INTRODUCCIÓN La neumática (del griego πνεῦμα "aire") es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.
Elementos de un circuito neumático Los circuitos neumáticos utilizan aire sometido a presión como medio para transmitir fuerza. Este aire se obtiene directamente de la atmósfera, se comprime y se prepara para poder ser utilizado en los circuitos. En forma resumida un sistema neumático está compuesto de los siguientes componentes:
Figura I: Circuito básico. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Entrada de aire Filtro de aspiración Moto-Compresor Secador refrigerador Acumulador Purgador Unidad de mantenimiento {Filtro de aire, Regulador Regulador de presión y Lubricador.
OBJETIVO
Conocer los circuitos básicos de uso común en neumática. Diseñar circuitos neumáticos a partir de una especificaciones dadas.
MARCO TEÓRICO La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Mediante un fluido, ya sea aire (neumática), aceite o agua (hidráulica) se puede conseguir mover un motor en movimiento giratorio o accionar un cilindro para que tenga un movimiento de salida o retroceso de un vástago (barra). Esto hoy en día tiene infinidad de aplicaciones como pueden ser la apertura o cierre de puertas en trenes o autobuses, levantamiento de grandes pesos, accionamientos para mover determinados elementos, etc.
CILINDROS Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial del aire comprimido en energía cinética o fuerzas prensoras. Su función es la de realizar un movimiento alternativo, subdividido en carrera de avance y carrera de retroceso. Se distinguen dos tipos de cilindros neumáticos: o o
Cilindros de simple efecto Cilindros de doble efecto
Cilindros de Simple efecto: En este tipo de cilindros el aire comprimido actúa en una sola dirección de movimiento para realizar el trabajo, utilizando un muelle interior o una fuerza externa para completar la carrera de retroceso. Su aplicación se limita a trabajos simples como sujeción, expulsión, alimentación, etc.
Cilindros de doble efecto Este tipo de cilindros son los más empleados, en estos el aire comprimido actúa en cualquiera de las dos cámaras, por lo tanto el embolo y el vástago del cilindro se pueden desplazar en cualquiera de las dos direcciones por efecto del fluido. Para que se pueda realizar un trabajo, o sea el vástago se desplace en alguna dirección es preciso que una de las cámaras este alimentada y la otra abierta a la atmósfera o sea en escape.
DESARROLLO
Mando directo de un actuador de simple efecto
El vástago de un cilindro de simple efecto debe salir al accionar un pulsador. Al soltar el pulsador debe volver a la posición inicial. En la Figura 1 (b) Al accionar la válvula 3/2 pasa el aire comprimido de 1 a 2, el escape 3 está cerrado. Al soltar el pulsador se realiza el retroceso de la válvula mediante el muelle. En la Figura 1 (a) la cámara del cilindro y el conducto se ponen en escape de 2 hacia 3, la alimentación de aire comprimido 1 está cerrada.
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador
Figura 1. Mando de un cilindro de simple efecto, En la figura 2, se muestra la forma de desplazamiento del vástago al accionar y soltar el pulsador.
Figura 2. Desplazamiento, cilindro-simple efecto.
Mando de un actuador de doble efecto.
El vástago de un cilindro de doble efecto al accionar un pulsador cambia de posición. Al soltar el pulsador debe volver a la posición inicial. En la Figura 3 (b) Al accionar la válvula 4/2 pasa el aire comprimido de 1 a 4, el escape de 2 a 3. Al soltar el pulsador se realiza el retroceso de la válvula mediante el muelle se cambia la posición, Figura 3 (a) la cámara del cilindro y el conducto se ponen en escape de 4 hacia 3, la alimentación de aire comprimido 1 hacia 2.
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador
Figura 3. Mando de un cilindro de Doble efecto, En la figura 4, se muestra la forma de desplazamiento del vástago al accionar y soltar el pulsador.
Figura 4. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto.
Otra alternativa para doble efecto.
Esta forma es poco recomendable por que puede existir la condición de simultaneidad en el accionamiento de ambas válvulas.
a)Pocision inicial
c) Accionando la segunda válvula
b) Accionando la primera válvula
c) Dejar de accionar las válvulas
Figura 5. Mando de un cilindro de Doble efecto, En la figura 5, (a) se muestra la posición antes de empezar a accionar las válvulas las entradas de presión están cerradas, en (b) se acciona la primera válvula, el vástago se extiende y al soltarlo no regresa, en (c) se acciona la segunda válvula y regresa a la poción inicial se deja de accionar y queda tal y como se muestra en (d). En la figura 6, se muestra la forma de desplazamiento del cilindro al accionar y soltar el pulsador contra el tiempo que tarda en desplazarse.
Figura 6. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto.
Mando indirecto de pilotaje
En ocasiones resulta inconveniente o imposible realizar o gobernar directamente un actuador.
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador
Figura 7. Mando de un cilindro de Doble efecto, En la figura 7, (a) pasa el aire comprimido de 1 hacia 2 en la válvula 4/2 y se escapa de 4 hacia 3, en (b) se acciona el pulsador con un flujo de aire presurizado se acciona el pilotaje y permite la transición del flujo de 1 hacia 4 en la válvula de 4/2 y salida de 2 hacia 3, al soltarlo se regresa a la posición inicial. En la siguiente figura se muestra la forma del desplazamiento del vástago.
Figura 8. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto.
Mando de un actuador- pilotado doble.
En un inicio de este sistema en la figura 9, en (a) se encuentra en una posición inicial en el cual las válvulas se encuentran cerradas, en (b) se acciona la primera
válvula, se extiende el vástago con escape de salida en la segunda válvula, en (c) se acciona la segunda válvula, regresa a la posición inicial y el escape de salida ahora es en la primera válvula.
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador-válvula uno
c) Accionando el pulsador-válvula dos
Figura 9. Mando de un cilindro de Doble efecto, A continuación se muestra la gráfica de desplazamiento
Figura 10. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto.
Regulación de velocidad de un cilindro- Doble efecto
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador
Figura 11. Mando de un cilindro de Doble efecto. Con este tipo de sistemas se puede regular la velocidad de salida, usando una válvula Anti-retorno estrangulada, el cual nos permitirá controlar la velocidad de salida y entrada. A continuación se muestra la gráfica de desplazamiento.
Figura 12. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto.
Aumento de velocidad en cilindros d Doble efecto.
El funcionamiento es una válvula de escape rápido que cilindro y del conducto.
realiza la purga del
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador
Figura 13. Mando de un cilindro de Doble efecto. En este caso al accionar el pulsador el flujo 13, en (b) pasa de 1 hacia 4 y la salida de 2 hacia 3, Aumenta su velocidad del cilindro debido a que se tiene un escape rápido, en (a) al soltarlo se regresa a su posición inicial. Grafica de desplazamiento.
Figura 14. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto.
Mando simultaneo en cilindro de Doble efecto
El vástago de un cilindro de doble efecto debe salir al accionar una válvula y retroceder a su posición inicial al soltar dicha válvula, tal como se muestra en las siguientes figuras.
a) Antes de accionar
b) Accionando el pulsador
Figura 15. Mando de un cilindro de Doble efecto. A continuación se muestra la gráfica del desplazamiento del vástago.
Figura 16. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto. o
Usando válvula AND
Su funcionamiento es el siguiente: En la válvula AND, en la salida (2) hay presión, cuando hay presión en las dos (1) simultáneamente. Presenta la siguiente tabla de verdad (0 sin presión ,1 con presión)
Accionando las dos válvulas de pulsador simultáneamente (P1 y P2), hacemos que cambien de posición, por lo que tenemos presión en la salida de la válvula AND, introduciendo presión en la cámara anterior del cilindro, haciendo que este salga. El cilindro se va a mantener en esta posición, mientras las dos las válvulas están accionadas figura 17.c, si se deja de accionar alguna válvula se regresa a su estado inicial 17.a.
a) estado inicial sin accionamiento
b) accionando la segunda válvula
c) accionando la primera válvula Figura 17. Mando de un cilindro de Doble efecto usando AND.
Grafica de desplazamiento usando la válvula AND.
Figura 18. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto usando AND.
o
Usando válvula OR
Su funcionamiento es el siguiente: En la válvula OR, en la salida (2) hay presión, cuando en cualquiera de las dos entradas (1) hay presión. Presenta la siguiente tabla de verdad (0 sin presión ,1 con presión)
Accionando cualquiera de las válvula de pulsador (P1 o P2), hacemos que cambien de posición (comunica las vías 1 y 2), por lo que tenemos presión en la salida de la válvula OR, introduciendo presión en la cámara anterior del cilindro, haciendo que este salga. El cilindro se va a mantener en esta posición, mientras cualquiera (o las dos) de las válvulas están accionadas.
a) estado inicial sin accionamiento
b) accionando la segunda válvula
c) accionando la primera válvula Figura 17. Mando de un cilindro de Doble efecto usando OR. Grafica de desplazamiento usando la válvula OR.
Figura 18. Desplazamiento, cilindro-Doble efecto usando OR.
CONCLUSIONES Se logró familiarizarse con el software FluidSIM para las simulaciones de los distintos circuitos que se utilizan para accionar un cilindro simple o doble efecto, como también se aprendió distinguir los distintos elementos que componen un circuito neumático y su función. También se conocieron los distintos mandos para el cilindro y sus principales ventajas o desventajas.
BIBLIOGRAFIA [1] http://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1tica [2] https://sites.google.com/site/292neumaticabasica/circuitos-neumaticos-simples [3] http://www.fluiddraw.de/fluidsim/download/hb-spa-p.pdf
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LA MIXTECA.
Sistemas Mecatrónicos 1:
Practica 1 Circuitos neumáticos básicos.
ELABORADO POR: DOMINGO GASPAR GASPAR.
PROFESOR: DR. MANUEL ARIAS MONTIEL.
