ESQUEMAS NEUMÁTICOS
POR
ING. ALEJANDRO ORLANDO HUAPAYA BAUTISTA
Neumática proviene de la palabra griega “ ” “ ” “ ”.
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Neumática proviene de la palabra griega “ ” “ ” “ ”.
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La neumática es la técnica que se dedica (aire a presión) en la automatización de los distintos campos de la fabricación.
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En la actualidad, la necesidad de automatizar la producción no afecta n camente a as gran es y me anas empresas, sino también a las pequeñas y micros empresas dedicadas al sector industrial.
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La industria artesanal se ve obligada a desarrollar métodos de producción rac ona es que exc uyan e tra a o manua y no dependan de la habilidad humana.
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La fuerza muscular y la habilidad humana n i ir r l f rz r i i n mecánica.
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La “fuerza neumática ” puede realizar muchas funciones mejor y más , sobre todo durante más tiempo sin sufrir los efectos de la fatiga.
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Relación entre los costos de trabajo obtenidos por diferentes formas de energía: ELÉCTRICA
HIDRÁULICA
NEUMÁTICA
HUMANA
1
4
10
500
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SISTEMAS NEUMÁTICOS
• El aire no cuesta. • La compresibilidad del aire permite almacenar energía. pocas pérdidas) permite que se puedan usar velocidades de 10-40 m/s frente a la hidráulica, 2-10 m/s.
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• Se pueden lograr altas velocidades en los elementos de trabajo (hasta 3 m/s en los cilindros. • Debido a la compresibilidad del aire es c con ro ar y ev ar mov m en os bruscos. • No requiere de tuberías de retorno como en la oleohidráulica.
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• Se pueden hacer circuitos lógicos. • F il r l i n l l presión.
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SISTEMAS NEUMÁTICOS
• Por razones económicas se limita la presión de trabajo hasta un máximo de 25 bares (normalmente se trabaja con presiones m ximas de 6-10 bares. • Se pueden alcanzar fuerzas máximas de hasta 30 000 N.
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• La baja viscosidad del aire hace que su efecto de amortiguamiento sea baja. • a energ a por an e e a re no se puede usar en su mayor parte.
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• Se presentan problemas en la instalación, como ruidos molestos, figas, condensación y formación de hielo. • El costo como energ a es muy caro en comparación con la eléctrica (es diez veces más caro).
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INSTALACIÓN NEUMÁTICA
PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DE AIRE 1. COMPRESOR. 2. MOTOR ELÉCTRICO. 3. PRESOSTATO. 4. VÁLVULA ANTIRETORNO. 5. DEPÓSITO. 6. MANÓMETRO. 7. PURGA AUTOMÁTICA. 8. VÁLVULA DE SEGURIDAD. 9. SECADOR DE AIRE REFRIGERADO. 10. FILTRO DE LÍNEA.
CIRCUITO DE UTILIZACIÓN 1. TOMA DE AIRE. 2. PURGA AUTOMÁTICA. 3. UNIDAD DE MANTENIMIENTO. 4. VÁLVULA DIRECCIONAL. 5. ACTUADOR. 6. CONTROLADORES DE VELOCIDAD.
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Compresores alternativos
COMPRESOR DE PISTÓN DE UNA ETAPA
COMPRESOR DE PISTÓN DE DOS ETAPAS AOHB
COMPRESOR DE DIAFRAGMA 20
Compresores rotativos
COMPRESOR DE PALETAS
COMPRESOR DE TORNILLO AOHB
TURBO COMPRESOR RADIAL 21
COMPONENTES BÁSICOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
AIRE LIBRE
COMPRESOR
VÁLVULA TUBERÍA DE ACTUADOR CONTROL
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Cilindro Válvulas reguladoras de caudal y de cierre
Válvula distribuidora
Unidad de mantenimiento
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ESTRUCTURA DE UN SISTEMA NEUM TICO
• Fuente de energía o abastecimiento de energía. • Elementos auxiliares. • Elementos emisores de señal o de introducción. . • Órganos de potencia, de ajuste o de gobierno. • Elementos de regulación. • Elementos de accionamiento, de trabajo o de maniobra. AOHB
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REPRESENTACI N ESQUEM TICA DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
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REPRESENTACI N DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
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• V. distribuidoras, direccionales, de distribución o de vías. • V. de bloqueo, antirretorno o de retención. • V. de presión. • . e u o. • V. de cierre o de estanqueidad. • V. temporizadoras. • Unidad de mantenimiento.
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VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS
Estas válvulas controlan la dirección del flujo. Son elementos de control que actúan , , deteniéndolo, cambiando su dirección, distribuyéndolo o uniéndolo.
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REPRESENTACIÓN DE LAS V LVULAS DISTRIBUIDORAS
La representación que se utiliza corresponde a la norma ISO 1219. r n r r n i n r fl la función y el funcionamiento de las válvulas de una manera significativa.
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Cada posición que puede adoptar una válvula distribuidora se representa por medio de un cuadrado.
El número de cuadrados yuxtapuestos indica el número de posibles POSICIONES de la válvula distribuidora. AOHB
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El funcionamiento de cada posición se representa esquemáticamente en el interior de cada casilla. Las líneas representan los conductos . , sentido exclusivo o prioritario de circulación del fluido.
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Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales.
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La unión de conductos internos se representa mediante un punto.
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Las conexiones externas (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo inicial (VÍAS). Las uniones con los actuadores figuran en la parte superior y la alimentación de aire comprimido y el escape en la inferior.
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Si la válvula es de tres posiciones, la intermedia es, en principio, la de reposo.
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Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con dispositivo de re osición automática, a uella osición que ocupa cuando sobre la válvula no se ejerce ninguna acción.
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Los conductos de escape a través de un conducto se representan con un triángulo ligeramente separado del símbolo de la válvula.
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Los conductos de escape sin empalme de tubo, es decir cuando el aire se evacua directamente a la atmósfera se representan mediante un triángulo unido al símbolo de la válvula.
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conexiones
CONDUCTOS
ANTIGUA
ISO, CETOP, DIN, VDI
Alimentación de presión
P
1
Conductos de trabajo
A, B, C, ...
2, 4, 6, ...
Escapes
R, S, T, ...
3, 5, 7
Conductos de ilota e
Z Y X ...
12 14 16 ... ISO
ANTIGUA
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válvulas distribuidoras
Las válvulas distribuidoras se designan por su número de vías o conexiones con el ex er or y e e pos c ones pos es, separadas por una barra.
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Por ejemplo, una válvula 3/2 significa que tiene tres conexiones con el exterior (una n n r r l lim n i n l tercera el escape) y que puede ocupar dos posiciones diferentes.
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Válvulas distribuidoras
Válvula 2/2
Válvula 3/2
Válvula 4/2
Válvula 5/2
Válvula 5/3
NA NA
NC
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 2/2 NORMALMENTE CERRADA
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2 CERRADA EN POSICIÓN DE REPOSO
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2 ABIERTA EN POSICIÓN DE REPOSO
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2 ACCIONADA NEUMÁTICAMENTE
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 4/2
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/2 DE DISCO FLOTANTE
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/2 DE CORREDERA
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VÁLVULA DISTRIBUIDORA 5/3 DE CORREDERA
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Válvula de 3 vías y 2 posiciones, normalmente cerrada 3/2 con accionamiento por pulsador y retorno por muelle
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Válvula de 4 vías y 2 posiciones, 4/2 con accionamiento por rodillo y retorno por muelle
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Válvula 5/2 biestable con accionamiento neumático
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Electroválvula 5/2 biestable
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válvulas distribuidoras
Las válvulas pueden ser accionadas de diferentes maneras, incluso pueden accionarse de manera distinta en un . El accionamiento puede ser manual, mecánico, neumático o eléctrico.
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El manual se hace mediante pulsador, palanca o pedal. El mecánico se efectúa por medio de una l v m ll r ill r normal o escamoteable, es decir si sólo actúa cuando se desplaza el rodillo en un sentido mientras que en el otro se retrae.
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En el accionamiento neumático se utiliza aire comprimido del mismo circuito o de o ro aux ar para man o rar a pos c n e la válvula.
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Generalmente se necesita una presión mínima del aire (presión mínima de pilotaje o de mando) para poder accionar . Dicha presión se especifica en los catálogos en función de la presión de trabajo del circuito.
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El accionamiento eléctrico se efectúa con la fuerza que se provoca al hacer pasar una corriente eléctrica alrededor de una bobina con un núcleo de hierro desplazable en su interior.
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Tiene muchas ventajas frente al resto de accionamientos y da lugar a una ecno og a conoc a como Electroneumática.
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Los accionamientos se representan en las líneas laterales de los cuadrados extremos que simbolizan las válvulas, mediante un pequeño s mbolo. En las siguientes diapositivas se representan los más significativos.
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de las válvulas distribuidoras
3/2 NC con pulsador y retorno por muelle AOHB
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4/2 con pulsador y retorno por muelle AOHB
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5/2 pilotada biestable AOHB
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Llamadas también válvulas antirretorno o de retención, son a uellas ue im iden el aso de aire en un sentido y lo dejan libre en el sentido contrario.
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Las más empleadas son las siguientes: • Válvula de retención • Válvula selectora (módulo O) • Válvula estranguladora con retención • Válvula de escape rápido • Válvula de simultaneidad (módulo Y) AOHB
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Las válvulas antirretorno impiden el paso absolutamente en un sentido, el aire circula con una perdida de presión mínima.
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La obturación en un sentido puede obtenerse mediante un cono, una bola, un disco o una membrana que apoya sobre un asiento.
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VÁLVULA ANTIRRETORNO
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Permite el paso del aire cuando éste procede de uno u otro conducto. Esta válvula tiene dos entradas 12 y 14, y una salida.
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Cuando el aire comprimido entra por la entrada 12, la bola obtura la entrada 14, y el aire circula de 12 hacia 2.
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También cuando el aire llega por 14 se obtura la conexión 12 y pasa de 14 hacia 2.
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Por otra parte, cuando el aire regresa, es decir procede de 2, 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 12 ó 14.
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VÁLVULA SELECTORA
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Esta válvula se denomina también “elemento O (OR)”; aísla las señales emitidas por dos válvulas de e impide que el aire escape por una segunda válvula de señalización.
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Se utiliza también cuando se desea mandar un cilindro o una válvula de gobierno desde dos o más puntos.
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Válvula estranguladora con retención
VÁLVULA ESTRANGULADORA CON RETENCIÓN
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Se trata de un válvula que evacua el aire de manera rá ida hacia la atmósfera.
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97
Esta válvula permite elevar la velocidad de los émbolos de los cilindros. on e a se a orran argos t empos de retorno, especialmente si se trata de cilindros de simple efecto.
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La válvula tiene una conexión de alimentación 1 y otra de escape 3, que pueden cerrarse. Cuando el aire procede de la alimentación se cierra 3 y pasa hacia 2. Si el aire procede de 2 se cierra 1 y el aire se dirige directamente a 3. AOHB
99
Se recomienda montar esta válvula directamente sobre el cilindro o lo de mejorar su efecto.
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100
La velocidad de retorno del vástago de un cilindro de simple efecto o la de un cilindro de doble efecto en cualquiera de sus dos sentidos puede ser incrementada por medio de una válvula de escape rápido.
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VÁLVULA DE ESCAPE RÁPIDO
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102
Esta válvula tan solo se abre cuando recibe señales simultáneas de dos lugares diferentes.
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104
Esta válvula tiene dos entradas 12 y 14, y una salida 2. El aire comprimido puede pasar únicamente cuando hay presión en ambas entradas.
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105
Una única señal de entrada en 12 ó 14 interrumpe el flujo, en razón del esequ r o e uerzas que act an sobre la pieza móvil.
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106
Cuando las señales están des lazadas cronoló icamente, la última es la que llega a la salida 2.
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107
Si las señales de entrada son de una presión distinta, la mayor cierra a v vu a y a menor se r ge ac a la salida 2.
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VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD
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109
Esta válvula se denomina también módulo “Y” o función lógica “and”. iliz rin i lm n nm n de enclavamiento, funciones de control y operaciones lógicas.
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110
Se emplea si se desea que un cilindro sea maniobrado cuando se r i n ñ l ir m rimi simultáneas desde dos puntos diferentes.
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111
Es el caso en que interesa por cuestiones de seguridad que el manos al accionar un elemento que pudiera dañarlas.
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112
Antiguamente llamadas válvulas de caudal, ya que actúan de modo preferente sobre el caudal. La acción sobre el caudal (flujo), se limita exclusivamente al caudal circulante.
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VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL
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116
V LVULAS DE PRESI N
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118
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.
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Válvula reguladora presión
Tiene la misión de mantener constante la presión en su salida que exista a la entrada.
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Tienen como finalidad fundamental obtener una presión invariable en los elementos de trabajo fluctuaciones de la presión que normalmente se producen en la red de distribución.
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122
La presión de entrada mínima debe ser siem re, obviamente, su erior a la exigida a la salida.
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123
Existen dos tipos, una con orificio de escape a la atmósfera y otra sin él, con as caracter st cas que a continuación se explican.
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124
Válvula reguladora 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 dis one 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. AOHB
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La regulación de la presión se consigue de la manera siguiente. Si la presión de salida es superior a la oprimiendo el muelle y dejando paso el aire hacia el exterior a través del orificio de escape.
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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. AOHB
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El muelle que dispone esta válvula xili r i n r n rl oscilaciones excesivas.
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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN CON ORIFICIO DE ESCAPE
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Válvula reguladora 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 necesario que se consuma el aire para reducir la presión al valor de consigna. AOHB
132
VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN SIN ORIFICIO DE ESCAPE
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También llamada válvula de alivio, sobrepresión o de seguridad, es una reguladora de presión, la diferencia estriba en su utilidad.
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Mientras que las válvulas reguladoras de presión se utilizan para proteger los elementos neumáticos, las válvulas limitadoras de presión se emplean para limitar la presión de toda la red.
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136
No admiten que la presión en el sistema sobrepase un valor máximo admisible.
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137
Al alcanzar en la entrada de la válvula el valor máximo de presión, se abre la salida y el aire sale a la atmósfera. La válvula ermanece abierta hasta que el muelle incorporado, una vez alcanzada la presión ajustada en función de la característica del muelle, cierra el paso. AOHB
138
VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN
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Su funcionamiento es muy similar al de la válvula limitadora de presión, la diferencia estriba que en vez de alcanzarse la presión de consigna, deja pasar el aire para realizar un determinado cometido.
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141
El aire no circula de 1 (P) hacia la salida 2 (A), mientras que en el conducto de mando 12 no se . Un émbolo de mando abre el paso de 1 hacia 2.
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142
Estas válvulas se montan en mandos neumáticos que actúan para un fenómeno de conmutación.
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143
VÁLVULA DE SECUENCIA
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V LVULAS TEMPORIZADORAS
El temporizador neumático, es una unidad formada por tres elementos básicos: • • Una válvula reguladora de caudal unidireccional • Un acumulador
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VÁLVULA TEMPORIZADORA NORMALMENTE ABIERTA
AOHB
147
La regulación del tiempo se logra estrangulando el paso del fluido que acumulador.
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148
Cuando la cantidad de aire que ha ingresado al acumulador genera una presión suficiente para vencer el direccional para bloquear la señal de presión y establecer comunicación entre 2 (A) y 3 (R).
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149
Cuando la línea 12 (Z) se pone en descarga, el fluido sale del acumulador a través del conducto membrana flexible (antirretorno) en lugar de seguir por la estrangulación ya que esto significa un mayor esfuerzo. AOHB
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VÁLVULA TEMPORIZADORA NORMALMENTE CERRADA
AOHB
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MANTENIMIENTO
La unidad de mantenimiento representa una combinación de los siguientes elementos: • • Regulador de presión • Lubricador de aire comprimido
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153
Símbolo ISO 154 AOHB
FILTRO
155 AOHB
VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN
156 AOHB
LUBRICADOR
157 AOHB
AOHB
159
AOHB
161
AOHB
163
Cilindros
AOHB
165
Expulsión de una pieza mecanizada por movimiento oscilatorio hacia una rampa de caída
AOHB
167
Verificación de tapas en línea de producción
AOHB
168
Distribución y dosificación de un determinado volumen mediante introducción de una cuchara en un depósito
AOHB
169
Accionamiento puerta de dos batientes
AOHB
170
Fresado doble con aproximación automática de las fresas
AOHB
171
Desplazamiento automático de una sierra de disco
AOHB
172
Sujeción automática de piezas en máquina de taladrar
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173
Cambio de sentido de piezas en una cinta transportadora
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174
Transporte de cajas a distinto nivel con giro simultáneo
AOHB
175
Distribución de piezas a dos puntos distintos
AOHB
176
Elevador con cilindros neumáticos para puestos de montaje
AOHB
177
Avance indirecto de un husillo de taladrar por medio de un cilindro lineal
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178
Mesa giratoria de producción automatizada
AOHB
179
esquemas neumáticos
NORMA
SIGNIFICADO
ISO
International Standard Organization (Organización Internacional de Normas) Comité Euro éen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques (Asociación Europea de Transmisiones Oleo hidráulicas y Neumáticas) Deutsches Institur für Normung (Instituto Alemán de Normalización)
CETOP
DIN
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181
NORMA
SIGNIFICADO
VDI
Verein Deutscher Ingenieure (Asociación Alemana de Ingenieros) Una Norma Española En neumática, la ISO 1219 es equivalente a la UNE 101 149-86
UNE
AOHB
182
REALIZACIÓN DEL
NIVEL
COMPONENTE
EJEMPLOS
6º
Elementos de trabajo
Cilindros, motores neumáticos
5º
Elementos de regulación de velocidad
Reguladores de caudal unidireccional
4º
Elementos de potencia
Válvula distribuidora para el cilindro
3º
Elementos de tratamiento de señal
Selectores de función “O” e “Y”
2º
Elementos de entrada de señal
Microválvulas de acc. manual, final de carrera
1º
Fuente de alimentación de energía
Unidad de mantenimiento
AOHB
184
NUMERACI N DE LOS ELEMENTOS
1.Los elementos de trabajo van numerados por este orden:
1.0, 2.0, 3.0, ... 2. Los elementos de potencia o distribuidores principales llevan:
1.1, 2.1, 3.1, ...
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186
3. Los captadores de señal se nombran con: - Los que intervienen en la salida del vástago (pares):
. , . , . , ... 2.2, 2.4, 2.6, ... 3.2, 3.4, 3.6, … …
AOHB
187
- Los que intervienen en el retroceso del vástago (impares):
1.3, 1.5, 1.7, … 2.3, 2.5, 2.7, … 3.3, 3.5, 3,7, … …
AOHB
188
4. Los elementos de regulación de velocidad: - Los que intervienen en la salida del vástago (pares):
1.02, 2.02, 3.02, … - Los que intervienen en el retroceso del vástago (impares):
1.03, 2.03, 3.03, …
AOHB
189
5. Los elementos auxiliares de producción y tratamiento de aire:
0.1, 0.2, 0.3, ...
AOHB
190
AOHB
191
CIRCUITOS NEUM TICOS BÁSICOS
CONTROL DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO CON VÁLVULA 2/2
AOHB
193
CONTROL DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO CON VÁLVULA 3/2
AOHB
194
REGULACIÓN DE LA VELOCIDAD DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO EFECTO
AOHB
195
CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON VÁLVULA 5/2
AOHB
196
CONTROL MANUAL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO
AOHB
197
ACCIONAMIENTO MANUAL Y RETORNO AUTOMÁTICO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO
AOHB
198
CONTROL AUTOMÁTICO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO
AOHB
199
TIPOS DE REPRESENTACIÓN DE ESQUEMAS NEUMÁTICOS
Hay tres tipos de representaciones de los 1. Esquemas de situación o de disposición 2. Diagramas de funcionamiento 3. Esquema del sistema neumático
AOHB
201
ESQUEMAS DE SITUACIÓN O DISPOSICIÓN
Muestran la ubicación de los elementos con los que se trabaja y el proceso que se est realizando. Deben ser sencillos y limitarse a lo esencial.
AOHB
203
de situación
Se requiere diseñar un sistema elevadorempujador de cajas de maderas, para elevar cajas de madera conteniendo productos frágiles a un segundo nivel, con un cilindro de simple efecto, y luego desplazarlas hacia una cinta tran tr ansp spor orta tado dora ra de rodi rodillllos os medi median ante te otro otro cilindro de simple efecto. AOHB
205
Esquema de situación del sistema elevador-empujador de las cajas de madera
206 206
Diagrama de funcionamiento
DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO
Estos diagramas a su vez pueden ser: . . b. Diagramas espacio-tiempo. c. Diagramas espacio-fase-tiempo.
AOHB
208
-
DIAGRAMA ESPACIO-FASE
Representa la posición de cada elemento e man o y o ra a o respec o a os demás, en las fases de conmutación.
AOHB
210
espacio-fase
Diagrama espacio-fase del sistema elevador-empujador de cajas de madera
AOHB
212
-
DIAGRAMA ESPACIO-TIEMPO
Representa la posición de cada elemento e man o y o ra a o respec o a os demás, en función del tiempo.
AOHB
214
-
-
DIAGRAMA ESPACIO-FASE-TIEMPO
Representa la posición de cada elemento e man o y o ra a o respec o a as ases de conmutación y tiempo.
AOHB
216
Esquema del sistema neumático
ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
La elaboración de estos esquemas se realiza con el uso de los símbolos de la norma ISO 1219.
AOHB
218
ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
Se debe tener presente las siguientes reglas: 1. El desarrollo del esquema se realiza de , energía, continuándose la representación de los diferentes elementos de mando de izquierda a derecha.
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219
ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
2. La designación de los elementos se hace de acuerdo a la nomenclatura numérica de los elementos presentes en el esquema neumático.
AOHB
220
ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
3. La numeración se hace en sentido el índice del eslabón de mando al que pertenece.
AOHB
221
neumático
222
Esquema del sistema elevador-empujador de cajas de madera
223 AOHB
223