condensador en un circuito resonante RC, ante la aproximación de cualquier

material. Además se componen igual que en el caso del inductivo de un rectificador demodulador,

un amplificador biestable y una etapa de salida

60

SENSORES CAPACITIVOS

El campo magnético, que es dirigido hacia el exterior, es generado por medio del núcleo de ferrita

semiabierto de una bobina osciladora y de un apantallado adicional. Esto crea un área

limitada a lo largo de la superficie activa del sensor de proximidad inductivo, la cual se conoce

como zona activa de conmutación

SENSORES ÓPTICOS Los sensores de proximidad ópticos utilizan medios ópticos y electrónicos para la detección

de objetos. Para ello se utiliza luz roja o infrarroja. Los diodos semiconductores emisores de luz

(LEDs) son una fuente particularmente fiable de luz roja e infrarroja. Son pequeños y

robustos, tienen una larga vida útil y pueden modularse fácilmente. Los fotodiodos y

fototransistores se utilizan como elementos receptores. Cuando se ajusta un sensor de proximidad

óptico, la luz roja tiene la ventaja frente a la infrarroja de que es visible. Además pueden utilizarse

fácilmente cables de fibra óptica de polímero en la longitud de onda del rojo, dada su

baja atenuación de la luz. La luz infrarroja (invisible) se utiliza en ocasiones en las que se requieren

mayores prestaciones, por ejemplo, para cubrir mayores distancias. Además, la luz infrarroja es

menos susceptible a las interferencias (luz ambiental)

Los sensores de proximidad ópticos consisten básicamente en dos partes principales: el emisor y

el receptor. El emisor y el receptor pueden hallarse instalados en un cuerpo común

(sensores de reflexión directa y de retrorreflexión), o en cuerpos separados (sensores de barrera).

Los sensores de barrera se componen de un emisor y un receptor. Los sensores de retroreflexión

Electroneumática necesitan reflejar el rayo de luz en un retrorreflector (“espejo”). Los sensores de

reflexión directa reflejan el rayo en el objeto a detectar, por lo tanto no se podrán utilizar con

61

elementos de baja reflexión (plástico negro mate, goma negra, materiales oscuros con

superficies rugosas). La simbología de estos sensores se puede observar en la figura siguiente.

Normalmente envían señal cuando un objeto interrumpe el rayo de luz entre el emisor y el

receptor (retorreflexión o barrera) o cuando un cuerpo refleja el rayo (reflexión directa)

CONVERTIDOR DE SEÑAL NEUMÁTICO – ELÉCTRICO El convertidor neumático – eléctrico transforma una señal neumática en otra eléctrica

(figura 6-16). Con frecuencia recibe el nombre de presostato cuando la presión es por encima de la

atmosférica y vacuostato cuando la presión es por debajo de la atmosférica. El funcionamiento es

simple: cuando la fuerza de presión vence la fuerza del muelle tarado mediante un tornillo, se

realiza un contacto eléctrico

62

RELÉS Los relés son elementos que conectan y mandan con un coste energético relativamente bajo; se

aplican preferentemente al procesamiento de señales.

El relé se puede contemplar como un interruptor accionado electromagnéticamente, para

determinadas potencias de ruptura

En la práctica existen múltiples y diferentes tipos de relés, sin embargo el principio de

funcionamiento es idéntico en todos los casos

Aplicando tensión a la bobina (entre A1 y A2), circula corriente eléctrica por el

enrollamiento (5) y se crea un campo magnético, por lo que la armadura (3) es atraída al núcleo

(7) de la bobina. Dicha armadura, a su vez, está unida mecánicamente a los contactos (1, 2, 4), que

se abren o cierran. Esta posición de conexión durará, mientras esté aplicada la tensión, una

vez eliminada se desplaza la armadura a la posición inicial, debido a la fuerza del resorte (6).

63

En la práctica se utilizan símbolos para los relés, para facilitar mediante una representación sencilla la lectura de esquemas de circuitos

64

APLICACIÓN 05: APLICACIÓN DE NEUMATICA A UN DESPLAZADOR DE PIEZAS A UN PLANO

INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS Y MEMORIA

NEUMATICA: SECUENCIA A+, B+, A-, B-

PLANTEAMIENTO:

Mediante un mecanismo de avance se recoge piezas de un cargador para desplazarlas hacia un

plano inclinado.

El cilindro 1.0 (CILINDRO A) retira las piezas del cargador y el cilindro 2.0 (CILINDRO B) las desplaza

hacia el plano inclinado.

El vástago del cilindro B deberá retroceder cuando el cilindro A ya se encuentre en su posición

normal.

El ciclo de trabajo deberá empezar actuando sobre un pulsador.

La posición de los vástagos es consultada mediante sensores inductivos

La secuencia propuesta es: A+, B+, A-, B-

CIRCUITO ELECTRONEUMATICO

4 2

5

1

3

1Y1 1Y2

1S1 1S2

SECUENCIA A+, B+, A-, B-

4 2

5

1

3

2Y1 2Y2

2S1 2S2

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

20

40

60

80

100

Desplazamiento

mm

20

40

60

80

100

Desplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

+24V

0V

ADE

3

4

K1

A1

A2

K2

A1

A2

K1

3

4

2Y1

K2

3

4

1Y2

K3

3

4

1Y1 2Y2

K4

3

4

2S1 1S2

K3

A1

A2

2S2

K4

A1

A2

1S1

1 3 5 7 8 10 11 12 13

10 11 12 13

25

APLICACIÓN 06: APLICACIÓN DE ELECTRONEUMATICA A UN DESPLAZADOR DE PIEZAS A UN

PLANO INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS Y MEMORIA

ELECTRICA: SECUENCIA A+, B+, A-, B-

PLANTEAMIENTO:

Mediante un mecanismo de avance se recoge piezas de un cargador para desplazarlas hacia un

plano inclinado.

El cilindro 1.0 (CILINDRO A) retira las piezas del cargador y el cilindro 2.0 (CILINDRO B) las desplaza

hacia el plano inclinado.

El vástago del cilindro B deberá retroceder cuando el cilindro A ya se encuentre en su posición

normal.

El ciclo de trabajo deberá empezar actuando sobre un pulsador.

La posición de los vástagos es consultada mediante sensores inductivos

La secuencia propuesta es: A+, B+, A-, B-

SOLUCION

66

4 2

5

1

3

1Y

1S1 1S2

SECUENCIA A+, B+, A-, B-

4 2

5

1

3

2Y

2S1 2S2

+24V

0V

ADE

3

4

K1

A1

A2

K1

3

4

1Y

K1

3

4

K1

3

4

K2

A1

A2

K2

3

4

2Y

K2

3

4

K3

A1

A2

K3

1

2

K2

3

4

K3

3

4

K4

A1

A2

K4

1

2

2S1

K2S1

A1

A2

K2S1

3

4

1S2

3

4

2S2 1S1

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

20

40

60

80

100

Desplazamiento

mm

20

40

60

80

100

Desplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

1 3 4 5 6 7 9 11 12

3 4

5

11

6

7

12

93 5

67

APLICACIÓN 07: APLICACIÓN DE ELECTRONEUMATICA AL PROCESO DE FRESADO, MEDIANTE

MOVIMIENTOS COORDINADOS: SECUENCIA A+, B+, B-, A-

Se trata de hacer una ranura en marcos de madera por medio de una fresadora. El marco

de madera es sujetado con un cilindro 1A, el avance de la mesa de la fresadora se efectúa con

una unidad de avance neumática – hidráulica 2ª (figura 5-20). La secuencia del proceso es

1A+,2A+, 2A-, 1A-; …, tal como se muestra en el diagrama adjunto. Siguiendo el método intuitivo

un primer circuito podría ser el que se encuentra esquematizado en la figura 5-21

SOLUCION

68

SECUENCIA A+, B+, B-, A-

4 2

51

3

1Y1 1Y2

A

4 2

51

3

2Y1 2Y2

B

1S1 1S2 2S1 2S2

+24V

0V

K1

A1

A2

1Y1

3

4K1

3

4

K1

1

2

K1

3

4

KS2

3

4

2Y1 2Y2

KS4

1

2

KS3

3

4

1Y2

KS1

3

4

1S1

KS1

A1

A2

1S2

KS2

A1

A2

2S1

KS3

A1

A2

2S2

KS4

A1

A2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20

40

60

80

100

ADesplazamiento

mm

20

40

60

80

100

Desplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

1 3 5 7 9 10 11 13

9 12 14 9 10

11

13

69

HIDRÁULICA Y ELECTROHIDRÁULICA

INTRODUCCION

La hidráulica es la ciencia que forma parte la física y comprende la transmisión y regulación de

fuerzas y movimientos por medio de los líquidos. Cuando se escuche la palabra “hidráulica” hay

que remarcar el concepto de que es la transformación de la energía, ya sea de mecánica ó

eléctrica en hidráulica para obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el

proceso.

Etimológicamente la palabra hidráulica se refiere al agua

Hidros – agua Aulos - flauta.

Algunos especialistas que no emplean el agua como medio transmisor de

energía, sino que el aceite han establecido los siguientes términos para

establecer la distinción

Oleodinámica , Oleohidráulica u Oleólica

Hidráulica: Conceptos Básicos

Definiciones:

Fluido: Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas

neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo".

Sistema de transmisión de energía Neumática e Hidráulica.

Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través del aire

comprimido y la circulación de aceite en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes

grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura siguiente

70

71

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA NEUMÁTICA E HIDRÁULICA.

Comenzando desde la izquierda de] diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de

Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Neumática ylo Hidráulica.

Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o compresor, a

cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión.

En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización.

A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una

reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor neumático o

hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de

potencia a la salida del motor o cilindro.

Leyes físicas relativas a los fluidos

Hay infinidad de leyes físicas relativas al comportamiento de los fluidos, muchas de ellas son

utilizadas con propósitos científicos o de experimentación, nosotros nos limitaremos a estudiar

aquellas que tienen aplicación práctica en nuestro trabajo.

Ley de Pascal.

La ley más elemental de la física referida a la hidráulica y neumática fue descubierta y formulada

por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de Pascal, que dice:

"La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace

formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".

La figura siguiente ilustra la Ley de Pascal.

72

El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y

perpendicularmente a las paredes.

La figura siguiente (1.2) ilustra la Ley de Pascal.

El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y

perpendicularmente a las paredes.

La figura 1-3 muestra la sección transversal de un recipiente de forma irregular, que tiene paredes

rígidas El fluido confinado en el ejerce la misma presión en todas las direcciones, tal como lo

indican las flechas. Si las paredes fueran flexibles, la sección asumiría forma circular. Es entonces la

Ley de Pascal que hace que una manguera contra incendios asuma forma cilíndrica cuando es

conectada al suministro

Ley Boyle

La relación básica entre la presión de un gas y su volumen esta expresada en la Ley

de Boyle que establece:

"La presión absoluta de un gas confinado en un recipiente varia en forma inversa a su volumen,

cuando la temperatura permanece constante."

Para la resolución de problemas, la Ley de Boyle se escribe de la siguiente forma:

73

En estas fórmulas, P1 y V1 son la presión y volumen inicial de un gas, y P2 y V2 la presión y

Volumen después de que el gas haya sido comprimido o expandido

Importante : Para aplicar esta fórmula es necesario emplear valores depresión "absoluta" y no

manométrica

La presión absoluta es la presión que ejerce el aire atmosférico que es igual a 1,033 Kp /cm² = 1

atmósfera (kilogramo fuerza por centímetro cuadrado).

Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle. En la figura 1-4 A, 40 cm³ de gas están contenidas en

un recipiente cerrado a una presión P. En la figura 1-4B el pistón se ha movido reduciendo el

volumen a 20 cm³, provocando un incremento de la presión 2P.

En la figura 1-4 C el pistón a comprimido el gas a 10 cm³ , provocando un incremento de cuatro

veces la presión original 4P.

Existe entonces una relación inversamente proporcional entre el volumen y la presión de un gas

siempre que la temperatura se mantenga constante, y que las lecturas de presión sean "absolutas"

es decir referidas al vacío perfecto.

74

La Ley de Boyle, describe el comportamiento de un gas llamado "perfecto".

El aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a presiones

menores de 70 Kg/cm² y los cálculos empleando la Ley de Boyle ofrecen resultados aceptables.

No ocurre lo mismo con ciertos gases, particularmente de la familia de los hidrocarburos como el

propano y etileno.

Calculo.

Partiendo con 40 cm³ de gas confinado a una presión manométrica de 3 Kg/cm² , fig. 1-5 A, cual

será la presión final después de que el gas haya sido comprimido a un volumen cuatro veces

menor ? .

Primero convertiremos la presión manométrica en absoluta: 3 + 1,033 = 4,033 Kp/cm².

A continuación aplicaremos la ley de Boyle: Sí el volumen se redujo a 1/4, la presión se habrá

multiplicado por 4 es decir: 4,033 x 4 = 16,132 Kp/cm² (absoluta).

Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manométrica:

16,132 - 1,033 = 15,099 Kp/cm²

Ley de Charles.

Esta ley define la relación existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presión o

ambas.

Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemática y científica, y su campo de

aplicación es reducido en la práctica diaria. La ley establece que:

75

«Si la temperatura de un gas se incrementa, su volumen se incrementa en la misma proporción,

permaneciendo su presión constante, o si la temperatura del gas se incrementa, se incrementa

también su presión en la misma proporción, cuando permanece el volumen constante»

Para la solución de problemas deben emplearse valores de presión y temperatura "absolutos".

El efecto de la temperatura en los fluidos

Es bien conocido el efecto de expansión de líquidos y gases por aumento de la temperatura. La

relación entre la temperatura, volumen y presión de un gas podemos calcularla por la ley de

Charles.

La expansión del aceite hidráulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas condiciones

por ejemplo un cilindro hidráulico lleno de aceite en una de sus cámaras y desconectado mediante

acoplamientos rápidos de la línea de alimentación, no presenta lugar para una expansión cuando

es expuesto al calor.

La presión interna puede alcanzar valores de 350 Kg/cm² y aun 1.400 Kg/cm² dependiendo del

incremento de temperatura y características del cilindro

Compresibilidad de los Fluidos. Todos los materiales en estado gaseoso, liquido o sólido son compresibles en mayor o menor

grado. Para las aplicaciones hidráulicas usuales el aceite hidráulico es considerado incompresible,

si bien cuando una fuerza es aplicada la reducción de volumen será de 1/2 % por cada 70 Kg/cm²

de presión interna en el seno del fluido

76

De la misma forma que los diseñadores de estructuras deben tener en cuenta el comportamiento

del acero a la compresión y elongación, el diseñado hidráulico en muchas instancias debe tener en

cuenta la compresibilidad de los líquidos, podemos citar como ejemplo, la rigidez en un

servomecanismo, o el cálculo del volumen de descompresión de una prensa hidráulica para

prevenir el golpe de ariete

Transmisión de Potencia La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisión de potencia en los sistemas

neumáticos e hidráulicos. Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La

presión interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B.

Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la

fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A,

asumiendo que los diámetros de A y B son iguales.

77

La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente

de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias

mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados.

Presión Hidráulica.

La presión ejercida por un fluido es medida en unidades de presión. Las unidades comúnmente

utilizadas son :

La libra por pulgada cuadrada = PSI

El Kilogramo por centímetro cuadrado = Kg/cm²

El Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado = Kp/cm²

El bar = bar

Existiendo la siguiente relación aproximada :

Kg /cm² ~ Kp/cm² ~ bar

En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vástago de un pistón se distribuye

sobre toda la superficie de este. Por ello para encontrar la presión que se desarrollará en el seno

de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistón

78

Este principio tiene carácter reversible , en la figura 1-11 la presión interna del fluido actuando

sobre el área del pistón produce una fuerza de empuje en el extremo del vástago

Cañerías de Servicio.

Estas cañerías o "bajadas" constituyen las alimentaciones a los equipos y dispositivos y

herramientas neumáticas, en sus extremos se disponen acoplamientos rápidos y equipos de

protección integrados por filtros, válvula reguladora de presión y lubricador neumático. Su

dimensión debe realizarse de forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 m/segundo.

Cañerías de Interconexión:

El dimensionado de estas tuberías no siempre se tiene en cuenta y esto ocasiona serios

inconvenientes en los equipos, dispositivos y herramientas neumáticas alimentados por estas

79

líneas. Teniendo en cuenta que estos tramos de tubería son cortos podemos dimensionarlos para

velocidades de circulación mayores del orden de los 20 m/seg.

Caída de Presión en tuberías

Es importante recordar que la perdida de presión en tuberías "solo" se produce cuando el fluido

esta en "movimiento" es decir cuando hay circulación. Cuando esta cesa, caso de la figura 1-23 las

caídas de presión desaparecen y los tres manómetros darán idéntico valor.

Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapón del extremo aparecerán perdidas de

presión por circulación que podemos leer en los manómetros de la Fig.1-24. Cuando mas larga sea

la tubería y mas severas las restricciones mayores serán las perdidas de presión.

Si quitamos las restricciones una gran proporción de la perdida de presión desaparece. En un

sistema bien dimensionado, la perdida de presión natural a través de la tubería y válvulas será

realmente pequeña como lo indican los manómetros de la Fig.1-25

80

CAÍDA DE PRESIÓN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA.

Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo

ciclo de trabajo de una prensa.

Se pueden efectuar grandes economías, cuando las necesidades de máxima fuerza a desarrollar

por la prensa, son necesarias únicamente en condiciones estáticas, o a través de muy cortas

carreras.

Las válvulas y tuberías se subdimensionan a propósito por razones económicas, pero en la

operación de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales. Esto es cierto ya que se basa en el

principio ya visto de que no hay caídas de presión cuando no existe circulación. He aquí como

opera:

El cilindro recibe fluido hidráulico desde la bomba y se mueve libremente. La restricción en la línea

representa la resistencia a la circulación a través de válvulas y tuberías subdimensionadas. Esta

restricción no reduce el volumen de aceite procedente de la bomba hidráulica de desplazamiento

positivo, tal como veremos al estudiar estos elementos

81

La restricción en cambio consume una buena proporción de la presión que es capaz de desarrollar

la bomba, pero esto no tiene importancia porque solamente una muy pequeña presión es

necesaria para mover el cilindro en su carrera libre

En este diagrama el cilindro llega a su posición de trabajo. Cuando el cilindro se detiene cesa la

circulación de fluido a través de las válvulas y tubería y la caída de presión desaparece del sistema.

Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a pesar de lo pequeño de las válvulas y tuberías.

Estas figuras son diagramas en bloque en la realidad cuando el cilindro se detiene, todo el caudal

de la bomba es descargado a tanque a través de una válvula de alivio no mostrada en la figura 1-

29

Hidráulica : Tanques y depósitos , accesorios , circuitos hidráulicos

La mayoría de los sistemas hidráulicos de tamaño pequeño a mediano utilizan los tanques o

depósitos como base de montaje para la bomba, motor eléctrico, válvula de alivio, y a menudo

otras válvulas de control. Este conjunto se llama. "Unidad de bombeo", "Unidad Generada de

Presión" etc.

82

La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspección. Cuando esta no es la

lateral y constituye la parte superior del tanque lleva soldadas cuplas para recibir la conexión de

tuberías de retorno y drenaje. Se colocan guarniciones alrededor de las tuberías que pasan a

través de la tapa para eliminar la entrada de aire.

El tanque se completa con un indicador de nivel, un filtro de respiración que impide la entrada de

aire sucio

La posición de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig.2-7). En primer lugar

establecer la separación entre la línea de succión y la descarga de retorno

En segundo lugar la capacidad de radiación de temperatura del tanque puede ser incrementada si

el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo

muestra la figura 2-7.

83

Para sistemas corrientes el tamaño del tanque debe ser tal que el aceite permanezca en su interior

de uno a tres minutos antes de recircular. Esto quiere decir que sí el caudal de la bomba es de 60

litros por minuto, el tanque debe tener una capacidad de 60 a 180 litros. En muchas instalaciones,

la disponibilidad de espacio físico no permite el empleo de tanques de gran capacidad,

especialmente en equipos móviles. Las transmisiones hidrostáticas en lazo cerrado, constituyen

una excepción a la regla, ordinariamente emplean tanques relativamente pequeños.

Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a

menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas.

Accesorios para tanques

En la Fig.2-8 vemos un nivel visible para tanques, este elemento construido en plástico permite

que el operador no solo verifique el nivel sino también la condición de emulsión del aceite.

Tapa de llenado : el orificio de llenado debe ser cubierto por una tapa preferentemente retenida

por una cadena. En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa una coladera para filtrar el aceite que

se verterá hacia el tanque

84

Los depósitos hidráulicos están venteados a la atmósfera. Por ello la conexión de venteo debe

estar protegida por un filtro.

Cuando los sistemas operan en una atmósfera limpia puede emplearse un filtro de respiración de

bajo costo como el de la figura 2-10. Pero si se opera en atmósferas muy contaminadas deben

emplearse filtros de alta calidad capaces de retener partículas mayores de 10 micrones.

FILTROS

Coladera de Succión: La mayoría de las bombas utilizan para su protección un filtro destinado a

retener partículas sólidas en la aspiración La práctica usual cuando se emplean aceites minerales

estándar, es utilizar coladeras de malla metálica capaces de retener partículas mayores de 150

micrones. Cuando se emplean fluidos ignífugos que tienen un peso específico superior al aceite, es

preferible emplear coladeras de malla 60 capaces de retener partículas mayores de 200 micrones,

para evitar la cavitación de la bomba.

Con la introducción de bombas y válvulas con alto grado de precisión, operación a presiones

elevadas y altas eficiencias, el empleo de la coladera de aspiración no es protección suficiente para

el sistema, si se quiere obtener una larga vida del mismo.

El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no

también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y

orificios de las modernas válvulas y servo válvulas

85

La figura 2-11 no muestra un filtro micrónico que puede ser empleado en el retorno o el envío, el

elemento filtrante de papel impregnado en fibra de vidrio, metal sinterizado, u otros materiales

puede ser removido desenroscando el recipiente. Cuando la calda de presión a través del

elemento se incrementa, para evitar el colapso del mismo una válvula de retención se abre dando

paso libre al aceite.

Filtro en Línea.

Una configuración popular y económica es el filtro en línea de la figura 2-12 que también lleva

incluida una válvula de retención, su desventaja consiste en que hay que desmontar la tubería

para su mantenimiento.

En la línea de presión.

La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora

de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima

presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima

perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI.

86

En la linea de Retorno

En este punto Fig.2-14 puede emplearse un filtro de baja presión. Es una disposición Ideal cuando

trabajan válvulas de control de flujo en serie y el caudal de exceso se dirige vía la válvula de alivio

permanentemente a tanque. La máxima perdida de carga recomendada es de 2 PSI con el

elemento limpio.

El aceite que retorna del sistema puede pasar a través de un filtro cuando se dirige a tanque

CUIDADO: Cuando seleccione el tamaño de un filtro así , recuerde que el caudal de retorno puede

ser mucho mayor que el de la bomba, debido a la diferencia de secciones de ambos lados de los

cilindros

En el retorno por alivio

87

APLICACIÓN 08: APLICACIÓN DE LA HIDRÁULICA A LA DISTRIBUCION DE CAJAS EN UNA FAJA

TRANSPORTADORA B-, A-

La cinta de rodillos debe poderse girar, a deseo, mediante un Palanca. Al soltar éste, la cinta

debe permanecer en la posición adoptada

SOLUCION

88

1S21S1

A B

P T

A

Palanca

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

50

100

150

200

ADesplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

89

APLICACIÓN 09: APLICACIÓN DE UN SISTEMA ELECTROHIDRÁULICO AL MANDO Y CONTROL

DE UN CILINDRO CON RETORNO AUTOMÁTICO, APLICADO AL ESTAMPADO

DE PRENDAS

Con un troquel se deben estampar diferentes escalas en el cuerpo de la regla de cálculo.

La salida del troquel para estampar ha de tener lugar el accionar un pulsador. El retroceso

debe realizarse de manera automatica

Esquema de posición:

SOLUCION

90

1S21S1

A B

P T

1Y1 1Y2

A

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

50

100

150

200

ADesplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

+24V

0V

3

4

K1

3

4

1Y1K1

A1

A2

1S2

3

4

1Y2K2

A1

A2

K2

3

4

1S1

3

4

1 2 3 4

2 4

91

APLICACIÓN 10: APLICACIÓN DE ELECTROHIDRÁULICA A UN MANIPULADOR DE PIEZAS A

UN PLANO INCLINADO, MEDIANTE MOVIMIENTOS COORDINADOS,

SECUENCIA: A+, B+, A-, B-

PLANTEAMIENTO:

Mediante un mecanismo de avance se recoge piezas de un cargador para desplazarlas hacia un

plano inclinado.

El cilindro 1.0 (CILINDRO A) retira las piezas del cargador y el cilindro 2.0 (CILINDRO B) las desplaza

hacia el plano inclinado.

El vástago del cilindro B deberá retroceder cuando el cilindro A ya se encuentre en su posición

normal.

El ciclo de trabajo deberá empezar actuando sobre un pulsador.

La posición de los vástagos es consultada mediante sensores inductivos

La secuencia propuesta es: A+, B+, A-, B-

1S21S1

A B

P T

1Y1 1Y2

+24V

0V

3

4

K1

3

4

1Y1K1

A1

A2

2Y1

K2

3

4

2S1

3

4

2S22S1

A B

P T

2Y1 2Y2

A B

1S2

3

4

K2

A1

A2

2S2

3

4

K3

A1

A2

1Y2

K3

3

4

1S1

3

4

K4

A1

A2

2Y2

K4

3

4

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

50

100

150

200

ADesplazamiento

mm

50

100

150

200

BDesplazamiento

mm

Marca Valor de la magnitud

Cantidad Denominación de componentes

2 Cilindro doble ef ecto

2 Regla de distancia

2 Válv ula de 4/n v ías

2 Grupo motriz (simplif icado)

2 Tanque

1 Fuente de tensión (24V)

1 Fuente de tensión (0V)

1 Pulsador (Obturador)

8 Obturador

4 Solenoide de v álv ula

4 Relé

1 2 3 4 5 6 7 8

5 6 7 8

92