FUNDAMENTOS DE SISTEMAS NEUMATICOS BASICOS BASICOS
Luis Campos González.
200
!. INT"ODUCC INT"ODUCCION ION A LA LA MECANI MECANICA CA DE DE LOS LOS FLUIDO FLUIDOS. S. La Hidráulica y la Neumática Industrial, son ramas de la mecánica de los fluidos que se ocupan del diseño y funcionamiento de los sistemas Hidráulicos, Neumáticos utilizados en la industria en general. Los fluidos se emplean para la transmisión de presión, y la capacidad de estos de transmitir energía. Y ello es alido para la Hidráulica y la neumática. La automatización de las maquinas, fa!ricas etc.., emplean una multitud de álulas de ariadísimas clases, cilindros, !om!as, !om!as, motores, filtros de aceite y aire, así como sistemas comple"os, cuyo diseño esta!ilidad y control constituyen #oy día una aplicación muy importante en la mecánica de fluidos. La mecánica de fluidos nace con $randtl, que en las primera d%cadas del siglo actual ela!oró la síntesis entre la Hidráulica practica y la Hidrodinámica teórica. &inco matemáticos matemáticos del siglo '(III, )ernoulli, &lairaut, *+lem!ert, Lagrange Lagrange y -uler #a!ían ela!orado con el creciente calculo diferencial e integral una síntesis Hidrodinámica perfecta pero no #a!ían o!tenido grandes resultados prácticos. $or otra parte el t%cnico Hidráulico fue desarrollando multitud de formulas empíric empíricas as y e/perien e/periencias cias en la resoluc resolución ión de los pro!lem pro!lemas as que sus construcc construccione ioness Hidráulic Hidráulicas as le presenta!an. presenta!an. -/cepcionalmente -/cepcionalmente un científico, 0eynolds, !usco y #allo apoyo e/perimental e/perimental a sus teorías, y un t%cnico 1roude, !usco una !ase física a sus e/perimentos pero $randtl #izo la síntesis de las inestigaciones teóricas de los unos y de las e/periencias de los otros.
"ESUMEN #ISTO"ICO DE LA MECANICA DE FLUIDO. NOMBRE. Arquímedes.
FECHA.
APORTACION A LA HIDRAULICA
234 234 5 262 262 a.c. a.c.
Leye Leyess de flot flotac ació ión. n. -cuación de continuidad. -studios so!re configuraciones de flu"os. :ugerencias de diseños de maquinas #idráulicas. :alida por un orificio. 0elación entre la altura y la presión atmosf%rica. Ley de $ascal $ascal fundam fundamenta entall en las transmis transmisiones iones y control controles es #idráulicos. Ley de la iscosidad dinámica. :eme"anza de modelos. ?eorema de )ernoulli. &onocida como ecuación de energía o altura de energía total. -l mayor genio de la Hidrodinámica. -cuaciones diferenciales del moimiento del flu"o perfecto. 1ormulación del teorema de )ernoulli. ?eorema fundamental de las ?u!omáquinas. -cuación diferencial de continuidad. $arado"a de *+lem!ert. 1ormula de &#%zy de la elocidad media de la corriente de un canal. :eme"anza de los modelos en canales. 1unc 1unción ión potenc potencial ial y fun funció ción n de de cor corrie rient nte. e. 1lu"o en em!ocaduras y contracciones. @edidor de (enturi. *iseñ *iseño o de de la prim primera era tur! tur!ina ina Hidrá Hidráuli ulica ca.. 0esis 0esisten tencia cia en tu!o tu!oss capil capilare aresA sA 1ormula de resistencia en tu!erías. -cuaciones de (ertederos. Ley Ley de de sem seme" e"an anza za de 1rou 1roude de.. -cuaciones diferenciales de Naier5:toBes del moimiento moimiento de los fluidos iscosos. *iferencias entre el flu"o laminar y flu"o tur!ulento. Numero de 0eynolds.
Leonardo da Vini
6782 5 6869
Torrie!!i.
6;<3 = 6;74.
Pasa!.
6;2> = 6;;2.
Ne"#on.
6;72 = 642;.
Bernou!!i.
64<< = 6432.
Eu!er.
64<4 = 643>.
D$A!em%er#.
6464 = 643>.
C&'().
6463 = 6493.
La*ran+e.
64>; 64>; = 636 636>. >.
Ven#uri.
647; = 6322.
Fourne)ron. Poiseui!!e.
63<2 63<2 = 63;4 63;4.. 6499 6499 = 63;9 63;9..
,eis%a&.
63<; = 6346.
Froude.
636< 636< = 634 6349. 9.
-#oes.
6369 = 69<>.
Re)no!ds.
6372 = 6962.
Luis Campos G.
2
!. INT"ODUCC INT"ODUCCION ION A LA LA MECANI MECANICA CA DE DE LOS LOS FLUIDO FLUIDOS. S. La Hidráulica y la Neumática Industrial, son ramas de la mecánica de los fluidos que se ocupan del diseño y funcionamiento de los sistemas Hidráulicos, Neumáticos utilizados en la industria en general. Los fluidos se emplean para la transmisión de presión, y la capacidad de estos de transmitir energía. Y ello es alido para la Hidráulica y la neumática. La automatización de las maquinas, fa!ricas etc.., emplean una multitud de álulas de ariadísimas clases, cilindros, !om!as, !om!as, motores, filtros de aceite y aire, así como sistemas comple"os, cuyo diseño esta!ilidad y control constituyen #oy día una aplicación muy importante en la mecánica de fluidos. La mecánica de fluidos nace con $randtl, que en las primera d%cadas del siglo actual ela!oró la síntesis entre la Hidráulica practica y la Hidrodinámica teórica. &inco matemáticos matemáticos del siglo '(III, )ernoulli, &lairaut, *+lem!ert, Lagrange Lagrange y -uler #a!ían ela!orado con el creciente calculo diferencial e integral una síntesis Hidrodinámica perfecta pero no #a!ían o!tenido grandes resultados prácticos. $or otra parte el t%cnico Hidráulico fue desarrollando multitud de formulas empíric empíricas as y e/perien e/periencias cias en la resoluc resolución ión de los pro!lem pro!lemas as que sus construcc construccione ioness Hidráulic Hidráulicas as le presenta!an. presenta!an. -/cepcionalmente -/cepcionalmente un científico, 0eynolds, !usco y #allo apoyo e/perimental e/perimental a sus teorías, y un t%cnico 1roude, !usco una !ase física a sus e/perimentos pero $randtl #izo la síntesis de las inestigaciones teóricas de los unos y de las e/periencias de los otros.
"ESUMEN #ISTO"ICO DE LA MECANICA DE FLUIDO. NOMBRE. Arquímedes.
FECHA.
APORTACION A LA HIDRAULICA
234 234 5 262 262 a.c. a.c.
Leye Leyess de flot flotac ació ión. n. -cuación de continuidad. -studios so!re configuraciones de flu"os. :ugerencias de diseños de maquinas #idráulicas. :alida por un orificio. 0elación entre la altura y la presión atmosf%rica. Ley de $ascal $ascal fundam fundamenta entall en las transmis transmisiones iones y control controles es #idráulicos. Ley de la iscosidad dinámica. :eme"anza de modelos. ?eorema de )ernoulli. &onocida como ecuación de energía o altura de energía total. -l mayor genio de la Hidrodinámica. -cuaciones diferenciales del moimiento del flu"o perfecto. 1ormulación del teorema de )ernoulli. ?eorema fundamental de las ?u!omáquinas. -cuación diferencial de continuidad. $arado"a de *+lem!ert. 1ormula de &#%zy de la elocidad media de la corriente de un canal. :eme"anza de los modelos en canales. 1unc 1unción ión potenc potencial ial y fun funció ción n de de cor corrie rient nte. e. 1lu"o en em!ocaduras y contracciones. @edidor de (enturi. *iseñ *iseño o de de la prim primera era tur! tur!ina ina Hidrá Hidráuli ulica ca.. 0esis 0esisten tencia cia en tu!o tu!oss capil capilare aresA sA 1ormula de resistencia en tu!erías. -cuaciones de (ertederos. Ley Ley de de sem seme" e"an anza za de 1rou 1roude de.. -cuaciones diferenciales de Naier5:toBes del moimiento moimiento de los fluidos iscosos. *iferencias entre el flu"o laminar y flu"o tur!ulento. Numero de 0eynolds.
Leonardo da Vini
6782 5 6869
Torrie!!i.
6;<3 = 6;74.
Pasa!.
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Froude.
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Luis Campos G.
2
Ba(in.
6329 6329 = 6964 6964..
/ouo"si.
6374 = 6926.
Lan&es#er.
63;3 = 6978.
Prand#!.
6348 = 698>.
-stu -studi dios os de ert erted eder eros os.. -studio del golpe de ariete. $erfiles aerodinámicos de CouBoDsBi. &irculación causa de la sustentación. ?or!ellinos de #erradura, causa del arrastre inducido. ?eoría de la capa limite. 1undador de la moderna mecánica de fluidos.
!.! SISTEMAS SISTEMAS DE UNIDAD UNIDADES. ES. DIMENSIONES$ Las leyes que rigen los fenómenos de la física se e/presan mediante ecuaciones entre magnitudes físicas, como $resión, (iscosidad, densidad relatia, $eso -specifico... etc., que es preciso medir. La medida es un numero e/presado en un sistema de unidades. :i se escogen tres magnitudes !ásicas o fundamentales y se asigna una unidad a cada una de estas tres magnitudes, las tres restantes magnitudes se denominan magnitudes derivadas. :olo tres magnitudes y unidades fundamentales son necesarias en mecánica de fluidos. MAGNITUDES % UNIDADES FUNDAMENTALES. Unidad 0undamen#a! Ma*ni#ud 0undamen#a! Masa. Lon*i#ud. Tiem1o.
Nom%re.
-ím%o!o.
-.I.
-. T'nio
-. in*!es
Eilogramo.
@.
Eg.
F.?.@.
:lug.
@etro.
L.
mt.
&m.
1t.
:egundo.
?.
:.
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!.2 ECUACION DE DIMENSIONES. -n el curso se utilizara e/clusiamente el :istema Ingles y especialmente el sistema internacional, el cual es o!ligatorio en los principales países del are m%trica y cuya adopción definitia definitia lo será tam!i%n en el mundo entero. entero. :in em!argo, em!argo, asta que este sistema se implante e/clusiamente e/clusiamente el paso de cualquier sistema de unidades al :I seguirá siendo tarea del Ingeniero. -ste paso es inmediato mediante la utilización de la ecuación de dimensiones, mediante la cual se e/pr e/pres esan an todas todas las magni magnitu tudes des de la físic física a en func función ión de tres tres unida unidade dess fund fundam amen ental tales es.. noso nosotr tros os utilizaremos como magnitudes fundamentales la @asa @ Longitud L ?iempo ?, cuyas dimensiones sonA @, L, ?. *e seta forma se #a o!tenido la ecuación de dimensiones de las restantes magnitudes que interienen en la @ecánica de los 1luidos, y que son denominadas unidades deriadas y que pueden erse en la siguiente ta!la.
Luis Campos G.
3
ECUACION DE DIMENSIONES EN FUNCION DE$ M& L& T. % UNIDADES EN LOS SISTEMAS$ INTE"NACIONAL' TECNICO' INGLES. Ma*ni#ud.
-ím
Euai2n De Dimensiones - In#ernaiona!
-is#ema De Unidades. -. In*!es. -. T'nio.
a.
L G ?52
mts2
1ts2
Cauda! 3o!um'#rio.
(
L> G ?56
mt>s
1t>s
Cauda! m4sio.
G
@ G ?56
Egs
L!s
Ve!oidad.
)
L G ?56
mts
1ts
Visosidad inem4#ia
ν
L2 G ?56
mt2s
1t2s
Densidad.
ρ
@ G L>
Egmt>
L!1t>
Densidad re!a#i3a.
δ
adimensional
55555
5555
Fuer(a.
F
@ G L G ?52
EgGmts2 N
:lugGfts2 L!
Im1u!so.
I
@ G L G ?56
EgGmts
L!Gfts
E
@ G L56 G ?52
EgmtGs2
L!ftGs2
I*' I+
@ G L2
EgGmt2
L!Gft2
Par.
T
@ G L2 G ?52
EgGmt2s2 NGmt
:lugGft2s2 l!Gft
Peso es1eí0io.
γ
@ G L52 G ?52
Egmt2Gs2 Nmt >
:lugft2Gs2 L!ft >
Po#enia.
,-
@ G L56 G ?5>
EgGmt2s> Cs J
L!Gft2s>
Presi2n.
,
@ G L56 G ?52
EgmtGs2 Nmt 2 $ascal.
:lugftGs2 L!pulg2 $:I.
Tra%a+o.
@ G L2 G ?52
EgGmt2s2 NGmt
L!Gft2s2
Visosidad Din4mia.
η
@ G L56 G ?56
EgmtGs
L!ftGs
Ae!erai2n.
M2du!o e!as#iidad.
de
Momen#o de ineria.
cms2. cm>s. grs. cms. cm2s. grcm> 5555 grGcms2 F?@ grGcms. grcmGs2. grGcm2. grGcm2s2 F?@Gcm grcm2Gs2 F?@cm> 55555 55555 55555 55555
!./ CAMBIO DE UNIDADES. -l paso de un sistema de unidades a otro cualquiera es inmediato utilizando las ecuaciones de dimensiones. :olo !asta conocer la equialencia de las unidades fundamentales del nueo sistema con relación al antiguo. continuación se entregan algunas equialencias, que permiten con mayor facilidad la conersión de unidades.
Luis Campos G.
4
!. FACTO"ES DE CON1E"SION. Masa 5 Densidad. Lon*i#ud. Ve!oidad.
Vo!umen.
Fuer(a. Presi2n.
Tra%a+o.
Po#enia.
Cons#an#e uni3ersa!. Ae!erai2n de *ra3edad. Presi2n a#mos0'ria.
Re!aiones de #em1era#ura.
Luis Campos G.
6 Eg. 2.2<7; L!. 6 grcm> . 6<> Egmt>. 6 grcm> . ;2.723 L!ft >. 6 cm . <.>9>4 in. 6 mt . >.23<3 ft.
6 L! 6 L!ft> 6 L!ft> 6 in 6 ft
6 Em#.
6 millas#. 6.;<9> Em#.
<.;26>4 millas#.
6 cm> . 6 mt> . 6 litro. 6 litro. 6 N. 6 N. 6 $a. 6 !ar. 6 atm.
<.<;6<27 in>. >8.>68 ft>. 6<5> mt>. <.<>8> ft>. 6 EgGmts2. <.22736 L!f. 6 Nmt2. 6<<<<< Nmt2. 6.<6>28 !ar.
6C 6 EC 6 EC 6 ECEg
6 NGmt 4>4.8; L!f G 1t <.9743 )tu. <.72992 )tuL!.
6J 6J 6 ED
6Cs. >.76> )tu#. 6.>76 Hp. 0
<.78>; Eg. <.<6;<63 grcm>. 6;.<63 Egmt>. 2.87 cm. <.><73 mt.
6 in> 6;.>34 cm>. > 6 ft <.<23>64 mt>. 6 gal <.6>>;3 ft>. 6 gal >.4387/6<5> mt>. 6 L!f >2.647 L!Gfts2. 6 L!f 7.7732 N. 6 L!fin2 ;397.3 $a. 6 L!fin2 677 L!fft2. 6 atm 67.;9; L!fin 2 6 L!f G 1t 6.>8832 C. 6 )tu 443 L!fG1t. 6 )tu 6.<886 EC. 6 )tuL! 2.>2; ECEg. 6 Ecal 7<63;3 E". 6 )tu# <.29> J. 6 Hp 2878 )tu#. 6 Hp 88< L!fGfts. 6 Hp <.4784 ED. 3.>67 EC Emol KE. 6778 L!fG1tL!mol K0. 373 EgfGmtEmol KE. 9.36 mts2 >2.2 1ts2
g 6 atm ? K0M ? K&M ? K1M ? K1M
6.<6> !ar. 67.4 L!fin2 6.3 ? KEM ?KEM = 24>.68 ?K0M = 7;<. 6.3?K&M >2.
5
,"O,IEDADES DE LOS FLUIDOS. 2.
FLUIDO.
-s aquella sustancia que de!ido a su poca co#esión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que los contiene. Los fluidos se diiden en líquidos y gases. Los fluidos a una presión y temperatura determinadas ocupan un olumen determinado. Introducido el liquido en un recipiente adopta la forma del mismo. :i so!re el recipiente se e"erce una presión, como por e"emplo, la atmosf%rica, el liquido adopta una forma plana. Los gases a una presión y temperatura determinada tienen tam!i%n un olumen determinado, pero puestos en li!ertad, se e/pansionan #asta ocupar el olumen completo del recipiente que lo contiene, y no presentan superficie li!re. -n resumenA los sólidos ofrecen gran resistencia al cam!io de forma y olumen los líquidos ofrecen gran resistencia al cam!io de olumen, pero no de forma y los gases ofrecen poca resistencia al cam!io de forma y de olumen. $or lo tanto, el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados tu!eríasM, porque solo los líquidos son capases de crear una superficie li!re. -n general los sólidos y los líquidos son poca compresi!les y los gases muy compresi!les pero ningOn cuerpo sólido, liquido o gaseosoM es estrictamente incompresi!le. Hay innumera!les pro!lemas que se resuelen acepta!lemente en ingeniería, suponiendo que el fluido es incompresi!le. -stos pro!lemas se estudian en la mecánica de fluidos incompresi!les. Los restantes pro!lemas forman la mecánica de fluido compresi!les y se estudian en la termodinámica.
2.! DENSIDAD ABSOLUTA$ La densidad de un fluida es la masa por unidad de olumen. La densidad de un fluido es función de la temperatura y la presión. La ariación de la densidad a!soluta de los líquidos es muy pequeña, salo a presiones relatiamente altas y para todos los cálculos prácticos esta pequeña ariación puede despreciase.
M 3 1. @ @asa del fluido. ( (olumen del fluido. -"emploA La densidad del agua destilada a la presión atmosf%rica y una temperatura de 7K& es má/ima e igual apro/imadamente / / / #20 !000453 m6 ' #20 ! 5738m ' #20 2.29 L:3;6 .
2.2 ,ESO ES,ECIFICO$ -l peso especifico de un fluido, corresponde al peso por unidad de olumen. -l peso especifico es función de la temperatura y de la presión aunque en líquidos no aria prácticamente con esta ultima.
3 1.
Luis Campos G.
6
J $eso del fluido. ( (olumen del fluido. aM
J @ G g. ρ @ (. @ ρ G (.
(b) (c)
$or lo tantoA
γ ρ G ( G g.
( < 5. -"emploA -l peso especifico del agua es deA #2O
=900 N3m6/.
2./ DENSIDAD "ELATI1A$ -s la relación entre la masa de un cuerpo a la masa de un mismo olumen de agua a la presión atmosf%rica y un temperatura de 7K&. -sta relación es igual a la de los pesos específicos del cuerpo en cuestión y del agua en las mismas condiciones. La densidad relatia es una magnitud adimensional.
3
S
.
#20
P
S 3
#2O
-"emploA δ
H2Q
6<<< Eg mt> . 6<<< Eg mt>
#2O
!.
DENSIDAD "ELATI1A DE ALGUNOS LI(UIDOS. Liquido. A*ua du!e. A*ua de mar. Pe#r2!eo %ru#o !i*ero. Pe#r2!eo %ru#o medio. Pe#r2!eo %ru#o 1esado. 7erosene. 8aso!ina ordinaria. Aei#e !u%rian#e. Feu!9oi!. A!o&o! sin a*ua. 8!ierina. Merurio.
Luis Campos G.
Densidad re!a#i3a.
T 6C.
6 6.<2 = 6.<> <.3; = <.33 <.33 = <.9< <.92 = <.9> <.49 = <.32 <.4< = <.48 <.39 = <.92 <.39 = <.97 <.49 = <.3< 6.2; 6>.;
7 7 68 68 68 68 68 68 68 68 < <
7
DENSIDAD' 1ISCOSIDAD DINAMICA % CINEMATIACA DEL AGUA EN FUNCION DE LA TEM,E"ATU"A. Tempe7a6u7a. < 2 7 ; 3 6< 62 67 6; 63 2< 22 27 2; 23 >< >2 >7 >; >3 7< 78 8< 88 ;< ;8 4< 48 3< 38 9< 98 6<< 68< 2<< 28< ><<
Densi>a>. 45 3 m6/. 999.3 999.9 6.<<< 999.9 999.3 999.4 999.7 999.2 993.9 9993.8 993.2 994.4 994.2 99;.; 99;.6 998.4 997.9 997.2 99>.7 992.3 992.2 99<.2 933 938.4 93>.2 93<.; 944.3 947.3 946.3 9;3.; 9;8.> 9;6.3 983.7 96;.9 3;7.; 499.2 462.7
1is8osi>a> >inámi8a !0? @5 3 m64.; 6><.8 622.; 66;.6 66<.7 6<8.2 6<<.2 98.8 96.6 34.2 3>.7 49.4 4;.7 47.6 4< ;3 ;8.> 89.3 87.3 8<.8 7;.4 7>.7 7<.7 >4.3 >8.8 >>.7 >6.8 29.3 23.2 63.; 6>.; 6<.9 3.96
1is8osi>a> 8inemá6i8a !0 m62 3 s 8S6 6.434 6.;46 6.8;2 6.7;7 6.>48 6.><4 6.224 6.6;> 6.6<; 6.<8> 6.<<>3 <.984 <.967 <.348 <.3>4 <.3<6 <.4;3 <.478 <.4<8 <.;38 <.;83 <.;<7 <.887 <.862 <.748 <.77> <.76> <.>33 <.>;8 <.>78 <.>2; <.>6< <.298 <.2<8 <.6;6 <.67 <.6>2
2. 1OLUMEN ES,ECIFICO$ -l olumen especifico es el reciproco de la densidad a!soluta.
)!3 sí el olumen especifico del agua destilada a la presión atmosf%rica y una temperatura de 7 K& es apro/imadamente igual <.<<6 mt> Bg. -s interesante o!serar que la densidad del aire en igual condición de presión y temperatura es apro/imadamente 6.> Bg mt > y su olumen especifico es de 66.> Bg mt > es decir, 6 Bg de aire ocupa apro/imadamente 3<< eces más espacio que 6 Bg de aire. Luis Campos G.
8
2.? 1ISCOSIDAD. La iscosidad se entiende como la característica de un fluido #idráulico de ofrecer una resistencia al desplazamiento laminar reciproco de dos capas ecinas de fluido #idráulico. La magnitud característica más importante al seleccionar un fluidos #idráulico es la iscosidad. No caracteriza la calidad de un fluido, sino de indica la conducta del fluido #idráulico a una determinada temperatura de referencia. $ara la selección de componentes #idráulicos es muy importante considerar los alores má/imos y mínimos de iscosidad indicados en la documentación del fa!ricante de componentes #idráulicos.
2.?.!
1ISCOSIDAD DINAMICA$
Fn sólido puede soportar esfuerzos normales de dos clasesA de presión y contracción. Fn liquido puede soportar esfuerzos de compresión pero no de tracción. Los sólidos y los fluidos pueden estar sometidos tam!i%n a esfuerzos cortantes y tangenciales. -n ellos la fuerza es paralela so!re el área que actOa. -n los fluidos la deformación aumenta constantemente !a"o la acción del esfuerzo cortante, por pequeño que %ste sea. -ntre las mol%culas de un fluido e/isten fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de co#esión. l desplazarse unas mol%culas con relación a las otras se produce a causas de ellas una fricción. $or otra parte entre las mol%culas de un fluido en contacto con un sólido y las mol%culas del sólido e/isten fuerzas moleculares que se denominan fuerzas de ad#erencia. El coeficiente de fricción interna del fluido se denomina viscosidad y se designa con la letra .
2.?.2
1ISCOCIDAD CINEMATICA$
-n #idrodinámica interiene "unto con las fuerzas de!idas a la iscosidad de las fuerzas de inercia, que dependen de la densidad. $or eso tiene un significado importante la iscosidad dinámica referida a la iscosidad dinámica referida a la densidad, o sea la relación de la iscosidad dinámica a la densidad ' que se denomina iscosidad cinemática. 3 . FnidadA ! ! m62 3s. -n la practica se #a utilizado muc#o mas el :toBe :tM 6 cm2 s. 6 c:t 6<52 :t 6<5; mt2s.
Luis Campos G.
9
,"ESION /. DEFINICION % ,"O,IEDADES. La presión e"ercida por un cuerpo, so!re una superficie #orizontal de área , de!ida a la fuerza ertical J, esta definida por la siguiente ecuaciónA
,3A -n la practica, la presión generada por una columna de liquido es función de la altura equialente, e/presada con frecuencia como la presión en altura equialente por e"emploA en mt de columna de agua, en mm de columna de mercurio. continuación se deduce una ecuación, que permite pasar fácilmente de una presión e/presada en columna equialente de un fluido a la e/presada en unidades de presión de un sistema cualquiera.
, 3 A 1< <5 3 A A<< <5 3 A , <5< , 453m6/ < m63s2 < m6 , N3m62 ,as8al. /.! ,"ESION ATMOSFE"ICA$ :o!re la superficie li!re de un liquido reina la presión de aire o gas que so!re ella e/iste. -sta presión puede adquirir un alor cualquiera en un recipiente cerrado, pero si el recipiente se encuentra a!ierto, so!re la superficie li!re del liquido reina la presión atmosf%rica. La presión atmosf%rica aria con la temperatura y la altitud. La presión media normal a < K& y a niel del mar es de 4;< ?orr 6.<6>9; !ar y se llama atmósfera normal. Las presiones a!solutas se miden con relación al < a!soluto acío total ó 6<
, a:solu6a ,7ela6i)a , a6m.
$e $. 0elatia. @anómetrica
$. a!soluta.
$. a!soluta. $e $. 0elatia. @anómetrica.
$ atmosfera t%cnica. $ 6 !ar. < R de acío. $e $. 0elatia. (acuom%trica
$e $. 0elatia. (acuom%trica $am! $. )arom%trica $am! 6.<6> !ar.
Luis Campos G.
$am! 4<
$ 5; m.c.a. $ @anometricaM
;>.<> R (acío
$a!s >.82 m.c.a.
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FUENTES DE ENE"GIA NEUMATICA E #ID"AULICA. !. SIMBOLOGIA NEUMATICA E #ID"AULICA. -sta recopilación de sím!olos cumple con lo esta!lecido en la norma *INI:Q 6269. quellos componentes que están comprendidos en la norma se #an representado con su sím!olo usual, la designación de sus cone/iones corresponde a los lineamientos internacionales.
!.!. DESIGNACIN DE LAS CONEIONES$ Desi5na8in >e Cone*iones Lneas >e p7esin. Lneas >e 67a:aHo. Lneas >e 7e6o7no. Lneas >e pilo6aHe. Lneas >e >7enaHe.
Luis Campos G.
Le67as. , A B C. S " T. % K. L.
Nme7os. ! 2 . / ? J. !0 !2 !. =.
Colo7. "oHo. 1e7>e. Azul. Ama7illa.
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SIMBOLOGIA UTILIKADA EN SISTEMAS NEUMATICOS E #ID"AULICOS.
Luis Campos G.
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Luis Campos G.
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Luis Campos G.
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CA"ACTE"ISTICAS % FUNCIONAMIENTO DE 1AL1ULAS. 2. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO$ 2.!. 1AL1ULAS DI"ECCIONALES. Las álulas comandan e influyen so!re el flu"o del medio presurizado. -llas guían al medio dosificado y en el momento correcto #acia los componentes que realizaran un tra!a"o. *ependiendo de su función especifica se diferencian distintos tipos de álulasA
Di7e88ionales$
&ontrolan el inicio, parada y dirección del medio presurizado.
De :loueo$
)loquean el flu"o en un sentido y lo li!eran en sentido contrario.
De 8au>al$
Influyen so!re el caudal del medio que %sta fluyendo.
De p7esin$
Influyen so!re la presión del medio presurizado o !ien se controlan con esta presión.
!. )ál)ula >e 8au>al. 2. )ál)ula an6i77e6o7no. /. )ál)ula /32.
Luis Campos G.
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2.2. FUNCIONAMIENTO % ,"E,A"ACION DE 1AL1ULAS DI"ECCIONALES. La función de una álula direccional se representa por los sím!olos segOn *IN I:Q 6269. -"emplo. ance y retroceso del ástago de un cilindro de simple efecto.
,osi8in >e 7e67o8eso.
,osi8in >e a)an8e.
:i en el sistema se requiere tener un control de aance y retroceso, la álula de!e ofrecer la posi!ilidad de de"ar pasar parcialmente caudal al cilindro o !ien de cerrar el paso y, en su recorrido de retroceso, de"ar que la tu!ería del cilindro li!ere #acia el escape. :on entonces requisitos en la álulaA a Nume7o >e 8one*iones ne8esa7ias$ /. &one/ión al cilindro, a la entrada de presión, y escape. : Nume7o >e posi8iones ne8esa7ias$ 2. 6. 0etroceso. 2. ance. 8 Denomina8in$ (álula >2, > cone/iones, 2 posiciones. Las posiciones se sim!olizan con cuadrados, la cantidad de posiciones por lo tanto estará determinada por el numero de cuadros que tenga la álula. Las cone/iones a la álula quedan marcadas por las líneas de cone/ión.
2./. INTE","ETACION SIMBOLICA DE LAS 1AL1ULAS DI"ECCIONALES. Q):-0(&IQN-:A • &antidad de posiciones cantidad de cuadros. • &antidad de cone/iones cantidad de líneas de cone/ión. en las cone/iones solo cuentan las principales, no cuentan las cone/iones de mandoM. • :ím!olos con líneas adicionales álula de cam!ios continuos.
Luis Campos G.
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&QN*F&?Q: *- 0-?Q0NQA • -n álulas neumáticas de!e diferenciarse entre escape conectados a un conducto con rosca de cone/iónM y escapes li!erados a la atmósfera sin rosca de cone/iónM. • -n álulas #idráulicas se diferencia entre tu!ería a tanque y tu!ería de descarga. $Q:I&IQN-: *- 0-$Q:QA • $osición normalA es la posición definida que toma la álula si no e/iste ninguna fuerza de influencia e/terna álulas de retorno por resorteM. • $osición inicialA es la posición a la cual la álula esta di!u"ada so!re el plano, o sea, la posición que toma la álula luego de #a!er sido conectado el circuito a la red y estando el circuito en posición de reposo álulas sin retorno por resorteM. • $osición intermediaA es la posición que toman las álulas con tres posiciones.
2.. DESC"I,CION DE LAS 1AL1ULAS DI"ECCIONALES.
Sm:olo. Es6a>o >e 7eposo.
EHemplo p7á86i8o >e 8ons67u88in.
Es6a>o >e a86i)o.
EHemplo p7á86i8o >e 8ons67u88in.
Espe8i;i8a8iones so:7e )ál)ulas >i7e88ionalesA • &antidad de cone/iones. • &antidad de posiciones. • ?ipo de la posición normal, inicial o intermedia. • ?ipo de accionamiento. • ?amaño. • (ersión. Des87ip8in$ • (álula >2. • Normal cerrada. • ccionamiento manual. • 0etorno por resorte. ACCIONAMIENTO$ $ara llear la álula de una posición a otra es necesario contar con un accionamiento. • @anuales. • @ecánicos. Luis Campos G.
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• •
$or presión. -l%ctricos.
2.?. ACCIONAMIENTOS DE 1AL1ULAS DI"ECCIONALES. Manuales. Me8áni8os.
Neumá6i8os.
El867i8os.
2.. FUNCION DE LAS 1AL1ULAS DI"ECCIONALES. EHemplo$ @ando de un cilindro de do!le efecto. La fuerza de empu"e en am!os sentidos, de!e ser realizada por el medio de presión. La álula de mando de!e posi!ilitar entonces el cam!io de la entrada de energía de un lado o del otro. dicionalmente de!e posi!ilitarse una descarga al lado contrario. *e estas especificaciones se desprende que la álula de!e ser deA • 7 &one/iones , ), $, 0. • 2 $osiciones.
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Denomina8in$
(álula 72. ,osi8in >e 7e67o8eso.
,osi8in >e a)an8e.
"e8ono8imien6o$ $ara comandar un cilindro de do!le efecto se necesita una álula 72. *e!ido a los principios constructios se usan tam!i%n en la practica álulas 82. *iferencia entre una álula 72 y 82A • (álula 72A un conducto de retorno para am!as cone/iones del cilindro. • (álula 82A cada lado del cilindro tiene su retorno.
1ál)ula ?32. Cons67u88in.
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2.J. TI,OS % SIMBOLOS DE 1AL1ULAS DI"ECCIONALES. *e la inmensa gama de álulas direccionales que e/isten #ay alguna de uso muy frecuente en la industria, como por e"emploA
Sim:olo5a se5n DIN ISO !2!=. 2.9. TI,OS DE 1AL1ULAS DI"ECCIONALES NEUMATICAS. Las características de las álulas neumáticas dependen del tipo y de sus características constructias. Son >i;e7en8ias si5ni;i8a6i)as$ • ?ipo de construcciónA asiento = corredera. • ?ipo de mandoA accionamiento directo pilotado. • IntersecciónA con o sin.
Tipos >e 8ons67u88in$ • ccionamientoA fuerza, camino, tipo. • ?ipo de sello. • :ensi!ilidad. • Qpera!le sin lu!ricación.
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a 1ál)ulas >e asien6o$
: 1ál)ulas >e 8o77e>e7a$
(álulas de asiento son aquellas que eitan por completo las fugas, pero necesitan de esfuerzos de accionamiento importantes, conmutan rápidamente en caminos cortos, insensi!les a la suciedad y operan li!res de lu!ricación. Las álulas de corredera de pistónM son construcción sencilla, tienen un olumen constructio pequeño y esfuerzos de accionamiento !a"os, no o!stante precisan de recorridos de conmutación mayores, son de estanqueidad limitada y mas suscepti!les a la suciedad que las de asiento, pero tienen la enta"a de que el accionamiento a am!os lados de ellas puede realizarse con muc#a facilidad.
2.=. ,ILOTAPE DE 1ALULAS DI"ECCIONALES NEUMATICAS. -n las álulas pilotadas el accionamiento no actOa directamente so!re la álula principal, lo #ace so!re álula piloto au/iliar. La álula principal es actuada por la presión del medio que controla. Los pilota"es se aplican en álulas de asiento con esfuerzos de accionamientos grandes y en electroálulas, para poder usar sistemas electromagn%ticos pequeños. ,7opie>a>es >e las )ál)ulas pilo6a>as$ • -sfuerzos de accionamientos pequeños, aun para grandes tamaños . • ?iempos de accionamientos mayores que los de las álulas de accionamiento directo. • $recisan de una presión mínima.
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"ep7esen6a8in + >enomina8in. • (álula >2, • Normal cerrada, • ccionamiento manual = retorno por resorte.
"ep7esen6a8in >e6alla>a.
EHe8u8in p7a86i8a. "ep7esen6a8in simpli;i8a>a. 2.!0.
,"INCI,IOS CONST"UCTI1OS DE 1AL1ULAS DI"ECCIONALES.
EHemplo$ )ál)ula ?32.
EHemplo$ )ál)ula /32. In6e7se88in 3 so:7eposi8in. -l t%rmino intersección descri!e el comportamiento de la álula en la fase de conmutación. • (álula principalA con intersección, mientras ocurre la fase de conmutación , $ y 0 están comunicados entre si. • (álula pilotoA sin intersección, luego de cerrado 0 se comunica $ con . "e6o7no neumá6i8o. -l retorno de una álula a su posición de reposo puede realizarse por un resorte mecánico o !ien por medio de presión de aire. &uando el retorno esta integrado y ocurre constantemente por presión se dice que #ay resorte neumático.
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A88ionamien6o manual au*ilia7. Las álulas de accionamiento neumático o el%ctrico se incorpora generalmente un accionamiento manual au/iliar para simplificar el mane"o local de la álula. *e esta forma tam!i%n es posi!le operar la álula sin tener energía de pilota"e.
1ál)ulas 8on a86ua>o7 m:olo >i;e7en8ial. -n álulas neumáticas de accionamiento por am!os lados puede realizarse el pilota"e por pilotos de %m!olos de igual área o !ien por pilotos con %m!olos de áreas diferentes. Sm:olo. 2.!!.
DISEQO ,"ACTICO DE 1AL1ULAS DI"ECCIONALES NEUMATICAS.
Luis Campos G.
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2.!2.
1AL1ULAS ELECT"OMAGNETICAS.
Las álulas electromagn%ticas conierten a la energía el%ctrica tensión, corrienteM.
Ca7a86e7s6i8as neumá6i8as. &omo todas las álulas neumáticas, las características mas importantes sonA Luis Campos G.
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• • • • •
1unción. ?ipo de construcción. ?ipo de pilota"e. Intersección. ?amaño.
Ca7a86e7s6i8as el867i8as. • ?iempo de conmutación para energizar y desenergizar. • ?ipo de corriente, corriente continua, corriente alterna. • $otencia a!sor!idaA potencia de retención, potencia de e/citación. • ?ipo de protecciónA de los contactos, impurezas, al agua, a e/plosiones, a la presión. • ?ipo de sericio RM. /. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO$ /.!. 1AL1ULAS DE CAUDAL. -stas álulas siren para reducir la sección de paso con el o!"etio de modificar el caudal de aire comprimido y, por consecuencia, la elocidad de los actuadores. 1undamentalmente se diferencian en dos tiposA
Es67an5ula>o7es$ Ca7a86e7s6i8as$
fi"os o regula!les. sección diámetroM. • -l flu"o depende de la diferencia de presión. • -l flu"o depende de la iscosidad.
Sm:olo se5n DIN ISO !2!=.
1ál)ula >e :loueo.
Sm:olo se5n DIN ISO !2!=.
1ál)ula >e :loueo pilo6a>a. Dia;7a5mas$ Ca7a86e7s6i8as$
Luis Campos G.
fi"os o regula!les. estrec#amiento corto con relación a la sección diámetroM. • -l flu"o depende de la diferencia de presión. • -l flu"o no depende de la iscosidad. • 1lu"o tur!ulento. 26
/.2. 1AL1ULA EST"ANGULADO"A DE CAUDAL$ La álula estranguladora de caudal unidireccional es una com!inación entre una estranguladora generalmente regula!leM y una álula antirretorno. :e utiliza allí donde de!e influenciarse so!re el caudal en un solo sentido. :on características de estas álulasA • $recisión de regulación, sensi!ilidad. • &audal de flu"o li!re en sentido de regulación con regulación totalmente a!ierta. • &audal de flu"o li!re so!re la antirretorno. :egOn el tipo de estrangulador que se use serán mas o menos precisas la linealidad y la regulación.
Campo >e apli8a8in. • • •
0educción de elocidad en sistemas neumáticos. cilindros y motoresM. 0egulación de temporizadores. Influencia so!re el caudal desplazado.
Sim:olo5a se5n DIN ISO !2!=.
1ál)ula es67an5ula>o7a >e 8au>al uni>i7e88ional. Tipos >e es67an5ula8in.
Luis Campos G.
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EHemplos >e apli8a8in.
/./. EPE"CICIOS ,"ACTICOS. 1ál)ulas >e ;luHo. La elocidad de aance y retroceso de un cilindro de do!le efecto de!e regularse por una estrangulación en la alimentación. -l sistema arranca con el pulsador ? 6, retrocede por el pulsador ? 2 y el control de am!as cámaras de los cilindros es por manómetros. &ompare las propiedades de una estrangulación con una en el escape.
Es67an5ula8in en la alimen6a8in$ •
$resión de alimentación y escape a niel !a"o, por ello gran dependencia de la ariación de esfuerzos.
•
$osi!le salto de arranque.
•
No apropiada en esfuerzos negatios.
Es67an5ula8in en el es8ape. •
$resión de alimentación y escape en niel alto, por ello el em!olo está solicitado y la dependencia de los esfuerzos e/ternos es !a"a, permitiendo uniformidad en el moimiento.
•
&omportamiento de arranque acepta!le.
•
0etención a las cargas negatias.
Luis Campos G.
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. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO. .!. 1AL1ULAS DE ,"ESION. Las álulas de presión e"ercen influencia so!re la presión del aire comprimido o !ien reaccionan frente a alores de presión determinados. Las principales álulas de presión sonA
!. 1ál)ula 7e5ula>o7a >e p7esin R7e>u86o7a >e p7esin. 2. 1ál)ula >e se8uen8ia R8on67ol >e p7esin. /. 1ál)ula >e so:7ep7esin R>e se5u7i>a>. .!.!. 1AL1ULA "EGULADO"A DE ,"ESION$ Fna álula reguladora de presión tiene por misión mantener en línea y sistema un alor de presión constante aun si la red de alimentación tiene presiones de alor oscilante y consumos aria!les. :on alores nominales para un regulador de presiónA • • • •
&aída de presión respecto al caudal. :ensi!ilidad de respuesta. 0ango de presión para tra!a"ar sin pertur!aciones alores mínimo y má/imoM. ?iempo de respuesta cura característica de regulación a presiones aria!lesM. 6. 5 resorte. 2. 5 mem!rana. >. 5 asiento de la álula para la regulación de flu"o. 7. 5 entrada. 8. 5 salida. ;. 5 asiento de álula para el escape.
Sm:olo se5n DIN ISO !2!=. :e diferencian entreA aM 0egulador de presión con aliio. !M 0egulador de presión sin aliio.
Luis Campos G.
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Campo >e apli8a8in. limentación centralizada de instalaciones de aire comprimido. Fnidad de mantenimiento de un sistema. 0egulación de fuerzas en cilindros. 0egulación de los torques en motores de aire comprimido. -n todos los lugares donde se requiera una presión constante para realizar un tra!a"o seguro y confia!le. Fn regulador de presión funciona solamente en un sentido. *e!e prestarse atención a una cone/ión correcta. Fna me"ora en el comportamiento de regulación a oscilaciones de presión fuertes se consigue medianteA • Incorporación de un olumen au/iliar para amortiguar. • &one/ión en serie cone/ión cascadaM de arios reguladores de presión. • • • • •
1L1ULAS ACCIONADAS ,O" ,"ESIN.
Sm:olo se5n DIN ISO !2!=. 1ál)ula >e se8uen8ia neumá6i8a aHus6a:le.
Sm:olo se5n DIN ISO !2!=. 1ál)ula li8i6a>o7a >e p7esin. Luis Campos G.
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.!.2.
1AL1ULA DE SECUENCIA.
una álula de secuencia tiene por función, luego de alcanzar cierta presión entregar un señal de salida. -sta señal de salida puede estar dentro del campo de las presiones !a"as o normales, y tam!i%n puede ser el%ctrica. La presión de respuesta de una álula de secuencia, generalmente es regula!le.
1alo7es nominales + 87i6e7ios >e sele88in. • • • • • • •
0ango de presiones de respuesta alores mínimos y má/imosM. 0epeti!ilidad. $resión de regulación. Hist%resis diferencia entre presión de cone/ión y de corteM. &audal nominal. &omportamiento de la cone/ión de mando frente a distintos medios. 1unción de la álula !ase.
Campos >e apli8a8in. • • • •
?oma de presión en tu!erías de cilindros para controlar el esfuerzo realizado. &ontrol de presiones en distintos rangos y e"ecución de procesos a partir de su señal. :eñal sustituto para monitoreo del estado de cilindros a tra%s de la presión de alimentación. ccionamiento de sistemas de seguridad al so!repasarse un alor definido de presión.
.!./. 1AL1ULA LIMITADO"A DE ,"ESION. Las álulas de so!recarga se usan en la neumática generalmente como álulas de seguridad. l so!repasar una presión que se #a cali!rado con un resorte se a!re el flu"o y el aire sale #acia la atmósfera. 1recuentemente estas álulas de seguridad poseen además de la so!recarga, una descompresión por accionamiento manual y están precintadas.
.2. EPE"CICIOS ,"ACTICOS. Fn cilindro de do!le efecto de!e aanzar con presión reducida luego de actiar un pulsador ? 6. l alcanzar su posición final se aplica la presión total a tra%s de un pulsador ? 2 y luego de alcanzar dic#a presión el cilindro retrocede. -n la posición posterior se conmuta automáticamente de nueo a la presión reducida mediante la álula :6.
Luis Campos G.
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?. ELEMTOS % 1AL1ULAS ES,ECIALES ,A"A SISTEMAS NEUMATICOS. ?.!. TEM,O"IKADO"ES NEUMATICOS. Las temporizaciones neumáticas pueden realizarse al crear un retardo en el enío o en la interrupción de una señal de mando. $ueden ser realizadas de las siguientes formasA • 0etardo en la generación de presión de pilota"e por estrangulación y de un olumen adicional elemento 0&M. • *escompresión por estrangulación. sistema de diafragmaM. • -lementos mecánicos con elementos de señal neumática.
Se5n el 8one*iona>o se >i;e7en8ian en$ a De ape76u7a 7e6a7>a>a 8on seal >e sali>a. posi6i)a. -n este tipo de señal de salida tiene el alor < mientras no e/iste la señal de control, y al esta!lecerse la misma el alor 6 comienza el retardo. Luego de transcurrido el retardo la salida toma el alor 6. l caer la señal de mando, tam!i%n cae la señal <.
Luis Campos G.
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: De 8ie77e 7e6a7>a>o 8on seal >e sali>a ne5a6i)a. -n este tipo, en posición de reposo e/iste flu"o constante. Luego de transcurrido el tiempo de retardo cae la señal de salida y al quitar la señal de mando, la señal de salida se resta!lece.
EHemplos >e )e7siones p7a86i8as. Sm:olos' >enomina8in' ;un8in. (álula >2, normal cerrada positiaM,retardo por progresio aumento de presión a tra%s de estrangulación #acia un olumen.
(álula >2, normal a!ierta negatiaM, retardo por aumento de presión, estrangulación #acia un olumen. Luis Campos G.
(álula >2, normal cerrada, retardo por deformación del fuelle de mando.
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?.2. EPE"CICIOS ,"ACTICOS CON TEM,O"IKADO"ES. -l %m!olo de un cilindro de do!le efecto de!e aanzar luego de accionarse un pulsador, y luego de llegar al final de su carrera permanecer allí un tiempo regula!le y finalmente retroceder por si solo.
Fn cilindro de do!le efecto se comando a ?ra%s de un pulsador. -l aance de!e ocurrir luego de accionar el pulsador, el retroceso luego de #a!er alcanzado su carrera final, por medio de un fin de carrera. -l circuito de!e realizarse de forma tal que por más que se mantenga actuado el pulsador, el cilindro uela a su posición inicial, y solo queda e"ecutar un solo ciclo luego de soltar y oler a accionar el pulsador de marc#a.
Luis Campos G.
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?./. EPEM,LOS DE CI"CUITOS NEUMATICOS BASICOS. ?./.!. Sis6ema >e alimen6a8in pa7a 8in6as 67anspo76a>o7as. :e de!e moer una cinta transportadora mediante un sistema de enganc#e y un cilindro de transporte. -l proceso de!e comenzar luego de conmutar un accionamiento giratorio con tra!a en forma continua. Luego de desconectar el accionamiento el cilindro de transporte de!e oler a su posición inicial.
?./.2. Sis6ema >e llena>o. :e llenan una serie de recipientes por medio de un sistema !asculante accionado por un cilindro de aire comprimido. -l giro se produce por la acción de álulas de mando correspondiente.
Luis Campos G.
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?././. ,7ensa neumá6i8a. :o!re una prensa neumática se claan piezas. Luego de introducir las piezas en la matriz porta piezas y una ez que esta #a sido introducida en la maquina comienza automáticamente el proceso de prensado. Luego de alcanzar su posición final de tra!a"o, el cilindro retorna a su posición inicial. -l retorno del cilindro sólo puede ocurrir cuando se #aya alcanzado la má/ima fuerza de tra!a"o, controlada por medio de la presión.
?./..
Sis6ema >e inme7sin + la)a>o.
$or medio de un cilindro de do!le efecto se introducen en un !año de inmersión una serie de piezas. $ara realizar una limpieza completa, es necesario realizar la inmersión dos eces, y el tiempo de inmersión de las mismas de!e ser apro/imadamente de 2 seg. -l arranque del proceso ocurre mediante un pulsador.
Luis Campos G.
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?./.?.
Sis6ema >e >osi;i8a8in.
Fn cilindro de aire comprimido regula la carga de recipientes. Los alores de carga son registrados por !arreras neumáticas del tipo #orquilla instalado so!re el nonio indicador de la !alanza. penas se encuentre un recipiente acío so!re la !alanza y se accione un pulsador de arranque, comienza el proceso de llenado. Luego de terminar el proceso y antes de comenzar un nueo ciclo de!e retirarse el recipiente lleno y depositarse uno acío.
Luis Campos G.
37
.
A,LICACIONES % EPEM,LOS DE SISTEMAS NEUMATICOS INDUST"IALES. EPEM,LO N !. O,E"ACIN MANUAL DE UNA 1L1ULA /32 CON "ETO"NO ,O" "ESO"TE ,A"A EL COMANDO DE UN CILIND"O DE SIM,LE EFECTO. !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2 6.>
$amiliarización con la álula >2 operada a perilla con retorno a resorte. 1amiliarización con el cilindro de acción simple. &onstrucción de un circuito operatio !ásico para simular la operación de una prensa.
2.
DISCUSION La 1igura 6.6 muestra una prensa operada por un cilindro de acción simple equipado con un resorte de retorno. -l cilindro es operado por una álula manual >2 con resorte de retorno. La 1igura 6.2 muestra el diagrama del sistema.
Figura 1.1: Principios de operación de una prensa simple.
Figura 1.2: Circuito de control
/.
CUESTIONA"IO.
>.6 >.2 >.> >.7 >.8 >.;
S&uál es la función del resorte en la álula (6T. S&uál es la función de la tercera lum!rera en la álula (iT. S&ómo es retornado el cilindro T. SUu% función cumple el orificio en el e/tremo del cilindroT. S&uáles son las desenta"as del resorte en el cilindroT. S&uáles son las enta"as del resorte en el cilindroT
Luis Campos G.
38
EPEM,LO N 2. COMANDO DE UN CILIND"O DE SIM,LE EFECTO CON DOS 1L1ULAS /32. !.
OBPETI1OS.
6.6 &omprensión del m%todo de la cone/ión en serie. 6.2 Fso de dos álulas conectadas en serie como dispositio de seguridad. 6.> &onstrucción de un circuito usando la cone/ión en serie.
2.
DISCUSION. La 1igura 2.6 muestra un circuito de control para una prensa, como se descri!e en la 1igura 6.6 -"ercicio 6M. -l circuito de control es operado por dos álulas conectadas en serie, que conforman un dispositio de seguridad para el mane"o de una prensa con dos manos. NotaA -l dispositio de seguridad acostum!rado requiere del uso de am!as manos, y opera segOn el principio de tiempos. Las perillas de!en ser oprimidas durante períodos !rees y a interalos fi"os. @ás adelante se erá un e"ercicio !asado en este principio. $ara operar el cilindro M, las álulas (6 y (;M de!en ser oprimidas simultáneamente.
Figura 2.1: Control en serie
/.
CUESTIONA"IO.
>.6 >.2
S$or qu% las álulas (6 y (; requieren tres lum!reras en lugar de dos lum!rerasT S$or qu% la actiación separada de una sola de las álulas (6 o (; no causa la actiación del cilindro T
EPEM,LO N /. Luis Campos G.
39
O,E"ACIN DE UNA 1L1ULA CENT"ADA ,O" "ESO"TE.
DIST"IBUIDO"A ?3/ COMANDO ,O" ,ALANCA'
!.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
1amiliarización con la álula de 8> ías a palanca de centro cerrado. Qperación del cilindro con la álula de 8> ías a palanca de centro cerrado.
2.
DESC"I,CION. Fna aplicación interesante para esta álula puede encontrarse en un circuito de control para a!rir y cerrar puertas pesadas, cuando la puerta de!e ser detenida en diferentes posiciones de a!ertura por e"emplo, la puerta de un #orno.
Figura 3.1: Puerta de un orno.
Figura 3.2: Circuito de control de puerta de un orno
/.
CUESTIONA"IO.
>.6
:i el cilindro está tra!ado en una posición determinada en el medio de su carrera, Spuede ser moido e"erciendo fuerza en el ástago del pistónT -n la álula (4 se o!tiene la posición tra!ada central cuando la palanca es li!erada, por medio de dos resortes 1igura 6M. $uede e/istir otro tipo de álula 8>, en la cual no #aya resorte de retorno, y que la palanca, al ser li!erada, de"e a la álula en su Oltimo estado de actiación
>.2
Luis Campos G.
40
1igura 2M. S&ómo influencia este tipo de álulas el moimiento del cilindro de do!le acciónT
EPEM,LO N . Luis Campos G.
41
O,E"ACIN DE UN CI"CUITO DE CONT"OL DE T"ES ,OSICICIONES. !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
1amiliarización con el circuito de control de tres posiciones para operación de un cilindro &omprender y usar la ta!la de erdad.
2.
DESC"I,CION. Fna puerta corrediza es impulsada por un cilindro de do!le acción.
Figura !.1
Figura !.2: Circuito de control
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2 >.>
S&uántas posiciones pueden o!tenerse mediante los dos !otones pulsadoresT l oprimir uno o más !otones, Scuál será la posición del cilindroT l oprimir am!os !otones simultáneamente, el cilindro ) se desplaza. S$or qu%T
EPEM,LO N ?. Luis Campos G.
42
O,E"ACIN DE UNA 1L1ULA ?32 COMANDO NEUMTICO. !.
OBPETI1OS
6.6 6.2
-/plicar cómo puede me"orarse un sistema de operación directa que contiene un cilindro de acción do!le, por la adición de un elemento de memoria. &onstruir el sistema.
2.
DESC"I,CION. La configuración del control de la prensa de un cilindro fue modificada para me"orar su desempeño. continuación se muestra la configuración de control.
Figura ".1
/.
CUESTIONA"IO.
>.6
S-s posi!le o!tener una posición en la que el cilindro ) pueda ser desplazado #acia adelante y #acia atrás, como en el e"ercicio anteriorT -/plique. -n la 1igura 8.6, la presión momentánea en uno de los dos !otones pulsadores moerá al cilindro ) #asta el final de su carrera, sin detenerse en el recorrido. S$or qu%T l oprimir simultáneamente am!as álulas de control (6 y (;, podemos o!tener una posición en la que no #aya moimiento. S$or qu%T
>.2 >.>
EPEM,LO N . Luis Campos G.
43
O,E"ACIN DE UN CONT"OL NEUMTICO SEMIAUTOMTICO !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
&omprender la operación de un circuito de control neumático semiautomático. &onstrucción de un circuito de control neumático semiautomático.
2.
DESC"I,CION. La siguiente figura descri!e un sistema de control para operación de un ciclo semiautomático.
Figura #.1
/.
CUESTIONA"IO
>.6
S$or qu% ) )5 es e"ecutado al oprimir momentáneamente el !otón pulsador (6, y por qu% el cilindro se detiene en la posición ) al oprimir continuadamente #asta li!erar el !otón pulsadorT -/plique. &onstruya un circuito de control semiautomático )5 ). -n este circuito, la opresión momentánea de (6 retornará al cilindro y lo e/tenderá automáticamente, y la opresión continua de"ará al cilindro en la posición V5W.
>.2
EPEM,LO N J. USO DEL DE,OSITO ,A"A EL "ETA"DO DE TIEM,O. RTempo7iza>o7 Neumá6i8o. Luis Campos G.
44
!.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
-/plicar un circuito de control con retardo !asado en el principio de acumulación de la presión. &ómo construir un circuito de control con retardo, independiente de álulas limitadoras.
2.
DESC"I,CION La 1igura 9.6 descri!e una disposición de control neumático.
Figura $.1
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2 >.>
-n su opinión, Scuáles son los parámetros que afectan el retardo de tiempoT S&uál es la función de la álula de retenciónT S-s posi!le omitir la álula (7 y conectar el tanque directamente al control de )5T
EPEM,LO N 9. USO DE UN TEM,O"IKADO" NEUMTICO EN UN CI"CUITO DE CONT"OL. Luis Campos G.
45
!.
OBPETI1OS.
6.6
1amiliarización con un circuito de control que tiene retardo neumático en com!inación con álulas limitadoras. 6.2 &ómo construir un retardo neumático en com!inación con álulas limitadoras.
2.
DESC"I,CION. La 1igura 3.6 muestra un circuito de control que usa un tanque de retardo con una álula limitadora integrada. -n este circuito de control el retardo está !asado en el principio de incremento de presión en el tanque depósitoM.
Figura %.1
/.
CUESTIONA"IO.
>.6 -n su opinión, S#ay una relación lineal entre la posición de la agu"a y el retardo de tiempoT. >.2 S-s posi!le o!tener un retardo de 6 #ora e/actaT >.> S&uál es el retardo de tiempo razona!le que puede o!tenerse usando el circuito de la 1igura 3.6T
EPEM,LO N =. CI"CUITO DE CON"OL CON "ETA"DO O,E"ANDO ,O" DESCA"GA DE ,"ESIN. !.
OBPETI1OS.
Luis Campos G.
46
6.6 6.2
1amiliarización con el circuito de control neumático con retardo integrado, que opera !a"o el principio de la descarga de presión. &ómo construir un circuito de control neumático con retardo de descarga de la presión.
2.
DESC"I,CION. La 1igura 9.6 muestra un circuito de control neumático, en el cual un cilindro do!le acción opera automáticamente. -l circuito de control incluye un retardo neumático, !asado en el principio de la descarga de presión.
Figura &.1
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2
&ompare los retardos de tiempo con los de los e"ercicios anteriores. -/plique las diferencias. S&uál es la función de la álula de retención en 16T
EPEM,LO N !0. "EGULACIN DE 1ELOCIDAD DE UN CILIND"O DE DOBLE EFECTO. !.
OBPETI1OS.
6.6
&omprender el m%todo de regulación de la elocidad de un cilindro de do!le acción.
Luis Campos G.
47
6.2
-/plicar el uso de una álula de agu"a para la regulación.
2.
DESC"I,CION. -n la 1igura 6<.6 se muestra el circuito de control de un cilindro de do!le acción con dos reguladores de elocidad.
Figura 1'.1
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2
SUu% tipo de regulación del caudal realiza 12A entrante o salienteT SUu% tipo de regulación del caudal realiza 16A entrante o salienteT
Luis Campos G.
48
EPEM,LO N !!. CI"CUITO DE CONT"OL AUTOMTICO CON UN CILIND"O DE DOBLE EFECTO. !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
&ompren &omprensión sión y famil familiariz iarizació ación n con un un circuito circuito de de control control con con un cilind cilindro ro de do!le do!le acción acción.. &onstru &onstrucció cción n de un circuit circuito o de contr control ol automá automático tico que que opera opera con con un cilindro cilindro de de do!le do!le acción. acción.
2.
DESC"I,CION :istema para una máquina que entrega ítems consecutiamente.
Figura 11.1
-l circuito de control es como sigueA
Figura 11.2
/.
CUESTIONA"IO
>.6
:i se interc intercam! am!ian ian las cone/ cone/ione ioness de salida salida de la álu álula la (2 y se interc intercam! am!ian ian las cone/ cone/ione ioness de control ) )5, Scam!iará la operación del circuito de controlT -l !otón !otón pulsad pulsador or (6 está está conec conectado tado entr entre e la álula álula L(7 L(7 y el contro controll ) . SUu% SUu% suceder sucederá á si se cam!ia la u!icación de la álula (6, de modo que est% entre el sumiristro de aire y la entrada de presión de la álula L(7T SUu% SUu% suceder sucederá á si se cam!ia cam!ia la u!icac u!icación ión de la álu álula la (i, de modo modo que que est% est% entre entre la álula álula L(: L(:
>.2 >.>
Luis Campos G.
49
y el control )5T
EPEM,LO N !2. Luis Campos G.
50
CI"CUITO DE CONT"OL ,A"A UNA MA(UINA AMOLADO"A. !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
&ompre &omprensió nsión n de la const construc rucción ción y la oper operación ación del circuit circuito o de contro controll neumático neumático de de una máqu máquina ina amoladora. &ómo &ómo constru construir ir el circu circuito ito de de contro controll necesar necesario io para para la máquin máquina a amolad amoladora ora..
2.
DESC"I,CION. -n la 1igura 62.6 se muestra el circuito de control para una máquina amoladora impulsado por un cilindro neumático. NotaA &on el o!"eto de regular e/actamente la elocidad del cilindro & y con independencia de los cam!ios de fuerza, se incorpora una unidad de control de la elocidad denominada VHydroc#ecBV.
Figura 12.1
Figura 12.2
/.
CUESTIONA"IO
Luis Campos G.
51
8.6
-n la 1igura 62.2, la álula (6 proee aire a las álulas L(6 y L(2. SUu% sucederá al circuito de control si la álula (6 tam!i%n proee aire a la álula (2T
Luis Campos G.
52
EPEM,LO N!/. USO DE SENSO"ES EN CI"CUITOS DE CONT"OL. !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2 6.>
&omprensión del uso de sensores en un circuito de control. &omprender la construcción de un circuito de control neumático con un cilindro de do!le acción. nálisis de aplicaciones que requieran llear a ca!o ciertas condiciones simples.
2.
DESC"I,CION La 1igura 6>.6 muestra un circuito de control, para una máquina que reparte Items consecutiamente. -ste circuito de control es similar al descripto en el -/perimento 62, con la adición de dos sensores (> y (;M. La función del sensor (> consiste en asegurar que #aya ítems en el cargador @. La función del sensor (; consiste en asegurar que aOn no se #ayan repartido ítems. &uando el sensor (> detecta un ítem en el cargador @, y el sensor (; detecta que aOn no se #a repartido un ítem, un nueo ítem es repartido. $ara concluir, las condiciones requeridas para el ciclo operatio correcto sonA 6M -l sensor (> está actiado. 2M -l sensor (; está desactiado. >M La álula (6 está actiada. -l circuito de control es como sigueA
Figura 13.1
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2 >.>
S$or qu% conectamos las álulas (6 y (> en serieT S$or qu% la álula (; fue conectada inertida y en serie a las álulas (6 y (>T -studie el circuito de la 1igura 6>.6, y e/plique su operación. EPEM,LO N !.
Luis Campos G.
53
CI"CUITO AUTOMATICO CON UN CILIND"O DE DOBLE EFECTO % DOS 1L1ULAS DE CONT"OL. !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2
&omprender y e/plicar la función de un circuito automático con un cilindro de do!le acción. &omprender la cone/ión de dos pulsadores en una disposición especial.
2.
DESC"I,CION. -n la 1igura 67.6 se muestra el circuito de control neumático.
Figura 1!.1
Las álulas (> y (; en este circuito de control neumático proeen al operador con dos modos de operación del circuitoA 6M &iclo Onico 2M Qperación automática
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2 >.>
S$or qu% se requieren dos posiciones, de ciclo Onico o automáticoT. S-s posi!le el control do!le en este circuitoT -/plicar. S&ómo puede o!tenerse un solo ciclo OnicoT -/plicar.
Luis Campos G.
54
EPEM,LO N !?. CI"CUITO CON CILIND"OS DE DOBLE EFECTO !.
OBPETI1OS.
6.6 6.2 6.>
Interpretar la operación de un circuito de control neumático con dos cilindros de do!le acción. :a!er cómo construir un circuito de control neumático con dos cilindros. Localizar fallas en circuitos neumáticos de control con dos cilindros.
2.
DESC"I,CION. -l sistema está compuesto por dos cintas transportadoras y un eleador neumático automático. -l eleador neumático automático elea paquetes desde la cinta transportadora N < 6 #asta la cinta transportadora N< 2.
La siguiente es la disposición de un circuito neumático para operación de un eleador neumático. &uando un paquete llega a la superficie superior del cilindro & actia al sensor (; al sensor (;, el que opera el cilindro &, el cual leanta el paquete. -l cilindro ) entonces reacciona, empu"ando el paquete a la cinta transportadora N< 2.
Figura 1".1
Luis Campos G.
55
Figura 1".2
/.
CUESTIONA"IO
>.6 >.2 >.> >.7 >.7
S&uál es la función del sensor (;T S&uál es la función del sensor (>T S$or qu% las álulas (> y (; están conectadas en serieT S&uál es la secuencia de operaciones del sistemaT SHay control do!le en este cicloT -/plicar.
EPEM,LO N !. Luis Campos G.
56
O,E"ACIN DE DOS CILIND"OS EN ,A"ALELO. !.
OBPETI1OS
6.6 6.2 6.>
&onstruir un circuito de control neumático con dos cilindros operando en paralelo. &onstruir un circuito neumático de control en el cual los dos pistones e"ecutan simultáneamente el moimiento de retroceso. *etectar fallas en circuitos neumáticos similares de control.
2.
DESC"I,CION. -n la 1igura 6;.6 se muestra un sistema compuesto por dos cintas transportadoras y un eleador neumático automático.
Figura 1#.1
J.
?.
CUESTIONA"IO
8.6 8.2 8.> 8.7 8.8
-n su opinión, Spor qu% las álulas L(6 y L(7 están conectadas en serieT S$or qu% la álula L(: se diide y opera los dos controles 5 y )5T ?rate de esta!lecer la secuencia de operaciones en este circuito. SHay un control do!leT S*óndeT ?eóricamente, este circuito SfuncionaráT
A,LICACIONES
Luis Campos G.
MONTAPE DE CI"CUITOS NEUMTICOS CON COMANDO ELVCT"ICO' 57
SEGWN SECUENCIA. $ara cada uno de los e"emplos que se descri!en a continuación se pideA Interpretar el circuito neumático y el%ctrico del sistema. A.
EHe78i8io N !. Des87ip8in >el p7o:lema. Fn cilindro de simple efecto de!e impulsar o!"etos defectuosos de una cinta transportadora. l accionar el pulsador :6, el cilindro de!e salir. l soltar el pulsador :6, uele a su posición original.
B.
EHe78i8io N 2. Des87ip8in >el p7o:lema. Luego de pulsar :6 un cilindro de do!le efecto de!e a!rir una compuerta de llenado. *espu%s de soltar el pulsador, el cilindro cierra la compuerta nueamente.
C. EHe78i8io N /. Luis Campos G.
58
Des87ip8in >el p7o:lema. Fn cilindro de simple efecto de!e a!rir y cerrar un portón. *e un lado el porton se a!re por intermedio del pulsador :6, del otro lado se cierra con :2. :6A salida del cilindro. :2A entra el cilindro.
D. EHe78i8io N . Des87ip8in >el p7o:lema. Hay que cerrar ca"as grandes con una cinta ad#esia. Fn patín que se desliza moido por un cilindro de do!le efecto presiona la cinta so!re el cartón. 0equisitosA :6 comienzo del proceso de pegado. :2 cinta ad#esia en el portacintas. :> el cartón está listo.
E.
EHe78i8io N ?.
Luis Campos G.
59
Des87ip8in >el p7o:lema. *e!e realizarse una etapa de prensado a tra%s de un cilindro de do!le efecto. -l proceso de prensado se inicia con :6. -l retorno del cilindro puede realizarse en forma indistinta desde dos terminales diferentes, :2 ó :>.
F.
EHe78i8io N . Des87ip8in >el p7o:lema. Fn cilindro de do!le efecto de!e permitir una etapa de prensado. ccionando !reemente :6 el cilindro sale y permanece en esa posición #asta que se pulse :2.
G. EHe78i8io N J. Luis Campos G.
60
Des87ip8in >el p7o:lema. Fn cilindro de do!le efecto conduce una cierra de madera. &on el cilindro se su"eta la madera y con el cilindro ) se corta. -n su posición final el cilindro actia una señal a tra%s de un fin de carrera. NotaA para realizar el proceso de corte el cilindro ) de!e salir en forma lenta.
#. #. #. #. #. #. #. #. #. #. #. #. #. #. #. EHe78i8io N 9. Des87ip8in >el p7o:lema.
Luis Campos G.
61
Fn cilindro de do!le efecto sale cuando se acciona :6, :2 ó :>. :u posición final se indica con el fin de carrera :7. -l cilindro de!e permanecer 68 segundos en su posición final con ayuda de un temporizador y luego retornar automáticamente.
I.
EHe78i8io N =. Des87ip8in >el p7o:lema. ?res cilindros , ) y &M de do!le efecto de!en salir en forma consecutia cuando el anterior #aya alcanzado su posición final. Fna lámpara testigo indica la posición final de los tres cilindros. Luego de 2< segundos todos los cilindros uelen simultáneamente a su posición inicial.
Luis Campos G.
62
P.
EHe78i8io N !0. Des87ip8in >el p7o:lema. *os cilindros y )M de do!le afecto se #acen salir simultáneamente pulsando :6. &uando el fin de carrera :> indica la posición final el cilindro de!e oler inmediatamente y el cilindro ) al ca!o de >< segundos el fin de carrera :> se encuentra en el cilindro )M.
Luis Campos G.
63
4.
EHe78i8io N !!. Des87ip8in >el p7o:lema. ?res cilindros de do!le efecto , ) y &MA cuando el cilindro #aya alcanzado su posición final accionado por el pulsador :6M sale el cilindro ). Fna ez alcanzada la posición final de!en transcurrir 2< segundos #asta que salga el cilindro &. cuando el cilindro & tam!i%n #aya alcanzado su posición final todos los cilindros regresaran simultáneamente a su posición inicial.
Luis Campos G.
64
L.
EHe78i8io N !2. Des87ip8in >el p7o:lema. Fn portón de gara"e se muee con un cilindro neumático de do!le efecto. :i se acciona el pulsador :6se enciende una señal luminosa. >
Luis Campos G.
65
M. EHe78i8io N !/. Des87ip8in >el p7o:lema. @ediante el pulsador :6 ó :2 se a!re un portón con ayuda de un cilindro de do!le efecto. :i se de"a de pulsar :6 ó :2 el portón de!e permanecer a!ierto >
N. EHe78i8io N !. Luis Campos G.
66
Des87ip8in >el p7o:lema. *os cilindros de do!le efecto y )M salen despu%s de accionar el pulsador :6. Fna ez alcanzada la posición e/trema el cilindro retorna inmediatamente mientras que el ) reci%n lo #ace despu%s de 68 segundos. -l fin de carrera :2 se encuentra en la posición final del cilindro .
O. EHe78i8io N !?. Des87ip8in >el p7o:lema. Luis Campos G.
67
Fn cilindro de do!le efecto se llea a su posición e/trema por medio de un pulsador :6. l llegar a su posición final el cilindro actOa so!re un fin de carrera :2. $ara permitir un proceso de prensado el cilindro de!e oler reci%n cuando la presión del lado del %m!olo #aya alcanzado un alor determinado.
,.
EHe78i8io N !. Des87ip8in >el p7o:lema.
Luis Campos G.
68
*os cilindros y )M en un proceso de tra!a"oA :e dispone del diagrama de estadofase y el plano neumático. *i!u"e el plano el%ctrico. &onstruya el sistema listo para operar.
(. EHe78i8io N !J. Des87ip8in >el p7o:lema. *i!u"e el plano el%ctrico para el circuito del e"ercicio 6;. Q!sere que solo dispone de electroálulas 82 con retorno por resorte. $iense en la realimentación con rel%M.
". EHe78i8io N !9. Des87ip8in >el p7o:lema. Luis Campos G.
69
Fna estampadora se monta de la siguiente formaA -l cilindro su"eta la pieza a maquinar, el cilindro ) la estampa y, a continuación, el cilindro & e/pulsa la pieza terminada. &onstruya el circuito con electro álulas de retorno por resorte. *i!u"e el plano neumático y el plano el%ctrico. &omplete el diagrama de estadofase con las señales de los fines de carrera necesarios.
EHe78i8io N !=. Luis Campos G.
70
