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Neumática básica
Tema 1. Actuadores Neumáticos 1. Cilindros NeumáticosCilindro de Simple Efecto
Cilindros de Doble Efecto
2. Cálculo de la Fuerza de los Cilindros Neumáti-
cos
3. Cálculo del Consumo de Aire de los Actuadores
Neumáticos
Tema 2. Válvulas de CaudalVálvula de Simultaneidad
Válvula Selectora
Válvulas Antirretorno
Válvula de Escape Rápido
Tema 3. Válvulas de Presión Reguladores de Presión
Válvula de Secuencia
Tema 4. Válvulas de VíasVálvula de 3/2 Vías de Accionamiento Mecánico; por Rodillo, Servopilotada
Válvula Temporizadora: Posición Normal De Bloqueo
Tema 5. AccesoriosFiltros
Lubricadores
Racores de Acero Maleable
Racores de ABS
Racores de tubería de cobre
Uniones de Tuberías
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Tema 1. Actuadores Neumáticos
Los mecanismos neumáticos, permiten desarrollar los trabajos a alta veloci-
dad, eficiencia y a bajo costo. En ese sentido, los actuadores neumáticos son
los que realizan directamente el trabajo, y están clasificados en dos grandes
grupos de acuerdo a su función: actuadores lineales y actuadores rotativos que
permiten realizar movimientos rotativos, lineales y giratorios.
Cabe anotar que el término actuador aplica para todos aquellos dispositivos
que cumplen la función de trabajo en los circuitos neumáticos; entre ellos des-
tacamos los cilindros y motores neumáticos.
1. Cilindros Neumáticos
Los cilindros son dispositivos motrices en los equipos neumáticos ya que trans-
forman la energía estática del aire a presión, en movimientos rectilíneos de
avance y retroceso. Este tipo de actuadores neumáticos tienen utilidades con-
siderables en el campo de la técnica de automatización. El posicionamiento,
montaje y manipulación, ya sea para elevar, alimentar, desplazar, posicionar o
cambiar de dirección, son ejemplos de su uso.
Las acciones que realizan los cilindros son las de empujar y tirar /o halar. Estos
realizan su mayor esfuerzo cuando empujan, ya que la presión actúa sobre la
cara del embolo que no lleva vástago y así se aprovecha la mayor superficie,
cumpliendo con el principio de que a mayor área mayor fuerza.
Algunas características a tener en cuenta en la selección de un actuador son
las siguientes:
-El principio de operación (doble efecto - simple efecto).
-Diámetro del émbolo.
-Longitud de la carrera de desplazamiento.
-Fuerza
-Velocidad del embolo
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Cilindro de Simple Efecto
Su característica principal es que puede producir movimiento solamente en un
solo sentido o dirección; por un lado recibe presión (puede ser la cámara del
lado del émbolo o la del vástago), el cilindro ejecuta un trabajo mecánico de
avance y su retorno puede darse por efecto de un muelle de reposición, o bien
por fuerza externa (carrera en vacío); debe tener además una conexión para
escape de aire.
Partes de un cilindro de simple efecto:
Tipos de cilindros de simple efecto
cilindros de émbolo, cilindros de membrana, cilindros de membrana enrollable.
Tapa posterior Embolo Resorte dereposición
Tapa anterior
Vástago
Conexión para entradadel aire comprimido
Junta anular
Cuerpo delcilindro
Orificio dedesaireación
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Cilindros de Doble Efecto
Partes de un Cilindro de Doble Efecto
Los requerimientos de fuerza, velocidades, durabilidad, montaje y dimensiona-
miento de los actuadores neumáticos tendrán que ser cumplidas por productos
encontrados en el mercado.
Las diferentes aplicaciones industriales exigen características especiales de los
actuadores estándar, por ejemplo el tipo de vástago para el acoplamiento me-
cánico con los dispositivos.
Los cilindros de doble efecto presentan las siguientes características:
- Solo realizan trabajo en doble sentido
- Carreras máximas hasta 3000 mm con derecho a pandearse.
- Si el vástago está sometido a un esfuerzo radial y aparece el problema de
flexión se recomienda aplicar rotula.
Tapas o culatas
Embolo CamisaVástago
Cilindro de membrana arrollable
Escape de aire
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2. Cálculo de la Fuerza de los Cilindros Neumáticos
El diámetro del émbolo establece la fuerza que puede realizar el actuador. Ini-
cialmente tendremos en cuenta la fórmula: P = F/A.
Donde:
P = es la presión en N/cm 2
F = es la fuerza en Newton
A = es la superficie del émbolo en cm 2
De la fórmula P = F/A. despejaremos fuerza; F = P * A
Como la presión que se maneja a nivel industrial normalmente esta estandari-
zada en 6 bar, nos damos cuenta entonces que la fuerza del cilindro esta deter-
minada por el diámetro del embolo.
Ejercicio:
Un cilindro de doble efecto operado con aire comprimido tiene las siguientes
especificaciones:
Diámetro del émbolo: 50 mm
Diámetro del vástago: 20 mm
Presión de trabajo: 6 bar.
Carrera: 500 mm
Hallar la fuerza a la compresión que ejerce el cilindro.
Hallar la fuerza de tracción que ejerce el cilindro.
Primero hallamos las áreas del embolo y del anillo circular
Área del émbolo =
Área del anillo circular = cm 2
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Luego hallamos las fuerzas.
Fuerza a la compresión =
Fuerza a la tracción =
Ejercicio:
Un cilindro neumático debe levantar una carga de 60 kg en forma vertical ¿cuál
será la fuerza necesaria para levantar la carga; a una presión de 5 bar cuál
deberá ser el diámetro del embolo del cilindro?
Primero hallamos la fuerza necesaria:
En este caso no tenemos en cuenta las fuerzas de rozamiento.
Fuerza necesaria = Fuerza del peso + Fuerza de aceleración
Fuerza de peso = m * g = 60kg * 9.81m*s 2 = 588.6N
Fuerza de aceleración = m * a = 60kg * 10m*s 2 = 600N
Fuerza necesaria = 588.6 N + 600 N = 1188.6 N
Hallamos el área que correspondería al cilindro:
Hallamos el diámetro teórico del cilindro
A = 6.02cm
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Vamos a un catálogo de cilindros y seleccionamos el que mas se aproxime por
exceso, en este caso Diámetro de 63 mm
El Normograma que está en la parte inferior nos permite determinar el diáme-
tro del émbolo de acuerdo a la fuerza requerida:
Por ejemplo para una fuerza de 3000 Newton a una presión de 6 bar se nece-
sita un cilindro con un diámetro de émbolo de 79 mm buscamos de acuerdo al
catalogo de productos, el inmediatamente superior.
3. Cálculo del Consumo de Aire de los Ac-tuadores Neumáticos
El consumo de aire de los actuadores neumáticos determina las dimensiones
de las válvulas de mando, tubo plástico flexible, velocidades de trabajo y las
dimensiones del propio compresor. Este consumo se puede calcular a través de
la siguiente fórmula:
2
3
5
110 2 3 4 5 6 78100 2 3 4 5 6 781000 2 3 4 5 6 7 810000
4
678
10
2
3
54
678
100
2
3
54
67
2 3 4 5 6 8 1012
Diagrama presión fuerzaPresión de funcionamiento (bar)
Embo
lo e
n m
m
Fuerza en Newton
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Q = 2 n s q
Donde:
Q = Consumo de aire (l / min.)
n = No. de ciclos por minuto
s = Carrera (cm.)
q = Consumo específico de aire (l / cm.)
El consumo específico se determina a partir del siguiente nomograma:
Con el valor de presión de trabajo y el diámetro del émbolo se localiza el punto
de intersección de ambas líneas y se proyecta hacia el eje horizontal, consumo
l/cm.
Este valor se sustituye en la fórmula anterior y se calcula el consumo. Como se
puede observar el consumo también variará dependiendo del número de ciclos
por minuto que realice; es decir, para un mismo actuador se puede tener un
consumo de aire comprimido diferente de acuerdo a su velocidad de desplaza-
miento.
2
3
5
100,01 2 3 4 5 6 780,1 2 3 4 5 6 781,0 2 3 4 5 6 7 810
4
678
10
2
3
54
678
100
2
3
54
67
2 3 4 5 6 8 1012
Presión de funcionamiento (bar)
Embo
lo e
n m
m
Consumo 1/cm de carrera
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La ventaja de conocer el consumo de aire comprimido de nuestros actuadores,
es que al poder estimar el consumo total de nuestra máquina y en general el
de toda la planta, nos permitirá seleccionar el compresor de aire comprimido
más adecuado.
Los datos obtenidos del monograma tendrán que adecuarse a los productos
existentes en el mercado. Recuerde que cuando no hubiese el elemento que
deseamos a la medida exacta de nuestro cálculo, deberá seleccionarse el inme-
diato superior que exista en el mercado; esto con la finalidad de evitar que el
componente sea insuficiente para la necesidad para la cual ha sido adquirido.
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Tema 2. Válvulas de Caudal
Las válvulas de caudal controlan el flujo de aire que llegará a las válvulas de
mando o a los actuadores. En lo que sigue se describen algunas de ellas
Válvula de Estrangulación
La válvula de estrangulación estrecha el paso del aire; por lo general, es ajus-
table (rosca). Regula el caudal o retarda la conmutación.
La válvula de estrangulación y antirretorno es una válvula combinada; permite
el paso en una dirección y limita el paso en la dirección contraria.
En ambas válvulas puede fijarse la regulación del paso ajustando una contra-
tuerca.
Válvula de estrangulación y antirretorno
Válvula de estrangulación
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Válvula de Simultaneidad
La presión en las entradas X y Y tiene como consecuencia una señal en la sali-
da A; si sólo es recibida una señal o si no se recibe ninguna, la salida tampoco
recibe señal alguna.
Si las señales no llegan simultáneamente a la entrada, la última es transmitida
a la salida. Si las señales tienen presiones diferentes, la de menos presión llega
a la salida.
Válvula Selectora
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Si las entradas X o Y reciben una señal, ya sea individualmente o ambas, en-
tonces la salida A recibe una señal; si no hay señal de entrada, la salida tam-
poco recibe señal.
Si ambas entradas reciben aire a presión, es transmitida a la salida la señal
correspondiente a la presión mayor.
Válvulas Antirretorno
Son válvulas utilizadas en las líneas de suministro del compresor; deben estar
diseñadas para resistir la presión, temperatura e impulsos del aire comprimido.
Las válvulas de antiretorno abren el paso en una dirección y bloquean el paso
en la dirección contraria. El elemento de cierre se separa de su asiento si la
presión ejerce una fuerza mayor que la fuerza que le opone el muelle.
Válvula de Escape Rápido
La válvula de escape rápido permite una evacuación veloz del aire, por ejem-
plo, de un cilindro o de un conducto.
Tiene la posibilidad de aumentar considerablemente la velocidad de un cilin-
dro en determinadas circunstancias. Montaje: directo o lo más cerca posible al
cilindro.
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Tema 3. Válvulas de Presión
Las válvulas de presión tienen la tarea de establecer los parámetros de fuerza
en el circuito neumático. Además, establecen condiciones de mando en función
de la presión del sistema. Entre ellas se cuentan los reguladores de presión y
las válvulas de secuencia.
Reguladores de Presión
El montaje de los reguladores de presión en las conducciones de aire compri-
mido, tiene como misión principal mantener estables las condiciones de funcio-
namiento requeridas, a pesar de las fluctuaciones en la presión primaria y en el
caudal.
Las características de un regulador de presión deben estar referidas a la re-
gulación y caudal. La primera determina la posibilidad de que el regulador
mantenga una presión de utilización constante, independientemente de las
variaciones en la presión primaria. Las características de caudal demuestran la
capacidad del regulador para mantener la presión secundaria constante a pesar
de las variaciones en el caudal de comprimido.
La elección de los muelles de los reguladores es fundamental para permitir el
ajuste de la presión regulada del modo mas conveniente, debiéndose tener
presente que si un elemento accionado por el aire es obligado a trabajar a la
presión normal de partida, en vez de hacerlo a la que le corresponde, se origi-
na un desgaste excesivo de los órganos constructivos de tal elemento y gran
desperdicio de aire comprimido.
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Válvula de Secuencia
Válvula combinada: la válvula reguladora de presión activa una válvula de vías.
Si la presión aplicada a la conexión de mando 12 es superior a un valor de-
terminado que se puede ajustar (tornillo de ajuste de presión), la conexión de
trabajo 2 emite una señal.
La válvula vuelve a su posición normal si la presión aplicada a la conexión de
mando es inferior al valor que se haya ajustado.
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Tema 4. Válvulas de Vías
Las válvulas distribuidoras o válvulas de vías, son las encargadas de dirigir el
aire hacia los lugares previstos en el sistema de mando.
Válvula de 3/2 Vías: Asiento de Esfera, Cerrada en Posición de Reposo
Una esfera accionada por muelle cierra la conexión de aire a presión 1; la co-
nexión de trabajo 2 comunica con la salida de aire 3 del empujador.
Accionamiento: la esfera cierra primero la salida de aire 3; a continuación se
abre el paso de aire de 1 hacia 2.
El sistema de escape de aire es una solución que evita sobreposiciones de se-
ñales, es sencilla y, además, económica.
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Válvula de 3/2 Vías de Accionamiento Mecánico; por
Rodillo, Servopilotada
Accionamiento de la válvula de rodillo, por ejemplo, mediante la leva de man-
do de un cilindro. El servo pilotaje permite reducir considerablemente la fuerza
necesaria para el accionamiento.
Para convertir de posición normal de bloqueo a posición normal abierta la vál-
vula, se debe girar la parte superior del cuerpo de la válvula en 180° e invertir
la conexión 1 y 3.
Válvula Temporizadora: Posición Normal De Bloqueo
Válvula combinada: activación de una válvula de vías mediante una válvula de
estrangulamiento y antiretorno y un acumulador de presión.
El aire a presión pasa de la conexión de mando 12 hacia el acumulador atra-
vesando un elemento estrangulador regulable; en el acumulador aumenta la
presión; una vez transcurrido el tiempo que se haya ajustado previamente, es
decir, una vez que la presión alcanza determinado valor, la válvula de vías con-
muta, con lo que llega una señal a la conexión de trabajo 2.
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Al no haber señal de entrada, la válvula de vías vuelve inmediatamente a su
posición normal.
Válvula temporizadora
Posición cerrada en reposo Posición de activación
123
12
123
12
1 3
2
12
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Tema 5. Accesorios
El acondicionamiento de un sistema neumático, implica la utilización de un
conjunto considerable de elementos, ellos cumplen la función de adecuar otros
accesorios y fijar en el circuito condiciones óptimas de trabajo.
Filtros
- Los filtros no deben ser instalados inmediatamente después de válvulas de
rápida apertura y deben ser protegidos de posibles cambios de flujo u otras
condiciones de choque.
- Puede ser necesario instalar una combinación de filtros en la línea principal
cerca de la instalación del compresor antes de la entrada a la red principal e
instalar el terminal de filtración en los puntos críticos.
- Es importante purgar todas las líneas que conducen a los filtros con el fin de
proteger la instalación y conexión para la aplicación final.
- Se deben instalar los filtros en posición vertical asegurándose de que haya
espacio suficiente para facilitar el cambio del cartucho.
- Se deben evitar líneas de by-pass, cuando sea posible, ya que las partículas
pueden escaparse a través de las válvulas y atravesar los filtros.
Filtro submicrónico
Filtros combinados con filtrosde 1 y 0,01Elevada calidad del aireMayor intervalo entre serviciosde mantenimiento.
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- Es necesario expulsar los líquidos retenidos desde los desagües del filtro a
través de tuberías adecuadas, teniendo en cuenta que no se produzcan restric-
ciones.
- Se deben instalar los accesorios y manómetros de presión diferencial para
indicar la caída de presión a través de los filtros. Esto dará una idea de la con-
dición del elemento filtrante.
Los tipos más comunes de filtros son:
• Papel
• Laberinto empapado en aceite
• Tela de lana
• Baño de aceite
Cualquiera de ellos puede incorporar o debe utilizarse en combinación con si-
lenciadores adecuados.
Para equipos en áreas de gran contaminación como yacimientos de piedra o
cemento, se precisa una filtración adicional o auto-limpiado automático, de
otro modo el filtro de aire se saturará rápidamente. Se recomienda el uso de
indicadores de estado del filtro.
Lubricadores
Una lubricación apropiada es indispensable para conservar productiva una
máquina accionada con aire comprimido, disminuyendo el desgaste ocasionado
por la fricción y la corrosión, así como el tiempo de parada en la reparación y
aumentando el rendimiento y vida de los aparatos; en cualquier caso, el propó-
sito fundamental es mantener la máquina funcionando y evitar una cese im-
previsto.
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La lubricación de los accesorios, cilindros, válvulas, máquinas, etc., se hace
utilizando el aire comprimido para trasladar, entregar y depositar el aceite
sobre todas las superficies que están en contacto con el aire; esto se hace de
una forma automática, regulando el paso del aceite desde una gota por minu-
to hasta la circulación continua, con lo que siempre habrá aire como niebla de
aceite mientras exista circulación de aire.
Racores de Acero Maleable
Tornillo de regulaciónpara la alimentacióndel aceite
Válvula deretención
Cámara de goteo
Tubo ascendente
Aceite
Tobera venturi
Tornillo para el escapede aire del depósitode aceite
Válvula de escape
Funda metálicade protección
Lubricador de aire comprimido
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Los racores de acero maleable deben cumplir con las normas estandarizadas.
Racores de ABS
Existe una gama de tuberías y racores de ABS desde 16 mm. a 110 mm. de
diámetro exterior; las uniones están hechas por fusión solvente.
Racores de tubería de cobre
Al instalar racores en material de cobre, seria conveniente engrasar las roscas
de las conexiones antes de acoplar para reducir la fricción. Después de que la
junta haya sido extendida, debe abrirse para asegurarse que el casquillo está
colocado correctamente en la tubería, después de ésta la junta puede tensarse
completamente.
Uniones de Tuberías