MEC275 - Métodos de Manufacturas Avanzado
Patrick Cholley Daniela Valentina Canales Grupo 2 02-2014
Informe n°2
Neumática
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Contenido Introducción Neumática Visita laboratorio Opinión personal de la tecnología tecnologí a Referencias
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Introducción En la clase del 10 de septiembre de Métodos de manufactura avanzada se estudiaron los conceptos de Neumática e Hidráulica, sus componentes, como se comporta y se compone un sistema hidráulico y neumático. Se aprendieron varios conceptos a partir de vídeos interactivos que diagramaban el funcionamiento de un sistema neumático. Se estudió en base al archivo entregado en la clase. Del cual se recogieron referentes para realizar este informe.
Previamente la clase nos dio los conocimientos teóricos de la utilización y generación de procesos utilizando aire comprimido para la transmisión de energía. La visita nos permitió de utilizar elementos como válvulas.
El objetivo principal de la visita, es de ver funcionar los elementos de un proceso neumática. Es mas fácil de entender, viendo los elementos en marcha y actuar sobre ellos.
En este informe se comenzara dando una descripción de la tecnología neumática. Así hablar de la relación entre teoría y materia durante la visita. Finalmente, existe una sección donde se expresan las opiniones de cada integrantes.
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Neumática La neumática es la transmisión de energía a través de conexiones de un fluido comprimido. Comúnmente es conocido por emplear aire comprimido pero también puede ser agua, aceite u otro fluido compresible. Este último se conoce como hidráulica. El sistema neumático funciona por una conexión que une un cilindro a una entrada y una salida por donde el fluido comprimido ejerce presión. El cilindro contiene un pistón y el aire comprimido mueve el pistón desde la entrada de aire hacia la salida del aire. El pistón mueve un vástago en 2 direcciones, una de salida y otra de retorno. El vástago al moverse acciona otros componentes. Las entradas y salidas del cilindro están conectadas a mangueras que se unen a otros componentes formando un sistema neumático.
Básicamente lo que sucede con el fluido al comprimirse y generar movimiento en el sistema neumático se resume en la siguiente cita: “…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…” (wikipedia. (2013). Neumática. 5 de Junio 2013, de Wikipedia Sitio web: http://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1tica)
Imagen descriptiva de un cilindro de doble efecto que contiene un pistón. El fluido comprimido entra por el espacio 6 moviendo el pistón hacia adelante. El movimiento de retorno del pistón se genera cuando el fluido entra por el espacio 8. Imagen extraída de la página Web: http://sitioniche.nichese.com/cilindros-dobles.html
El sistema neumático tiene ventajas y desventajas. Se pueden enumerar las ventajas que se obtienen del uso práctico del aire. Éstas son: Al ser el aire un elemento limpio, abundante y simple de acumular, se pueden construir sistemas neumáticos seguros, simples de transportar y a un menor costo que otros generadores de energía. El aire comprimido permite llegar a altas velocidades.
Algunas desventajas de este sistema son que la presión del aire es poca, se puede llegar de 3 a 10 bar de presión por lo que la fuerza que proporciona un mecanismo neumático no va a ser superior a 30 kN. El aire
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comprimido no se transmite de manera uniforme, es ruidoso y las instalaciones de un mecanismo neumático requieren un espacio amplio, ya que sus componentes tienen un tamaño considerable.
Un sistema Neumático se puede componer con los siguientes elementos. En la imagen se puede apreciar que cada componente tiene una simbología en particular. Estos íconos son empleados en diagramas para representar el funcionamiento del sistema neumático:
En esta imagen se pueden visualizar los componentes del sistema neumático descritos a continuación. Imagen extraída de la página web: http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm
Compresores o generadores : Los compresores son los que absorben el aire de la atmósfera y aumentan su presión a la medida que se necesita para el trabajo. El compresor transporta el fluido comprimido a un acumulador y por las cañerías al resto del sistema.
Un Acumulador: El acumulador es el depósito que contiene el aire comprimido del compresor y lo enfría. Este depósito normalmente tiene un termómetro y un manómetro, los cuales sirven para controlar el fluido.
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Unidad de mantenimiento: La unidad de mantenimiento acondiciona el aire en el sistema. Esta unidad contiene elementos de protección como el filtro, el regulador de presión y el lubricante que limpia el fluido de impurezas, humedad, lubrican el sistema y lo mantienen a una presión relativamente constante.
Imagen que representa la unidad de mantenimiento y sus componentes mencionadas anteriormente. Imagen extraída de l a página web: http://labelectronica.weebly.com/uploads/8/1/9/2/8192835/sistemas_neumticos.pdf
El lubricador se encarga de lubricar los sistemas neumáticos e hidráulicos entregando aceite al compresor para lubricar los componentes del sistema. El lubricador protege los elementos de la corrosión. El filtro se caracteriza por ser un contenedor de aluminio fundido, por lo que es un objeto resistente a la presión. Está compuesto por una entrada para el aire comprimido y enfriado, un indicador de temperatura y humedad, un filtro desecante de alúmina, un indicador de presión y una válvula de seguridad, las almohadillas de fieltro y parrillas de acero inoxidable y el elemento de filtro de coalescencia de salida. El aire entra en este filtro y fluye por la periferia del interior del contenedor. Este efecto permite que las partículas, impureza y humedad se condensan en el centro del contenedor. Luego el aire limpio sale hacia la cañería directo a la válvula de control. El agua condensada pasa a un separador de agua.
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Imagen extraída del archivo ppt. De la clase del 10 de septiembre de neumática. En esta imagen se pueden apreciar los elementos de un filtro.
Imagen extraída del archivo power point de la clase neumática.
El regulador de presión reduce la presión de la fuente de aire, en este caso del condensador y acumulador para penetrar a la válvula y al cilindro, se encarga de mantener la presión de salida constante a pesar de que la salida de la presión del acumulador fluctúe.
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Imagen de un regulador de presión. En el regulador de presión se reduce la presión del aire comprimido proveniente del acumulador para llevarla a la válvula y al cilindro de trabajo. Imagen extraída del video: http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=zBMCgaNkclA&feature=endscreen
Elementos de control: Los elementos de control son válvulas que permiten el paso del fluido comprimido para que ejerza presión dentro del operador o elementos de trabajo.
Un sistema de distribución o elementos de transporte: El sistema de distribución está compuesto por todas las cañerías y tuberías, que permiten el paso del fluido a través del sistema.
Operador o elementos de trabajo: Los elementos de trabajo pueden ser uno o más cilindros que contienen un pistón y vástago donde el trabajo se lleva a cabo. El aire comprimido penetra al cilindro y empuja el pistón, que se conecta a un émbolo o a un vástago para transmitir el movimiento a una acción o a un motor. Existen varios tipos de cilindros. Se presentará la diferencia entre un cilindros de efecto simple y un cilindro de efecto doble. Los cilindros de efecto simple realizan esfuerzo sólo en un sentido. En el sentido que el aire comprimido penetra en el cilindro. Este tipo de cilindros son empleados en trabajos de sujeción o expulsión de piezas. En algunos sistemas neumáticos se emplean cilindros de doble efecto. Los cuales tienen dos entradas de presión hacia el cilindro. A pesar de que se utiliza el doble de aire sus ventajas son que permite hacer trabajo en dos sentidos y no se pierde fuerza en presionar un muelle aprovechando la longitud del cilindro. Con un muelle se desaprovecha el espacio.
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En esta imagen se explica la diferencia entre un cilindro de efecto simple y un cilindro de efecto doble con respecto al muelle. En el cilindro de efecto simple el muelle ocupa un espacio que se desaprovecha. Imagen extraída del video: http://www.youtube.com/watch?v=TZ5_8H4Bkho
El recorrido del aire a través del sistema neumático es el siguiente. Entra de la atmósfera al sistema pasando por el compresor, luego por el sistema de mantenimiento o acondicionamiento para entrar a las válvulas y a los actuadores, operadores o elementos de trabajo. El actuador es el elemento que ejerce una acción. Esta acción se puede traducir en el movimiento de una palanca, presionar algún botón mecánico o manual o enviar una señal eléctrica a través de imanes a un sistema de control computarizado. El sistema de la imagen es cíclico. La acción se realiza repetitivamente o automáticamente.
En esta imagen se puede observar el recorrido del fluido comprimido a través de los distintos componentes que generan el movimiento. Imagen extraída de la página web: http://lincolnmartinezarrieta1101.blogspot.com/2012/08/sistema-tecnologico.html
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Símbolos en Hidráulica Cada componente tiene una simbología en particular. Estos íconos son empleados en diagramas para representar el funcionamiento del sistema neumático. Una válvula tiene un número de posiciones que está determinado por la cantidad de conexiones que se puedan dar entre las vías. En las siguientes imágenes se explica el concepto mencionado en el párrafo anterior:
Los casilleros representan la cantidad de posiciones que tiene la válvula
De izquierda a derecha. En la primera y segunda figura se muestra una válvula de 2 vías y 2 posiciones. En la tercera figura se presenta una válvula de 3 vías y 2 posiciones. Las flechas indican la dirección del fluido. Imagen extraída de la página web: http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm
A continuación se entrega la simbología de los componentes de un sistema neumático y sus nombres:
Simbología para las componentes de un sistema neumático. En la primera figura están los íconos para el compresor, el depósito. El nanómetro, termómetro, el filtro (figura del centro) y el regulador de presión (figura a la derecha) pertenecen a los componentes de la unidad de mantenimiento. Imagen extraída de la página web: http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm
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Las primeras dos figuras de izquierda a derecha representan un cilindro de efecto simple. La figura de la derecha representa un cilindro de efecto doble. Imagen extraída de la página web: http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm
En la siguiente figura están representadas las palancas y sus tipos. Una palanca manual, por rodillo, con contacto eléctrico o por pedal. En el cuadro se muestran ejemplos de válvulas con distintas funciones. Imagen extraída de la página web: http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm
Aplicaciones La hidráulica se emplea en la industria que necesita trabajar con grandes cargas, mayor fuerza y a altas presiones. Por ejemplo en la hidráulica de aviación donde se trabaja con presiones hasta de 500 bar en el servicio. A mayor presión se puede trabajar con elementos de trabajo de menor tamaño.
Otros ejemplos son en la industria de la construcción, para maquinas excavadoras, levantar, perforar o transportar grandes volúmenes y cargas pesadas de escombros o materiales. El mecanismo de los camiones recolectores de basura por donde muelen la basura y la comprimen. La neumática se emplea en la industria que trabaja con cargas reducidas, que necesita menor fuerza para llevar a cabo sus procesos pero se pueden conseguir altas velocidades. La neumática se emplea en procesos donde la limpieza es fundamental, donde resulta imprescindible mantener los productos fuera de contaminantes. Por ejemplo en la industria farmacéutica, en la industria agrícola en la selección de frutas por tamaño, en empresas que trabajan con procesos de empaque.
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Visita laboratorio Ahora, se va a poner en relación los conocimientos teóricos del curso con las experiencias realizadas durante la visita del laboratorio.
Al principio de un proceso utilizando neumática, se encuentra un compresor y un acumulador, ellos sirven a comprimir y acumular el aire en presión. Esta etapa es obligatoria en el proceso. En la foto siguiente, se ve el sistema del laboratorio. El compresor a la izquierda y el acumulador a la derecha.
La presión necesaria para transmitir energía esta dependiente del fluido utilizado, los datos son los siguientes : Tipo de proc eso
Presión
Ai re c om pr eso
hasta 10 bars utilización entre 6 y 8 bars
Ac eit e
200 bars hasta 500 bars
Aumentar la presión en el caso de la utilización del aceite permite de reducir el tamaño de los efectos. Después de la generación de aire comprimido, el aire circula en una unidad de mantenimiento, esa unidad este compuesto de las siguientes partes :
- un filtro, para eliminar las impurezas. 12 de 20
- un regulador de presión, para bajar la presión entre la de almacenamiento en el acumulador y la de utilización de los varios efectos.
- un lubricador, para proteger los elementos mecánicos, se difunde una niebla lubricante en el aire.
De acuerdo con los diferentes efectos vio en clase, durante las experiencias, se utiliza dos tipos de efectos :
- un motor - varios cilindros
Durante la visita del laboratorio, se utiliza varios efectos con materiales transparentes y un fluido rojo. Así se puede ver el funcionamiento de los efectos, particularmente los válvulas. Estos efectos transparentes, con la luz de un proyector permiten mostrar fácilmente a un clase los principios de la neumática. Se muestra varios válvulas durante la presentación.
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La válvula 2/2 vias, puede servir a manejar un motor. En una posición el motor funciona en un lado, en una otra posición el motor no funciona. Por ejemplo, si se utiliza una válvula 3/2 vías se puede manejar el los dos lados, pero nunca se puede parar el motor.
. Aquí podemos ver dos válvulas : La primera es una 3/2 vías. Es decir que comporta 3 vías y 2 posiciones. La segunda es una 4/2 vías. Estos dos válvulas diferentes son de una gran importancia. Utilizado con el mismo cilindro, la primero da un simple efecto al cilindro aunque la segunda da un doble efecto. Se ve aquí la importancia del estudio
teórico antes de la fabricación de un proceso.
El esquema siguiente resume la diferencia entre estas dos válvulas (simple o doble efectos del cilindro) :
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Ademas, de acuerdo con el curso de neumática, se muestra la utilidad de cada tipos de mandos. Que por ejemplo pueden mantener un efecto en un posición normalmente cerrada o abierta.
Aquí una válvula de bloqueo anti retorno : Después, se muestra válvulas mas complejas aplicado a los dos efectos motor y cilindro. Esta válvula 5/3 vías, permite de girar el motor en ambos lados. Y lo mismo para el cilindro que se puede desplazar en los dos lados.
Aquí, se ve el montaje con ambos una válvula 5/3 vías y una válvula de bloqueo.
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Al fin, se ve el ejemplo de la clase. es decir la integración de los diferentes efectos que comprende un circuito neumática en un proceso complejo, como se puede ver en la industria. Aquí el ejemplo del laboratorio con el estampado, se describe el proceso y la secuencia.
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Las secuencias se pueden fabricar gracias al conocimiento de las posiciones de los cilindros a cada momento. Ademas, dos estrategias pueden ser utilizadas :
- Primero, un sistema con válvulas por las funciones de control y captador. Aquí se puede ver dos captores neumáticos :
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Segundo, un sistema con un controlador lógico por las funciones de control y captador. Esta estrategia, puede ser mas cara, pero tiene la ventaja de ser flexible, es decir que se puede programar de nuevo. Y así modificar la secuencia del proceso. Lo que va a ser muy difícil y mas caro con un sistema con solamente efectos neumáticos. Ademas vemos que se puede ganar espacio en las zonas de trabajo porque los capadores son mas pequeños que las válvulas.
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Opinión personal de la tecnologí a
Daniela Valentina Canales Para un ingeniero en diseño de productos o incluso para todo diseñador industrial le es muy útil conocer el concepto de tecnología neumática y el funcionamiento de un sistema neumático o hidráulico. Ya que es una forma de almacenar energía potencial y puede generar movimiento, mover motores o crear sistemas móviles. Un ejemplo de un sistema neumpatico-hidráulico aplicado en las artes es el artista Theo Jansen y sus esculturas cinéticas: https://www.youtube.com/watch?v=M5nIxOrgnOk Es notable que con fluidos elementales como el aire y el agua o en otros casos el aceite se pueda generar energía al almacenarlos en compresión. La tecnología hidráulica y neumática se considera como un sistema confiable, ya que se emplea en mecanismos de freno de autos y camiones. La neumática se puede emplear para funciones de seguridad. En la industria se emplea esta tecnología para producir productos en serie o para realizar parte de procesos productivos automatizados. La tecnología hidráulica y la neumática se emplean para trabajar con altas presiones y a mayor fuerza que en neumática. En hidráulica se puede llegar hasta los 500 bar. Con la tecnología neumática se puede trabajar hasta con 10 bar, no es conveniente trabajar a mayores presiones en neumática, ya que deja de ser un proceso económico. En neumática se puede trabajar con altas velocidades.
Patrick Cholley La tecnología neumática y hidráulica aporta muchas ventajas en el ámbito industrial. Esa tecnología da muchas posibilidades para la automatización de procesos. Esos procesos son de gran confiabilidad, y pueden ser utilizado en varios campos industrial, de la utilización en las plantas a la utilización en los aviones (como en el caso de la hidráulica). La tecnología neumática y hidráulica permite transformar la energía de un fluido en un movimiento. Ademas la neumática es fácilmente utilizable en las plantas, con la facilidad de generar aire comprimido. Al contrario, esas tecnología siempre producen un ruido que puede molestar. En el futuro, se podría utilizar la neumática, por mas ayuda a las personas. Con por ejemplos, podría ser implantado en lugar como la casa o el auto. Para ayudar de realiza varios movimientos.
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Referencias Cita: Primera Cita ubicada en pág. 4 Lí nea 10: wikipedia. (2013). Neumática. 5 de Junio 2013, de Wikipedia
Sitio web: http://es.wikipedia.org/wiki/Neum%C3%A1tica. “…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…”
Material Bibliográfico Web: Neumática Niche: http://sitioniche.nichese.com/cilindros-dobles.html
Tecnología Neumática:http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm Autómatas Programable Neumática Básica: http://labelectronica.weebly.com/uploads/8/1/9/2/8192835/sistemas_neumticos.pdf
Videos Referentes: Cilindro de efecto simple y efecto doble: http://www.youtube.com/watch?v=TZ5_8H4Bkho Regulador de presión: http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=zBMCgaNkclA&feature=endscreen Filtro: http://www.youtube.com/watch?v=s_bmeJlQtCE
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