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CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS MATERIA UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN, FUNDAMENTOS Y SIMBOLOGÍA ING. JOSÉ ANTONIO CORTES GARCIA CATEDRÁTICO REPORTE DE PRÁCTICA 3 (CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO Y UNO DE SIMPLE EFECTO, Y CONTROL DE UN CILINDRO NEUMÁTICO DE DOBLE EFECTO) ENTREGAR EL 13 DE SEPTIEMBRE DE 2012 INTEGRANTES DE EQUIPO ALFREDO ESCOBAR TINO 08510772 GUILLERMO MARTÍNEZ CABRERA 05510336 ALEXANDER ALEXANDER MORENO DE LEÓN 08310690 DAVID MÉNDEZ LÓPEZ 08510791 LUIS FERNANDO LOPEZ ARREOLA ARREOLA 08510782
TAPACHULA CHIAPAS A18 DE SEPTIEMBRE DEL 2012
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN………………………………………………………..1
OBJETIVOS…………………………………………………………….2
OBJETIVOS GENERALES……………………………………………2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………….2
EQUIPOS A UTILIZAR………………………………………………..3
GLOSARIO DE TÉRMINOS DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA...4
MARCO TEÓRICO…………………………………………………….7
UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO.7
VÁLVULA 3/2………………………………………………………….11
VÁLVULA 5/2………………………………………………………….13
CILINDRO DE SIMPLE EFECTO…………………………………..14
CILINDRO DE DOBLE EFECTO……………………………………15
FUNCIONAMIENTO………………………………………………….16
VÁLVULA REGULADORA DE VELOCIDAD…………………….17
CONTROL DE LA VELOCIDAD EN LOS CILINDROS DE SIMPLE EFECTO……………………………………………………………….19
CONTROL DE LA VELOCIDAD EN LOS CILINDROS DE DOBLE EFECTO……………………………………………………………….20
LOS CILINDROS HIDRÁULICOS SE DEFINEN EN…………….21 EN…………….21
CONTROL DE UN CILINDRO HIDRÁULICO DE DOBLE EFECTO……………………………………………………………….22
DIAGRAMA DE FLUJO 1…………………………………………...24
CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO NEUMÁTICO DE SIMPLE EFECTO…………………………………………………...24
DIAGRAMA DE FLUJO 2 ………………………………………….25
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN………………………………………………………..1
OBJETIVOS…………………………………………………………….2
OBJETIVOS GENERALES……………………………………………2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………….2
EQUIPOS A UTILIZAR………………………………………………..3
GLOSARIO DE TÉRMINOS DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA...4
MARCO TEÓRICO…………………………………………………….7
UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO.7
VÁLVULA 3/2………………………………………………………….11
VÁLVULA 5/2………………………………………………………….13
CILINDRO DE SIMPLE EFECTO…………………………………..14
CILINDRO DE DOBLE EFECTO……………………………………15
FUNCIONAMIENTO………………………………………………….16
VÁLVULA REGULADORA DE VELOCIDAD…………………….17
CONTROL DE LA VELOCIDAD EN LOS CILINDROS DE SIMPLE EFECTO……………………………………………………………….19
CONTROL DE LA VELOCIDAD EN LOS CILINDROS DE DOBLE EFECTO……………………………………………………………….20
LOS CILINDROS HIDRÁULICOS SE DEFINEN EN…………….21 EN…………….21
CONTROL DE UN CILINDRO HIDRÁULICO DE DOBLE EFECTO……………………………………………………………….22
DIAGRAMA DE FLUJO 1…………………………………………...24
CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO NEUMÁTICO DE SIMPLE EFECTO…………………………………………………...24
DIAGRAMA DE FLUJO 2 ………………………………………….25
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CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO NEUMÁTICO DE DOBLE EFECTO………………………………………………………25
DIAGRAMA DE FLUJO 3…………………………………………….26
ACCIONAMIENTO DE UN CILINDRO HIDRÁULICO DE DOBLE EFECTO. ……………………………………………………………….26
PROCEDIMIENTO O DESARROLLO………………………………27
CONTROL DE VELOCIDAD DEL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO………………………………………………………………...27
CONTROL DE VELOCIDAD DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO………………………………………………………………...27
CONTROL DEL CILINDRO HIDRÁULICO DE DOBLE EFECTO………………………………………………………………...28
RESULTADO E INTERPRETACIONES…………………… INTERPRETACIONES…………………………....29 ……....29
CONCLUSIÓN………………………………………………………....33
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………..34
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INTRODUCCIÓN Los sistemas neumáticos e hidráulicos se encuentran difundidos por todos los ámbitos, riego de campos, instalaciones de agua potable y de desechos, en los vehículos autopropulsados utilizados en el transporte, aire acondicionado, etc. Sin embargo es en la industria donde nos interesa conocer cuál ha sido su implantación. En la ingeniería electromecánica los sistemas neumáticos e hidráulicos han alcanzado gran importancia para la automatización de diferentes sistemas, es por eso importante conocer los principios de funcionamiento de los diferentes elementos utilizados y cómo podemos manejarlos en caso de presentarse fallas que puedan alterar o disminuir la producción así mismo poder brindar el mantenimiento adecuado.
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OBJETIVOS Objetivos generales Aprenderemos a utilizar los elementos de un sistema neumático e hidráulico, con los cuales fortaleceremos nuestros conocimientos en el tema de estudio. pondremos en practica nuestros conocimientos y analizaremos cada una de las situaciones por las cuales pasaremos durante el desarrollo de la practica.
Objetivos específicos
Aprenderemos a controlar un cilindro hidráulico de doble efecto y conoceremos los elementos para realizar el sistema de control.
Controlaremos la velocidad del desplazamiento del vástago de un cilindro neumático de simple efecto con una válvula de control de velocidad.
Controlaremos la velocidad del desplazamiento del vástago de un cilindro neumático de doble efecto con una válvula de control de velocidad.
Identificaremos los elementos necesarios para realizar la practica de neumática e hidráulica.
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EQUIPOS A UTILIZAR
Unidad de tratamiento de aire con lubricador
Bloque distribuidor
Válvula distribuidora 3/2
Válvula 3/2 por acción. Palanca con enclavamiento.
Regulador de caudal unidireccional
Cilindro de doble efecto
Cilindro de simple efecto
Válvula 4/3 en posición neutra normalmente cerrada.
Bomba de aceite.
Ductos para hidráulica Y Neumática
Válvula 4/2 de aceite
2 manómetros
Tanque de aceite
Compresor
Acumulador de aire (Ver figura 1) fig. 1 elementos de un circuito neumático y hidráulico
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GLOSARIO DE TÉRMINOS DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA Accesorios de tuberías. Piezas de unión de tuberías de todo tipo. Accionar . Hacer que actúe una fuerza, con preferencia para la inversión de una válvula, pudiendo ser esta acción mecánica, eléctrica, neumática o hidráulica.
Acumulador . Depósito en el que es almacenado el aire comprimido hasta una presión determinada, que debe estar indicada.
Acumulador intermedio. Depósito de aire comprimido en una instalación neumática para compensar los impulsos de presión que se presentan con la toma de grandes caudales de aire en muy corto espacio de tiempo.
Acumulador neumático. Depósito en el que se almacena aire comprimido hasta una presión máxima que debe estar indicada.
Aire comprimido. Aire sometido a una presión superior a la atmosférica. Aire comprimido preparado. El aire comprimido circula a través de una unidad de mantenimiento (filtro-regulador-engrasador) y es filtrado, regulado y mezclado con aceite, siendo así preparado para los aparatos neumáticos acoplados a continuación de esta unidad. .Bar. Unidad de presión, igual a 10ª dinas por cm. equivale a una presión de 75,007 cm de mercurio (a 0 °c y a latitud de 45°). 1 atm normal = 1,01325 bar = 1013,25 mbar; en los mandos neumáticos: sobrepresión 1 atm = 1 kp/cm/ - 0,980665 bar = 10ª dinas/cm = 10ª n/mz (newton/m2).
Cilindro. Aparato neumático pura transformar la energía del aire comprimido en energía de movimiento.
Cilindro de carrera corta . Generalmente cilindro de simple efecto con carrera muy corta (20 mm y menores); p. ej., para la sujeción.
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Cilindro de doble efecto. Cilindro cuyo pistón es impulsado por las dos caras con aire comprimido (la carrera (le avance y la de retroceso son carreras de trabajo). son necesarias dos tomas de aire comprimido.
Cilindro de freno de aceite. Cilindro con circuito cerrado de aceite que se emplea como freno en los cilindros neumáticos, por lo que tiene una velocidad de avance muy uniforme. el cilindro de freno de aceite no tiene ninguna función propia, funcionando sólo combinado con un cilindro neumático.
Cilindro de simple efecto. Cilindro en el que el aire comprimido sólo actúa sobre una cara del pistón y la carrera de retroceso es debida a la acción de un muelle o del peso propio. Sólo se precisa una toma de aire comprimido, con un consumo de aire de la mitad del cilindro de doble efecto.
Compresor equipo para la producción de aire comprimido. Compresor. Máquina de trabajo para la extracción y compresión de medios gaseosos. .
Diámetro nominal. Diámetro interior de una tubería, válvula, etcétera. Manómetro. Dispositivo de medida para la determinación de una presión en kp/cmz. Manómetro. Aparato para la medida e indicación de la presión del aire. Motor neumático. Órgano motriz rotativo accionado por aire comprimido. Pistón. Parte móvil en el cilindro que forma un cierre hermético contra la pared interna del tubo del cilindro. transforma fuerzas de compresión en fuerzas de movimiento (energía estática en energía mecánica).
Protección de sobrecargas. Seguro incorporado para que las sobrecargas no averíen el aparato o la máquina. Los elementos neumáticos están protegidos contra sobrecargas, porque un cilindro sobrecargado permanece parado sin sufrir daño alguno.
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Purga. Escape al exterior del aire comprimido de los elementos neumáticos. el aire comprimido queda sin presión y asimilado a la presión atmosférica.
Unidad de mantenimiento. Aparato combinado para filtrar, regular y engrasar el aire comprimido.
Válvula de cuatro vías. Válvula con cuatro tomas: línea de alimentación de aire comprimido, 2 líneas para el cilindro y el escape.
Válvula de dos vías. Válvula con dos tomas controladas, entrada y salida. Válvula de tres posiciones. Válvula con tres posiciones de maniobra, p. ej., adelante, paro, retroceso.
Válvula de tres vías. Válvula con tres vías para línea de alimentación, línea de utilización y escape. son las adecuadas para el mando de cilindros de simple efecto.
Válvula distribuidora manual. Válvula de 3/2 vías que puede montarse directamente en la tubería. la inversión de la válvula tiene lugar por desplazamiento de un manguito (cerrojo).
Válvula reguladora de velocidad. Válvula anti retorno con estrangulación para la regulación de la velocidad del pistón de un cilindro de trabajo.
Válvulas distribuidoras. Válvulas que determinan la apertura y cierre y las modificaciones en el sentido de la circulación. a la denominación "válvulas de vías" se le antepone el número de vías y el número de las posiciones de maniobra; p. ej., válvula de 3/2 vías, es una válvula con 3 líneas controladas y 2 posiciones de maniobra.
Vástago del pistón. Órgano de transmisión de forma generalmente cilíndrica y solidaria del pistón, para transmitir hacia el exterior la fuerza del pistón del cilindro.
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MARCO TEÓRICO Unidad de tratamiento del aire comprimido Según lo analizado hasta ahora, ya podemos comprender porqué será necesario disponer de filtros, reguladores y lubricadores a lo largo de una instalación neumática. El filtro nos ayudará a eliminar todo tipo de suciedad presente en el aire comprimido, como polvo, cascarilla de las tuberías, aceite quemado, y también los condensados de agua que se forman debido a cambios de temperatura a lo largo de la red de distribución. Cabe recordar al respecto que el refrigerador no elimina la totalidad del vapor de agua que contiene el aire. Las condiciones físicas mas favorables para que el vapor de agua condense en agua líquida a lo largo de la red de distribución son presión elevada y temperatura baja, motivo por el cual este proceso se hace a la salida del compresor: el refrigerador coge el aire de donde está a mayor presión y le baja la temperatura. Éste es también el motivo por el cual el filtro de una unidad de tratamiento del aire comprimido es el primer componente que encontramos en la unidad: antes del regulador de presión, para poder tener aire a la presión mas alta. La siguiente figura muestra la construcción mecánica de un filtro de aire comprimido: el aire forma una corriente circular, debido a las aletas desviadoras, que hace que las gotas de agua decanten por la pared del recipiente; después pasa por el elemento filtrante, normalmente de plástico poroso, que filtra las partículas sólidas de cierto tamaño (normalmente 40 μm, 25 μm o 5 μm), y después sale al exterior desde dentro del
cartucho filtrante. La figura de la derecha muestra una purga automática, en la que los condensados se evacuan por efecto de un flotador, que abre el paso de condensados al exterior siempre que la presión del aire comprimido dentro del filtro está por debajo de un cierto nivel, lo cual ocurre cuando se abre y cierra el sistema, por ejemplo. Ver figura 2
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Fig. 2 Aguas abajo del filtro encontramos un regulador, que sirve para que dentro de cada cilindro entre la presión de trabajo necesaria, y no la presión que da el compresor, que obviamente será siempre la mas alta del sistema. De esta manera ahorramos energía. Cabe recordar a este respecto que aunque el aire es una fuente de energía económica, la producción de aire comprimido es costosa. La siguiente figura muestra la construcción mecánica de un regulador de presión: ver figura 3.
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Fig. 3. En la figura el regulador está cerrado, o sea cuando no hay caudal de aire y el pomo está completamente abierto. Si giramos el pomo en sentido horario presionamos sobre el muelle superior, que transmite la fuerza al muelle inferior a través del pistón, abriendo el asiento plano. Por tanto podrá entrar aire a presión aguas abajo del regulador. Un cierto caudal de aire se cuela por el orificio de regulación presionando sobre la membrana, que equilibrará la fuerza ejercida con el pomo de manera que el asiento vuelve a cerrar y no deja pasar aire. De esta manera mantenemos una presión deseada en el sistema. Si existe consumo de aire porque por ejemplo un cilindro realiza su carrera de avance, lo cual implica un aumento de volumen y por tanto una disminución de presión (recordar P· V = cte.), volverá a vencer la fuerza del muelle sobre la membrana y el asiento abrirá, dejando pasar el caudal necesario para que se restablezca el equilibrio de presión. Podemos decir por tanto que cuando los cilindros se mueven, esto es cuando hay
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consumo de aire, el regulador está continuamente abriendo y cerrando para mantener la presión constante a la entrada del cilindro. De esta manera solo se consume la energía necesaria para realizar el movimiento deseado, y no ejercemos una presión excesiva sobre el cilindro que además de consumir energía en exceso reduciría su vida media. La fuerza realizada por el muelle sobre la membrana viene dada por la ley de Hooke: donde K es una constante que depende del muelle y x es el desplazamiento del muelle proporcional al giro del pomo. Esta fuerza se equilibra con la fuerza que ejerce la presión de aire deseada: siendo S la superficie de la membrana. El orificio en la parte superior está construido para evacuar caudal de aire. Se trata de una descarga que permite poder regular la presión secundaria (a la salida del regulador) de un valor mayor a otro menor (girando el pomo), en cuyo caso la fuerza ejercida sobre la membrana por el aire comprimido sería superior a la del muelle, desequilibrando la membrana. Muchas unidades de acondicionamiento del aire combinan el filtro y el regulador en un solo componente. El mecanismo es el mismo: el aire entra en el filtro y al salir al exterior lo hace pasando por el regulador de presión. De esta forma se consigue un ahorro de espacio y de dinero. Después del regulador de presión encontramos un tercer componente, el lubricador, que nos sirve para inyectar pequeñas gotas de aceite fino (poco denso) en el sistema para lubricar las partes móviles sometidas a rozamientos, como correderas de válvulas y pistones de cilindros. Actualmente muchos componentes pueden funcionar con aire sin lubricar pero esto sólo es aconsejable si el aire está exento de impurezas y seco. Esto es así porque el agua vuelve rígidas las juntas y la suciedad produce mas rozamiento, lo cual nos lleva a la necesidad de lubricar. La siguiente figura muestra la construcción mecánica de un lubricador: ver figura 4.
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Fig. 4 El aire comprimido entra dentro del depósito ejerciendo presión sobre el aceite depositado en el fondo, de manera que sube por el tubo hasta el visor de goteo. Una vez allí cae en forma de gotas reguladas por un tornillo; a causa del estrechamiento del tubo (efecto Venturi) se acelera, y un difusor de chorros cruzados lo pulveriza dentro del depósito. Las partículas mas ligeras subirán alcanzando la salida. Esto se hace así para poder colocar el lubricador a algunos metros de distancia de válvulas y cilindros, ya que cuanto mas pesadas son las gotas menos distancia alcanzaran. A continuación mostramos los símbolos que caracterizan cada componente y un símbolo que engloba la unidad entera de tratamiento del aire: ver figura 5.
Fig. 5
Válvula 3/2 Las válvulas son las encargadas de dirigir y controlar la dirección del caudal de aire comprimido hacia los cilindros. La configuración externa de una válvula montada en
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línea, accionada por pulsador y con una vía de salida de aire (válvula 3/2) se muestra a continuación: ver fig. 6.
fig. 6 Se trata de un distribuidor de corredera de 3 vías y dos posiciones (3/2), cuya construcción mecánica interna y su símbolo normalizado se muestra a continuación: ver fig. 7.
Fig. 7. Los números impares representan alimentación y escapes: la vía 1 es siempre la de alimentación, la vía 3 es el escape de aire. Y las vías con números pares (2) son las salidas hacia cilindros. Las vías de mando de la válvula se representan con dos números que indican con que vía de salida comunica la vía 1 de alimentación. Consideremos un distribuidor 3/2, accionado mediante un pulsador y con retorno por muelle. 1. En la posición de reposo la corredera se encarga de cerrar el paso del aire comprimido que hay en la vía 1. 2. Cuando se acciona el pulsador, éste a su vez desplaza la corredera, comunicándose las vías 1 y 2, permitiendo de esta manera el paso del aire comprimido hacia la vía 2. 3. Una vez se deja de accionar el pulsador, el muelle provoca el retorno de la corredera a su posición de reposo, dejando la vía 1 incomunicada y la vía 2 comunicada con la 3 quedando pues en descarga. Cuando una válvula 3/2 no deja pasar aire en condiciones de reposo, se dice que está normalmente cerrada (NC).
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Este es el caso de la válvula ref. EDU-A2-1. Viceversa hablaríamos de una válvula normalmente abierta (NO). Ver símbolo del módulo EDU-A2-1.
Válvula 5/2 Las válvulas son las encargadas de dirigir y controlar la dirección del caudal de aire comprimido hacia los cilindros. Cuando el cilindro es de doble efecto tiene dos entradas de aire, como veremos. Por tanto habría que poner dos válvulas 3/2 para controlarlo. Sin embargo existen válvulas mecanizadas de manera que tengan dos salidas de aire. La configuración externa de una válvula montada en línea, accionada por pulsador y con dos vías de salida de aire (válvula 5/2) se muestra a continuación: verf. 8
fig. 8 Se trata de un distribuidor de corredera de 5 vías y dos posiciones (5/2), cuya construcción mecánica interna y su símbolo normalizado se muestra a continuación: ver fig. 9.
Fig. 9 La vía 1 es siempre la de alimentación. Las vías 3 y 5 son los escapes de aire. Y las vías con números pares (2 y 4) son las salidas hacia cilindros. Las vías de mando de la válvula se representan con dos números que indican con que vía de salida comunica la vía 1 de alimentación. Si consideramos el distribuidor 5/2, accionado mediante pulsador y con retorno por muelle, su funcionamiento será:
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1. En la posición de reposo la alimentación 1 de aire comunica con la vía 2, mientras que la vía 4 queda comunicada con la vía 5 de descarga. 2. Cuando se acciona el pulsador, éste a su vez mueve la corredera, comunicando ahora 1 con 4 y descargando el aire de 2 por la vía 3. 3. Cuando se deja de accionar el pulsador, el muelle provoca el retorno de la corredera a su posición de reposo, dejando de nuevo 3 incomunicada, 1 alimentando a la vía 2 y 4 descargando por 5.
Cilindro de simple efecto En un cilindro neumático de simple efecto el aire comprimido sólo produce el movimiento de salida del émbolo, o el de entrada del émbolo. Ver fig. 10
fig. 10 Nos centraremos en el cilindro con el vástago normalmente a menos (ver figura siguiente). Consta de un émbolo solidario al vástago (2). Este émbolo se desliza por el interior de una camisa cilíndrica. En el interior de esta camisa también se incluye un muelle (3). En ambos extremos de dicha camisa se incorpora una culata destinada al conexionado del aire comprimido. Ver fig. 11.
fig. 11. En este tipo de cilindro el aire comprimido entra por la culata posterior (1) y empuja al émbolo haciendo salir el vástago (2) a la vez que se comprime el muelle (3). Cuando el aire comprimido deja de empujar el émbolo, el muelle (3) se encarga de
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hacer volver el vástago a su posición de reposo siempre que el aire comprimido vaya a descarga. Si nos fijamos en el símbolo normalizado (primera figura) detectamos un escape de aire en la cámara que contiene el resorte. Se trata de un orificio sin roscar para que esa cámara no queda presurizada sino a contacto con la presión atmosférica cuando el vástago se mueve.
Cilindro de doble efecto Los cilindros transforman una fuerza neumática en una fuerza de tipo mecánico. Un cilindro de doble efecto se llama así porque permite aprovechar ambas carreras de ida y de vuelta para realizar trabajo, contrariamente a lo analizado hasta ahora. Excepto en algunos casos, normalmente se escogerá el cilindro doble efecto frente al de simple efecto. Al igual que el de simple efecto, consta de una camisa (4) por donde se desliza un pistón compuesto de un émbolo (5) y un vástago (3) cilíndricos y solidarios. Dispone de dos culatas con conexiones de entrada y salida de aire (1) y (2). La siguiente figura esquematiza lo descrito y muestra el símbolo normalizado: ver fig. 12
fig. 12. El primer símbolo representa un cilindro de doble efecto. El segundo incorpora amortiguación neumática regulable: unos casquillos de amortiguación se encargan de crear un cojinete de aire que atenúa la energía cinética del cilindro debida a su velocidad y por tanto alarga la vida media del cilindro al reducir la potencia del golpe contra las culatas, además de ser útil en caso de tener que decelerar cargas. La
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regulación se realiza mediante un tornillo incorporado en cada culata que estrangula mas o menos la salida del aire. El tercero símbolo incorpora además detección magnética: dentro del émbolo se coloca un imán para dar señal de final e inicio de carrera a unos detectores magnéticos (EDU-B2-1). Se analizarán estos conceptos mas detenidamente en prácticas sucesivas.
Funcionamiento La salida del vástago del cilindro se realiza cuando entra aire por la cámara posterior y la cámara anterior se conecta a descarga. En la primera salida no hay contrapresión en la cámara anterior por lo que el cilindro saldrá a velocidad mayor y menos controlado. Para realizar la carrera de retorno habrá que invertir el sentido del aire: entrar por la culata anterior y poner a descarga la posterior. Un análisis detallado permite detectar la fuerza que realizará un cilindro cuando se conecta a una determinada presión, o viceversa a que presión habrá que conectarlo para obtener una determinada fuerza. También veremos que conociendo la presión de servicio y la fuerza que deseamos hacer podemos seleccionar que cilindro hemos de poner. Para ello tenemos que considerar la geometría del cilindro, como se verá a continuación.
Donde
D
es el diámetro del émbolo y
d el
del vástago. S+ y S- son respectivamente
las superficies del émbolo y la del émbolo menos vástago. F+ y F- son respectivamente las fuerzas de salida y de entrada del cilindro. Vemos que por construcción mecánica la superficie efectiva es mayor en el sentido de ida que en el de vuelta. Las unidades son: cm para los diámetros, bar (Kg/cm2) para la presión y por tanto Kg. para la fuerza. En los catálogos comerciales normalmente el diámetro se da en mm, la presión en bar y la fuerza en N (Newton). Basta hacer la conversión de unidades adecuada para ver que dividiendo la fórmula anterior de la fuerza por 10 podremos utilizar estas unidades directamente:
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Con D y d en mm, P en bar y F en N.
Válvula reguladora de velocidad La siguiente imagen muestra la construcción mecánica de un regulador de caudal. Ver fig. 13.
fig. 13. La velocidad de un cilindro neumático viene condicionada por: Presión en la cámara activa x Superficie de esta cámara = = Presión en la cámara pasiva x Sección de dicha cámara + Carga útil + Rozamientos. La presión en ambas cámaras y los rozamientos dependen de la velocidad. Prescindiremos por ahora de los rozamientos. Representando los pasos interiores
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del distribuidor como simples resistencias, nos queda el esquema siguiente: ver fi. 14.
fig. 14. La presión de la línea y la atmosférica (P1 y Po) son dadas. Elegido un distribuidor también son dadas Re y Rs. Los volúmenes de aire que a presión de trabajo entran y salen del cilindro, están en relación directa con las secciones Sa y Sr. A mayor velocidad, mayores son ambos volúmenes, y por tanto mayores son las pérdidas de carga en Re y en Rs. La presión activa disminuirá en Pe hasta P - Pe , mientras la presión resistente aumentará hasta Po + P. Luego, a mayor velocidad, menos fuerza activa y más fuerza resistente. Este proceso continuará hasta llegar a un equilibrio. Nos basamos en este principio para un ajuste de la velocidad de los cilindros (ya que éstos y las válvulas tienen dimensiones normalizadas y no siempre nos darían la velocidad deseada para una carga dada). Fijémonos que si aumentamos la resistencia Rs (esto es, dificultamos más la salida del aire) aumentará la pérdida de carga desde la cámara resistente hasta la atmósfera y por tanto aumentará la presión resistente correspondiente a una misma velocidad, con lo que conseguiremos el equilibrio a una velocidad menor que si no hubiéramos aumentado la resistencia. El montaje correspondiente es el del esquema siguiente (regulación de la velocidad de avance): ver fig. 15.
fig. 15
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La restricción podía haberse colocado en el escape derecho de la válvula. Sin embargo es preferible colocarla junto al cilindro para evitar que las fugas que pueda haber en el tramo que va del cilindro a la válvula hagan menos eficaz la regulación. El símbolo empleado para el regulador de caudal significa que el flujo es libre cuando el vástago va de derecha a izquierda, pero que debe pasar por una resistencia variable al ir de izquierda a derecha. Esto se expresa también diciendo que regulamos el caudal de salida (de aire del cilindro). Para regular la velocidad en ambos sentidos, podemos hacer el montaje del esquema siguiente: ver fig. 16.
fig. 16
Control de la velocidad en los cilindros de simple efecto. Cuando se describieron los reguladores de caudal ya se dijo que la regulación de la velocidad se logra con la regulación del caudal de aire. La válvula en cuestión se monta junto con una válvula 3/2 con pulsador, cuidando que la posición del antirretorno sea la correcta según se desee regular el avance o el retroceso (figs. 6.74 y 6.75).
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Control de la velocidad en los cilindros de doble efecto . La regulación se efectúa de igual forma que en los cilindros de simple efecto (figura 6.76) pero con válvulas 4/2. Si se emplean válvulas 5/2 se pueden
colocar
reguladores montados en los escapes (fig. 6.77), aunque esta solución, evidentemente económica, resulta de difícil puesta a punto y mantenimiento.
Los Cilindros Hidráulicos se definen en: - Cilindros Hidráulicos de Simple Efecto : El movimiento de retorno del mismo se efectúa por un muelle o resorte, o en ocasiones por gravedad.
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- Cilindros Hidráulicos de doble Efecto : A través de la presión Hidráulica se produce el movimiento en ambos sentidos. Las características fundamentales para la elección de un cilindro hidráulico serán:
-Fuerza: donde se define la fuerza necesaria para el actuador. Es importante elegir Cilindros-Actuadores Hidráulicos sobredimensionados. Este sobredimensionamiento deberá ser calculado en función de la instalación, pero suele estar entre el 20% y el 100% de la fuerza a efectuar.
-Velocidad: dado que muchos cilindros forman parte de Sistemas Automatizados más complejos, y deben actuar a un ritmo calculado.
-Longitud de Carrera: dado que los Cilindros Hidráulicos tienen limitaciones constructivas y de diseño, por lo que deben elegirse de forma adecuada y calculada previamente a su instalación, o bien instalar limitadores y/o sistemas de control de carrera.
Cilindros Doble Efecto
Cilindros Doble Vástago
Cilindros Simple Efecto
Los cilindros de doble
Los cilindros de doble
Los cilindros de simple
efecto son aquellos que su vástago tienen las mismas efecto son aquellos en los accionamiento hidráulico se áreas, por lo cual tanto las que la carrera es accionada realiza en los dos sentidos.
fuerzas como las
hidráulicamente solo en un
velocidades son iguales en
sentido.
ambas direcciones.
Control de un cilindro hidráulico de doble efecto
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26
ver figura 17
Fig. 17
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DIAGRAMA DE FLUJO 1 CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO NEUMÁTICO DE SIMPLE EFECTO
Presentación de elementos del
sistema neumático
Se conecto el
Se energizo el
Se encendió el
tablero de control
ducto neumático a
compresor
la unidad de mantenimiento
De la unidad de
De la salida de la
De la salida de la
válvula de 3-2 por
válvula de
Se conecta de la
mantenimiento se
accionamiento de
distribución se
salida de la válvula
conecta a una
cola de ratón se
conecta a la
de 3-2 a la válvula
válvula de 3 vías 2
conecta a la
válvula de 3-2 por
de distribución
pasos con selector
válvula de control
accionamiento de
de velocidad
cola de rata
De la salida de la válvula de control de
Control de
velocidad se conecta
velocidad de un
al cilindro de simple
cilindro de simple
efecto
efecto
manual
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DIAGRAMA DE FLUJO 2 CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO NEUMÁTICO DE DOBLE EFECTO
Presentación de
Se conecto el
elementos del
Se energizo el
Se encendió el
ducto neumático a
sistema neumático
tablero de control
compresor
la unidad de mantenimiento
De la salida de la
De la salida de la
válvula de 4-2 por
válvula de
accionamiento de
distribución se
cola de ratón se
conecta a la
conecta a la
válvula de 4-2 por
válvula de control
accionamiento de
de velocidad
cola de rata
De la salida de la válvula de control de velocidad se conecta al cilindro de simple efecto
Control de velocidad de un cilindro de doble
efecto
De la unidad de Se conecta de la salida de la válvula de 3-2 a la válvula de distribución
mantenimiento se conecta a una válvula de 3 vías 2 pasos con selector
manual
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DIAGRAMA DE FLUJO 3 ACCIONAMIENTO DE UN CILINDRO HIDRÁULICO DE DOBLE EFECTO
Presentación de elementos del sistema neumático
Se energizo el
Se encendió la
tablero de control
bomba de aceite
Se conecto el ducto hidráulico al manómetro 1 de entrada
Del manómetro se Del manómetro se
Del cilindro se
De la válvula
conecto a la
conecto a la
conecto al
hidráulica 4/2 se
válvula hidráulica
válvula 4/2
manómetro 2
conecto al cilindro
4/2
de doble efecto
De la válvula 4/2 se conecto al tanque de aceite
Accionamiento de un cilindro hidráulico de doble efecto
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PROCEDIMIENTO O DESARROLLO Control de velocidad del cilindro de simple efecto 1. Se energiza el tablero de control y se enciende el compresor. 2. Se alimenta la válvula de mantenimiento y se le da seguimiento al circuito conectándolo a la válvula 3/2 de control manual. 3. De la válvula 3/2 se conecta a la válvula de distribución, sucesivamente a la válvula 3/2 con accionamiento de cola de ratón. 4. De la válvula de cola de ratón se conecta a la válvula de reducción de velocidad. 5. De la válvula de reducción de velocidad se conecta al cilindro de simple efecto. 6. Después de checar de que el circuito quedo correctamente conectado, se abre la válvula 3/2 de control manual y sucesivamente se controla el cilindro con la válvula 3/2 de cola de ratón.
Control de velocidad del cilindro de doble efecto 1. Se energiza el tablero de control y se enciende el compresor. 2. Se alimenta la válvula de mantenimiento y se le da seguimiento al circuito conectándolo a la válvula 3/2 de control manual. 3. De la válvula 3/2 se conecta a la válvula de distribución, sucesivamente a la válvula 4/2 con accionamiento de cola de ratón. 4. De la válvula de cola de ratón se conecta a la válvula de reducción de velocidad. 5. De la válvula de reducción de velocidad se conecta al cilindro de doble efecto. 6. Después de checar de que el circuito quedo correctamente conectado, se abre la válvula 3/2 de control manual y sucesivamente se controla la velocidad del vástago del cilindro con la válvula 4/2 de cola de ratón.
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Control del cilindro hidráulico de doble efecto 1. Se conecta de la bomba de aceite al manómetro 1, y del manómetro se conecta a la válvula 4/2. 2. De la válvula 4/2 se conecta al cilindro de doble efecto, y del cilindro de doble efecto se conecta al manómetro 2. 3. Del manómetro 2 se conecta a la válvula 4/2 y de la válvula se conecta al tanque que de aceite. 4. Se energiza el tablero y después se enciende la bomba de aceite, y con la válvula 4/3 se manipula el desplazamiento del vástago d el cilindro.
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RESULTADO E INTERPRETACIONES El vástago del cilindro de simple efecto se le podía controlar su velocidad, salía rápido y regresaba despacio, esto se debía a que el la válvula de control de velocidad le reducía el flujo de aire y hacia que este se descargara de la presión mas despacio. El vástago del cilindro de doble efecto tenía un comportamiento muy interesante, por que dependiendo de la posición en la cual conectaba a la válvula de control de velocidad era el efecto en el vástago del cilindro. Si lo conectaba en la entrada del cilindro el vástago cunado salía, salía con una velocidad mínima, pero si colocaba la válvula de control de velocidad en la salida el vástago del cilindro regresaba lenta mente a su posición original. La válvula de control de velocidad se podía regular y eso ocasionaba que el vástago saliera muy rápido o muy lento, dependiendo como se ajustaba la válvula de control de velocidad. Con el control del cilindro de hidráulica fue una gran experiencia porque es un sistema mas complejo que el de neumática, además se hace interésate ver como se manipula el desplazamiento del vástago de adentro hacia afuera y además y vástago no se puede dominar mientras se desplaza así afuera. Es necesario conectar bien los ductos de aceite a las válvulas por que si se destraban dúrate la practica pueden causar un accidente.
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CONCLUSIÓN En base a las prácticas realizadas de los Sistemas Hidráulicos y Neumáticos conocimos el comportamiento de los diferentes dispositivos y la aplicación que pueden tener estos en la industria, para el control y manejo de sistemas mecánicos etc., en esta práctica aprendimos como poder controlar la velocidad de un vástago utilizando un cilindro de simple y de doble efecto por medio de válvulas de control de velocidad.
