REPÚBLICA BOLIVARIAMA DE VENEZUELA OFICINA PRINCIPAL DEL SECTOR UNIVERSITARIO UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
CARRERA: INGENIERÍA MECATRÓNICA
LAS VALVULAS Y LOS ACTUADORES
ÁREA: MECÁNICA DE FLUIDOS JORGE DE ANDRADE
INDÍCE GENERAL NOMECLATURA INTRODUCCIÓN VÁLVULA INDUSTRIAL TIPOS DE VÁLVULAS SÍMBOLOS Y GRÁFICOS TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROL VÁLVULA DE SECUENCIA SERVO VÁLVULAS VÁLVULA OPERADA POR PILOTO VÁLVULA MODULAR Y DE CARTUCHO ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE CONTROL NEUMÁTICO ACTUADORES ACTUADORES LINEALES ACTUADORES ROTATORIOS SÌMBOLOS Y GRÁFICOS APLICACIONES EN SISTEMA DE CONTROL NEUMÁTICO DISEÑAR UN SISTEMA DE CONTROL NEUMÁTICO CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBILOGRAFÍA
ÍNDICE DE FIGURAS COMPRESOR DE PRESIÓN SECADOR DE AIRE DEPÓSITO DE AIRE VÁLVULA CUATRO CIRCUITOS ESQUEMA DE DISEÑO PARA VEHÍCULOS CON COMPRESIÓN DE AIRE ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO ELÉCTRICO SENSOR DE PRESIÓN VÁLVULAS SOLENOIDES CONEXIÓN DEL NEUMÁTICO CON EL CENTRO DE EJE CAÑERÍAS DE SALIDA DEL SISTEMA NEUMÁTICO CONEXIÓN CENTRAL DEL AIRE DEL SISTEMA ESQUEMA FINAL DEL SISTEMA NEUMÁTICO
ÍNDICE DE TABLAS TABLA DE RANGOS DEL SENSOR MODELOS MÀS POPULARES EN VÁLVULAS
NOMENCLATURA
COMPRESOR: una una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases los gases y los vapores. los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, flujo, aumentando su presión y energía y energía cinética impulsándola a fluir NEUMÁTICO: es una pieza toroidal pieza toroidal de caucho de caucho que se coloca en las ruedas las ruedas de diversos vehículos y máquinas. Su función principal es permitir un contacto adecuado por adherencia y fricción con el pavimento, posibilitando el arranque, el frenado y la guía. VÁLVULA: elemento mecánico se emplea para regular, permitir o impedir el paso de un fluido a través de una instalación industrial o máquina o máquina de cualquier tipo.
INTRODUCCIÓN Según el diccionario de la Real Academia, una válvula es un Mecanismo que regula el flujo de la comunicación entre dos partes de una máquina o sistema. Sin embargo las tres acepciones siguientes se refieren a mecanismo que dejan pasar un fluido en un sentido y lo impiden en el contrario (incluido el llamado fluido llamado fluido eléctrico). eléctrico). En la industria, a menudo se refiere la palabra a estas últimas acepciones, pero en el lenguaje, ha tomado en muchas ocasiones el sentido de la primera acepción. De este modo, podría definirse una válvula como un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula. Existen varios tipos de actuadores como son:
Electrónicos
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
ANTECEDENTES Desde la antigüedad el hombre ha sabido regular el agua ya sea con piedras o troncos de árboles. Los egipcios, griegos y otras culturas eran capaces de dirigir el agua que captaban de ríos o fuentes para el consumo público o riego. Aunque fueron los romanos los verdaderos desarrolladores de sistemas de canalización de agua. Transportaban agua desde las fuentes o ríos hasta los núcleos urbanos, a veces a grandes distancias y salvando importantes obstáculos mediante acueductos. Muchas de las válvulas eran de tipo plug o stopcock, construidas de bronce, lo que hoy seria ASTM B-67, material que dominaban los maestros de la "Collegia Fabrorum", rico en plomo, no agrietable, anticorrosivo, dúctil, soldable a las tuberías de bronce o plomo y de poca fricción lo cual facilitaba la rotación del vástago. La válvula estaba compuesta de un cuerpo, de un vástago agujereado (plug) y un bottom, más una gran leva para poder girar el vástago. A veces, se insertaba un inserto que una vez golpeado con el martillo bloqueaba la salida del vástago pero permitía su giro. Era una forma de impedir extraer el vástago para defraudar agua, práctica que parece común a raíz de algunos agujeros encontrados en las tomas de la válvula. En diversas ciudades mediterráneas se han encontrado pequeñas válvulas de la época romana, cuyo diseño difiere muy poco, como en Rabat, Djemila, Estambul, Avarches, Augusta (donde también se han visto válvulas de mariposa para grifos) y Nápoles (donde el vástago era cilíndrico).Los romanos usaban también unas primitivas válvulas de diafragma, realizadas de piel de cuero que manualmente cerraba sobre un weir, para controlar el flujo y temperatura del agua los baños. También hay evidencia del uso de check valves para evitar el retorno del fluido, válvulas en ángulo, y válvulas de mezcla.
MARCO TEÓRICO VÁLVULA INDUSTRIAL
Una gran válvula industrial. Una válvula industrial es el tipo de válvula que como elemento mecánico se emplea para regular, permitir o impedir el paso de un fluido a través de una instalación industrial o máquina de cualquier tipo.
TIPOS DE VÁLVULAS Válvula de retención La función esencial de una válvula de retención es impedir el paso del fluido en una dirección determinada, y no retorno (retén). Mientras el sentido del fluido es el correcto, la válvula de retención se mantiene abierta, cuando el fluido pierde velocidad o presión la válvula de retención tiende a cerrarse, evitando así el retroceso del fluido. La diferencia de presiones entre la entrada y la salida hace que la válvula v álvula esté abierta o cerrada.
Válvula de compuerta La apertura y cierre se produce mediante el movimiento vertical de una pieza interior en forma de cuña de cuña que encaja en el cuerpo. Esta cuña interior puede estar recubierta de goma de goma o de metal especial, por lo que la estanqueidad es muy buena
Válvula de bola o válvula esférica
Sección Válvula de Bola. La apertura y cierre se produce por el giro de una esfera una esfera que tiene un agujero transversal. Al girar la maneta, también gira un eje, el cual está acoplado a una esfera, unas juntas de PTFE (teflón) garantizan (teflón) garantizan la estanqueidad.
Válvula de globo (o de asiento)
Válvula de globo.
Válvula que sirve para regular la cantidad de flujo que pasa por ella. El elemento de cierre asienta sobre una sección circular. A medida que el elemento de cierre se aproxima al asiento, la sección de paso se reduce y por tanto aumenta la pérdida de carga disminuyendo elcaudal.
Componentes de una válvula
Cuerpo: Es la parte a través de la cuál transcurre el fluido.
Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el caudal y por tanto la pérdida de presión.
Accionamiento: Es la parte de la válvula que hace de motor para que el obturador se sitúe en una posición concreta. Puede ser motorizado, mecánico, neumático, manual o electromagnético.
Cierre: Une el cuerpo con el accionamiento. Hace que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde hay fluido) sea estanco y no fugue.
Vástago: Es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para que este último se posicione.
Características de válvulas Materiales Dependiendo del material utilizado en el cuerpo de la válvula, se denominan como válvulas de:
acero al carbono, carbono, como el forjado A105N que se usa en la mayoría de procesos industriales inocuos
acero inoxidable, inoxidable, como el A182 F316 que se usa en situaciones de corrosión o temperatura menor
acero aleado, aleado, como el super duplex forjado A182 F55 que se usa en procesos altamente corrosivos, como por ejemplo la desalineación la desalineación del agua marítima
Presión Nominal Para estandarizar las válvulas se estipulan diferentes presiones máximas a las que pueden trabajar. Se denomina con la sigla PN -valor establecido en bar- bar- y se encuentra, generalmente, impreso en el cuerpo de la válvula.
SIMBOLOS DE VÁLVULAS Una válvula se simboliza por cuadros que representan que simbolizan estados de conmutación:
La posición de paso abierto para una válvula se representa por medio de una flecha de un extremo a otro del cuadrado.
La posición de bloqueo de flujo se muestra por una línea cortada, esto simboliza la interrupción de flujo.
Las conexiones se agregan con pequeñas líneas en los costados de los rectangulos.
Una vez explicado la metodología para la formación de símbolos de válvuas , veamos algunos de los símbolos más comunes.
Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente cerrada
Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente abierta
Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente cerrada
Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente abierta
Válvula 3 vías 3 posiciones (3/3) con centro bloqueado
Válvula 4 vías 2 posiciones (4/2)
Válvula 4 vías 3 posiciones (3/3) con centro bloqueado VÁLVULAS NEUMÁTICAS Las válvulas neumáticas tienen una gran importancia dentro del mundo de la neumática. Por este hecho, se ha diseñado una sección solamente para tratar de ellas. En esta sección veremos las diferentes clases de válvulas que existen, con detalle. Para empezar vamos a clasificarlas, de esta forma sabremos lo que nos podemos encontrar al navegar por esta sección:
1. Válvulas de distribución. Como su propio nombre indica son las encargadas de distribuir el aire comprimido en los diferentes actuadores neumáticos, por ejemplo, los cilindros. 2. Válvulas de bloqueo. Son válvulas con la capacidad de bloquear el paso del aire comprimido
cuando
se
dan
ciertas
condiciones
en
el
circuito.
3. Válvulas reguladoras. Aquí nos encontramos con las válvulas que regulan el caudal y las válvulas que regulan la presión. 4. Válvulas secuenciales. Las válvulas neumáticas son considerados elementos de mando, de hecho, necesitan o consumen poca energía y a cambio, son capaces de gobernar una energía muy superior. Asimismo, cada clase de válvula mencionado tiene sus diferentes tipos:
VÁLVULAS DE DISTRIBUCIÓN Se pueden clasificar de varias maneras, por su construcción interna, por su accionamiento y por el número de vías y posiciones. La clasificación más importante es por el número de vías y posiciones, aunque en este tipo de clasificación no se tiene presente su construcción ni el pilotaje que lleva. Si tenemos la clasificación de estas válvulas por su tipo de accionamiento, tendremos la
información precisa para saber si la válvula acciona directamente o indirectamente. En cambio, si hacemos una clasificación por su construcción física, sabremos si es de corredera, de disco o de asiento.
VÁLVULAS DE BLOQUEO En este tipo de válvulas encontraremos, válvulas anti retorno, de simultaneidad, de selección de circuito y de escape.
VALVULAS DE REGULACIÓN En esta clase de válvulas encontraremos que tipo de regulación hacen, si son con aire de entrada o de salida, y las válvulas de presión Desde esta sección tenéis acceso a toda esta información y de forma ordenada, para no perdernos con las válvulas, ya que cada clase de válvula tiene diferentes tipos, y resulta interesante conocerlas.
VÁLVULAS SERVO ELECTROHIDRÁULICAS Y VÁLVULAS PROPORCIONALES
Las válvulas servo se emplean para controlar el flujo o la presión de fluido hacia un accionador o motor hidráulico para control del movimiento, y se encuentran en controles de
vuelo y controles de motor de aeronaves y aeroespaciales. También se usan para numerosas aplicaciones industriales y de equipos pesados. Las válvulas servo electrohidráulicas y válvulas proporcionales ofrecen un caudal de salida o una presión de salida que es lineal y proporcional al nivel de corriente o el voltaje de entrada. Las válvulas servo se distinguen de las proporcionales porque presentan una banda muerta de paso por cero de menos del 3% del recorrido del carrete. Para las aplicaciones críticas, se especifican válvulas servo por su mayor precisión y respuesta más rápida. Durante el diseño y la fabricación de las válvulas, se llevan a cabo diversas pruebas. Algunas de las pruebas incluyen flujo sin carga, linealidad, histéresis, pérdida interna, pérdida nula n ula y respuesta respues ta dinámica, entre otras. De igual manera, se suele utilizar medición de caudal durante el proceso de armado para ajustar topes y separaciones internas que definen la especificación de desempeño de la válvula. Todas las válvulas de alta gama se prueban y mayormente se envían con un gráfico de histéresis que documenta su salida de caudal a lo largo de todo el rango de entradas. Las válvulas bidireccionales son dispositivos particularmente complejos, que requieren un alto grado de precisión durante las pruebas. Para describir completamente el desempeño de la válvula durante el 3% medio del recorrido de su carrete, es fundamental usar un caudalímetro Max con una capacidad de paso por cero equivalente. Los caudalímetros Max de la serie de pistón presentan un desplazamiento pequeño por revolución, y cuando se combinan con un transmisor analógico sin vibración de reacción rápida, crean gráficos de paso por cero e histéresis repetibles. Cuando se combinan con un transmisor de 1000 pulsos por cc, los caudalímetros Max pueden ofrecer el registro casi instantáneo de una pérdida, lo que acelera en gran medida la prueba.
Válvula de seguridad operada por piloto Es una válvula de relevo de presión en cuya válvula principal el miembro obturador no balanceado es un pistón, pistón , está combinada y controlada por una válvula de relevo de presión auxiliar (piloto) que es una válvula operada por resorte. Estas dos unidades que forman la válvula de piloto pueden estar montadas en forma conjunta o separada, pero conectadas
entre sí. Las válvulas operadas por piloto operan con gran precisión, pues el piloto es el sensor que detecta en todo momento la presión del sistema, y al llegar al punto de calibración, induce la descarga de la presión que existe en una cámara llamada "domo" localizada en la válvula principal, permitiendo con ello el movimiento del "pistón" (elemento obturador de la válvula principal) que hará que se descargue el exceso de presión del sistema. Existen diferentes tipos de pilotos que, dependiendo de las condiciones del servicio, pueden ser "con flujo" o "sin flujo", y tanto de acción de "disparo y/o modulante".
VÁLVULAS DE CARTUCHO Llamadas así por su construcción y forma de montaje. Cuando los caudales empleados en el sistema hidráulico son considerables, el volumen y tamaño de las válvulas necesarias para su accionamiento suele ser también bastante considerable y engorroso para su manejabilidad, conexionado, por el espacio necesario para la instalación de las mismas, etc. Para evitar estos problemas se han diseñado las válvulas de cartucho. Las válvulas de cartucho son aquellas en que un cartucho (formado por un pistón, un muelle y una tapa de cierre) se inserta sobre un alojamiento especialmente diseñado en un bloque. El principio p rincipio del funcionamiento de estas válvulas es el mismo de los antirretornos pilotados y, combinadas con distintos mandos, pueden emplearse para regulación de presión, de caudal y como válvulas direccionales. Así, un solo bloque mecanizado, en el que se insertan diversas válvulas de cartucho, consiguen realizar funciones de válvula de seguridad, reguladora de caudal, direccional, etc. La principal ventaja de este tipo de válvulas es su economía y el hecho de que permiten la circulación de grandes caudales con un mando (válvula) hidráulico de pequeño tamaño. Al hablar de economía se entiende la del cartucho, comparado con el coste de las válvulas tradicionales para grandes caudales. El coste del bloque y principalmente de su diseño queda diluido en las fabricaciones en serie. Este tipo de válvulas se empezaron a usar principalmente en maquinaria de inyección de plásticos, prensas de gran tonelaje y algunas aplicaciones marinas, sistemas típicos en los
que se emplean grandes caudales. Sin embargo en la actualidad sus aplicaciones se han extendido a todo tipo de maquinaria, aun con caudales reducidos, gracias a las múltiples ventajas que presentan. Hay dos tipos básicos de válvulas de cartucho que se diferencian por la relación entre las áreas del pistón (A y B) que son de 1:1 (áreas iguales) o de 1:<1 (entre 1,1 y 2). Esta relación de áreas es muy importante a la hora de definir el tipo de válvula necesario para cada aplicación.
Como se ha visto en la animación del capítulo anterior, el funcionamiento de estas válvulas es similar al de los antirretornos pilotados, pero en este caso, además de pilotar el cartucho, y en función de la tapa que se instale, se puede utilizar la válvula para regular el caudal, la presión, la dirección del flujo, etc. Si en la tapa del cartucho se instala un dispositivo mecánico que permita regular la fuerza del muelle, se convierte la válvula en una de seguridad, regulable por medio de este mecanismo; si se instala un dispositivo regulable que limite la carrera del cartucho, se convierte la válvula en una limitadora de caudal; si se instala una válvula de seguridad en la tapa, está regulará la presión del pilotaje del cartucho, convirtiéndolo en una válvula de seguridad. Así pues la función de la válvula de cartucho dependerá del tipo de elemento que se instale en la tapa (o control), pudiendo incluso incorporar elementos proporcionales.
Un factor muy importante en el montaje y puesta en funcionamiento de este tipo de válvulas es la sección del pilotaje; un pilotaje de paso excesivamente pequeño reducirá la velocidad de funcionamiento de la válvula, pero un pilotaje con un diámetro excesivo producirá un movimiento demasiado rápido del d el cartucho, que ocasionará golpes y marcas o desgaste en el asiento.
VALVULA MODULAR Es aquella que se encarga de variar interrumpida y armoniosamente el flujo de corriente de agua y de modificar la frecuencia o caudal del agua para la mejor recepción de la misma
ELEMENTOS DE UN SISTEMA NEUMÁTICO E HIDRÁULICO
Los elementos que un sistema neumático e hidráulico requiere se pueden dividir en las siguientes categorías:
Elementos generadores de energía: Para que el aire introduzca la energía necesaria al sistema, un compresor eleva la presión de la masa de aire que se va a usar hasta conseguir un valor conveniente (aprox. 6 bar).Los compresores pueden ser accionados por un motor eléctrico o por un motor de combustión interna.
¿Qué es un compresor? La presión atmosférica es una presión muy pequeña como para poder ser utilizada en los circuitos neumáticos. Por ello es necesario disponer de aire a presiones superiores, obteniendo de esta forma lo que se conoce como aire comprimido. El elemento cuya función es la de elevar la presión del aire se denomina compresor. De esta forma podemos definir como compresor a una máquina que toma el aire en unas determinadas condiciones y lo impulsa a una presión mayor a la de entrada. El compresor para poder realizar este trabajo de compresión debe tomar la energía de un motor eléctrico. Algunos tipos de compresores son:
De émbolo. De paletas. De tornillo. Dinámicos.
Elementos de acondicionamiento del aire (sistema neumático e hidráulico) Dentro del compresor, el aire acumula impurezas que no debe contener para poder lograr un mejor aprovechamiento de las características del sistema. Así mismo, es necesario secar el aire y regular su presión. Los elementos que se encargan de realizar esto son: Filtro. Regulador de presión. Lubricador.
Neumático Elemento de tratamiento de los fluidos. En el caso de los sistemas neumáticos, debido a la humedad existente en la atmósfera, es preciso proceder al secado del aire antes de su utilización; también será necesario filtrarlo y regular su presión, para que no se introduzcan impurezas en el sistema ni se produzcan sobrepresiones que pudieran perjudicar su funcionamiento.
Hidráulico Los sistemas hidráulicos trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un depósito de aceite y también, al igual que en los sistemas neumáticos, deberán ir provistos de elementos de filtrado y regulación de presión.
3. Elementos de mando y control Se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido hacia los elementos actuadores. En este grupo se encuentran los siguientes: Redes de distribución, que se componen por diversas tuberías de diámetro adecuado que conducen el aire comprimido hasta los puntos de consumo con las menores perdidas posibles. Válvulas, que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión y el caudal del fluido enviado por una bomba o almacenado en un depósito. Las válvulas se clasifican de la siguiente forma: Válvulas distribuidoras: Seleccionan los elementos hacia los que se dirige el fluido. Interrumpen, dejan pasar o desvían el flujo con una presión y caudal fijos. Válvulas de bloqueo: Su misión es cortar el paso del aire comprimido con ayuda de una pieza de bloqueo. Válvulas de caudal: Estas ajustan el caudal circundante a un valor fijo o constante. Válvulas de presión: Mantienen constante la presión del fluido a partir del punto en que se encuentran colocadas.
Elementos actuadores Transforman la energía de presión del aire comprimido o del aceite en energía mecánica que después se aplicará para conseguir el efecto deseado. Según el tipo de movimiento que se desee, hay dos tipos de actuadores: Cilindros, que proporcionan un movimiento lineal. Alojan en su interior un émbolo que es empujado por el fluido haciendo que se desplace el vástago. Motores, se usan para conseguir un movimiento rotatorio. Su construcción es similar a la de los compresores, aunque su objeto es el opuesto.
Como podemos ver, son varios los elementos de los que se compone un sistema neumático, y existen varios tipos de cada elemento, dependiendo del uso que se requiera. Es necesario conocerlos bien para tener un sistema con un funcionamiento óptimo y con el mayor rendimiento.
ACTUADOR Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula. Existen varios tipos de actuadores como son:
Electrónicos
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
Actuadores electrónicos Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el
futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.
Actuadores hidráulicos Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos:
cilindro hidráulico
motor hidráulico
motor hidráulico de oscilación
Cilindro hidráulico De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de acción doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones. El control de dirección se lleva a cabo mediante un solenoide que se muestra a continuación En el interior poseen un resorte que cambia su constante elástica con el paso de la corriente. Es decir, si circula corriente por el pistón eléctrico este puede ser extendido fácilmente.
Cilindro de presión dinámica Lleva la carga en la base del cilindro. Los costos de fabricación por lo general son bajos ya que no hay partes que resbalen dentro del cilindro.
Cilindro de efecto simple La barra está solo en uno de los extremos del pistón, el cual se contrae mediante resortes o por la misma gravedad. La carga puede colocarse coloc arse solo en un extremo del cilindro.
Cilindro de efecto doble La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferencia de presión entre los extremos del pistón. Luis no nos enseñó lo que es esto.
Cilindro telescópico La barra de tipo tubo multietápico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a presión. Se puede lograr una carrera relativamente en comparación con la longitud del cilindro
Motor hidráulico En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranajes son accionados directamente por aceite a presión, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. A continuación se muestra la clasificación de este tipo de motores
Motor de engranaje
Tipo rotatorio motor de veleta
Motor de hélice
Motor hidráulico Motor de leva excéntrica
Pistón axial
Tipo oscilante Motor con eje inclinado
Motor de engranaje
El aceite a presión fluye desde la entrada que actúa sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en la dirección de la flecha. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.
Motor con pistón eje inclinado EL aceite a presión que fluye desde la entrada empuja el pistón contra la brida y la fuerza resultante en la dirección radial hace que el eje y el bloque del cilindro giren en la dirección de la flecha. Este tipo de motor es muy conveniente para usos a alta presión y a alta velocidad. Es posible modificar su capacidad al cambiar el ángulo de inclinación del eje.
Motor oscilante con pistón axial Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que éste lo precise.
Actuadores neumáticos A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad. En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.
De efecto simple
Cilindro neumático
Actuador neumático De efecto doble
Con engranaje
Motor neumático Con veleta
Con pistón
Con una veleta a la vez
Multiveleta
Motor rotatorio Con pistón
De ranura vertical
De émbolo
Fuelles, diafragma y músculo artificial
Cilindro de efecto simple
Cremallera Transforman un movimiento lineal en un movimiento rotacional y no superan los 360°
Rotativos de paletas Son elementos motrices destinados a proporcionar un giro limitado en un eje de salida. La presión del aire actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo un movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta doble no superan los 90°.
Actuadores eléctricos La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua. Utilización de un pistón eléctrico para el accionamiento de una válvula pequeña. La forma más sencilla para el accionamiento con un pistón, sería la instalación de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas.
Existen Alambres Musculares®, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnología más innovadora para robótica y automática, como así también para la implementación de pequeños actuadores.
Partes de un actuador 1. Sistema de "llave de seguridad": Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las llaves de seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos. 2. Piñón con ranura: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una transmisión auto entrante, directa para indicadores de posición e interruptores de posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur). 3. Cojinetes de empalme: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO 5211 Y VDI). 4. Pase de aire grande: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos. mismos . 5. Muñoneras: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración, permanentemente lubricada, lubr icada, resistente r esistente a la corrosión cor rosión y de fácil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas. 6. Construcción: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas. 7. Ceramigard: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.
8. Revestimiento: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra ambientes agresivos. 9. Acople: Acople o desacople de módulos de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire. 10. Tornillos de ajuste de carrera: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta. 11. Muñoneras radiales y de carga del piñón: Muñoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial. 12. Sellos del piñón - superior e inferior: Los sellos del piñón están posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión. 13. Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: Estos resortes son diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual está sujeta su jeta todo resorte; para par a una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire. Los actuadores más usuales son: Cilindros neumáticos e hidráulicos. e hidráulicos. Realizan Realizan movimientos lineales. Motores (actuadores de giro) neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos Realizan movimientos de giro por giro por medio de energía de energía hidráulica o neumática. Válvulas. Las Válvulas. Las hay de mando directo, motorizadas, electroneumáticas, etc. Se emplean para regular el caudal el caudal de gases de gases y líquidos. Resistencias calefactoras. Se emplean para calentar. Motores eléctricos. Los eléctricos. Los más usados son de son de inducción, de inducción, de continua, sin continua, sin escobillas y paso a paso.
ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago. Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de la suciedad. Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores más comunes que se utilizan en los circuitos neumáticos. Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales. Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire paraproducir una carrera de trabajo en un sentido. Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso
Cilindros de simple efecto Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de tipo “normalmente dentro” o “normalmente fuera”.
Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc. Tienen un consumo de aire algo más bajo que un cilindro de doble efecto de igual tamaño. Sin embargo, hay una reducción de impulso debida a la fuerza contraria del resorte, así que puede ser necesario un diámetro interno algo más grande para conseguir una misma fuerza. También la adecuación del resorte tiene como consecuencia una longitud global más larga y una longitud de carrera limitada, debido a un espacio muerto. Tipos de cilindros de simple efecto:
Cilindros de émbolo, Cilindros de membrana, cilindros de membrana enrollable. Cilindros de émbolo Cilindros de doble efecto Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí pueden realizar trabajo en ambos sentidos. Sus componentes internos son prácticamente iguales a los de simple efecto, con pequeñas variaciones en su construcción. Algunas de las más notables las encontramos en la culata anterior, que ahora ha de tener un orificio roscado para poder realizar la inyección de aire comprimido (en la disposición d isposición de simple efecto este orificio no suele prestarse a ser conexionado, siendo su función la comunicación con la atmósfera con el fin de que no se produzcan contrapresiones en el interior de la cámara). El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los de simple, incluso cuando no es necesaria la realización de esfuerzo en ambos sentidos. Esto es debido a que, por norma general (en función del tipo de válvula empleada para el control), los cilindros de doble efecto siempre contienen aire en una de sus dos cámaras, por lo que se asegura el posicionamiento. Para poder realizar un determinado movimiento (avance o retroceso) en un actuador de doble efecto, es preciso que entre las cámaras exista una diferencia de presión. Por norma general, cuando una de las cámaras recibe airea presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y viceversa. Este proceso de conmutación de aire entre cámaras nos ha de preocupar poco, puesto que es realizado automáticamente por la válvula de control asociada. En definitiva, podemos afirmar que los actuadores lineales de doble efecto son los componentes más habituales en el control neumático. Esto es debido aque se tiene la posibilidad de realizar trabajo en ambos sentidos (carreras (carr eras de avance y retroceso).
No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de muelle en oposición. Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es mayor que en disposición de simple, al no existir volumen de alojamiento. Otros tipos de cilindros:
Cilindro neumático de fuelle: También conocido como motor neumático de fuelle, incorpora un cilindro de doble efecto, un sistema de accionamiento de válvula de control direccional y dos tornillos de regulación de velocidad de avance y retroceso.
Cilindro neumático de impacto: El vástago de este cilindro se mueve a una velocidad elevada del orden de los 10 m/s y esta energía se emplea para realizar trabajos de marcado de bancadas del motor, de perfiles de madera, de componentes electromecánicos y trabajos en presas de tiempo embutición, estampado, remachado, doblado, etc.
Cilindro neumático sin vástago: Cuando el espacio disponible para el cilindro es limitado, el cilindro neumático sin vástago es la elección. Puede tener una carrera relativamente larga de unos 800 mm y mayor.
Cilindro neumático guiado: Uno de los problemas que presentan los cilindros convencionales es el movimiento de giro que puede sufrir el vástago, ya que el pistón, el vástago y la camisa del cilindro son de sección circular, por lo que ninguno de ellos evita la rotación. En algunas aplicaciones la rotación libre no es tolerable por lo que es necesario algún sistema anti giro. Uno de los sistemas que aparte de la función anti giro tiene otras ventajas es el cilindro neumático guiado que contiene dos o más pistones con sus vástagos, lo que da lugar a una fuerza doble de la de los cilindros convencionales.
Cilindros de doble efecto multiposición:
Consisten en dos o más cilindros de doble efecto acoplados en serie. Dos cilindros con carreras diferentes permiten obtener cuatro posiciones diferentes del vástago
Cilindros tándem: Está constituido por dos cilindros de doble efecto que formanuna unidad. Gracias a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene en el vástago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal para el mismo diámetro.
ACTUADORES NEUMÁTICOS GIRATORIOS. Los actuadores rotativos o giratorios son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:
Actuadores de giro limitado Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón – cremallera). cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º, hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).
Motores neumáticos Proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto
CONCLUSIONES Las válvulas Las válvulas son unos de los instrumentos de control de control más esenciales en la industria. la industria. Debido Debido a su diseño su diseño y materiales, las materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta más de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia. El actuador por excelencia es el motor eléctrico. Este es un dispositivo que se alimenta de energía eléctrica (entrada) y produce en su salida, conformado por un eje o flecha, un movimiento de rotación. La clasificación más general de los motores eléctricos se da en función del tipo de energía con que se alimenta: motores de corriente directa DC y motores de corriente alterna AC. Los parámetros más importantes de los motores son:
Magnitud del voltaje de entrada
Cantidad de potencia eléctrica consumida
Máxima potencia mecánica entregada (torque)
Rango de velocidad de operación
RECOMENDACIONES Cuando se hace el diseño del sistema de extracción, es recomendable que la maquinaria mantenga su lugar dentro de la planta, ya que el cambio de lugar de una máquina puede conllevar generalmente a un cambio total del sistema de tuberías de extracción. Igualmente, se debe fijar el lugar donde se descargarán los desechos, con el fin de evitar gastos innecesarios de tubería, al colocar el silo en un sitio alejado de la planta. Si no se acatan los pasos anteriores, conllevaría a invertir recursos económicos adicionales por la compra de tuberías, accesorios u otros o tros materiales.
BIBLIOGRAFÍA http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/107/8/Capitulo3.pdf
