Colegio Nacional de Educación Media Superior Técnica Plantel Orizaba 252
Capitulo1: Principios de la neumática Facilitador: Ing. Víctor Hugo Pérez Concha Equipo 4 Candidatos: Corona Corona Carlos Augusto Domínguez Apale Julián León Fierro Erick Morales Báez Efraín Vázquez Jiménez Álvaro
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Capitulo1: Elementos de trabajo neumático Facilitador: Ing. Víctor Hugo Pérez Concha Equipo ¿? Candidatos: Acevedo Santiago Luis Cristian Bustos Alarcón Cristian García Huerta José Juan Hernández Morales Jesús Ordóñez Flores Juan Antonio Sánchez Sosa David
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Capitulo1: Elementos de Mando y trabajo Facilitador: Ing. Víctor Hugo Pérez Concha Equipo 6 Candidatos: Heredia Franco Cristian Meza Morales Evaristo Alfredo Nieto Tepetzin Juan Carlos Hernández Luna Alberto Torres Rosales Alberto Ramos López Juan Zamora Pérez José Isaías
1
Volumen
Conalep
COLEGIO DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR TÉCNICA
Especialidad Electromecánica
Manual de Neumática
ESCUELA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR TÉCNICA
Manual de neumatica
Facilitador: Ing. Víctor Hugo Pérez Concha Grupo: 3106
Especialidad: Electromecánica Índice:
Pág.
Capitulo 1 Principio de la Neumática.................................. 1.1 Introducción......................................................................................................... 1.2 Características del aire....................................................................................... 1.3 Preparación.........................................................................................................
Capitulo 2 Elementos de trabajo neumático...................... 2.1 Cilindros neumáticos........................................................................................... 2.2 Amortiguación..................................................................................................... 2.3 Características, técnicas para los cilindros........................................................
Capitulo 4 Elementos de mando y trabajo......................... 3.1 Generalidades..................................................................................................... 3.2 Representación, esquematización de válvulas.................................................. 3.3 Resumen de válvulas distribuidores................................................................... 3.4 Acondicionamiento de válvulas........................................................................... 3.5 Elementos neumáticos de trabajo.......................................................................
INTRODUCCIÓN
1. HISTORIA DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS “El aire comprimido es una de las formas de energía más antigua que conoce el hombre y que aprovecha para reforzar sus recursos físicos. El descubrimiento consciente del aire como medio sé remota a muchos siglos de lo ultimo que se tiene referencia es del año 100 AC. Donde se construyo una catapulta de aire comprimido, unos de los primeros libros de aire comprimid, se escribió en el aire de nuestra era y describe mecanismos que funcionan con aire comprimido caliente. El primer personaje del que con seguridad que se del estudio de la neumática, es decir, de la utilización de aire a presión, como elemento de trabajo fue el griego Ktesibios, quien hace mas de 2000 años construyo una ballesta de aire comprimido. Hace aproximadamente 100 años se inventaron varios dispositivos neumáticos como el correo neumático, el martillo de remachar, el perforador de percusión y otras herramientas neumáticas. La neumática moderna con sus múltiples posibilidades se inicio en Alemania a partir de 1950, siendo Festo uno de los pioneros, con el perfeccionamiento de las técnicas persistentes para ser aplicadas el proceso de la fabricación, inventándose nuevos aparatos y sistemas. La aplicación la neumática de manera eficiente se considero de manera especial en el área de ferrocarriles debido a aplicación de frenos de aire comprimido”.
En un sistema neumático los receptores son los llamados actuadores neumáticos o elementos de trabajo, cuya función es la de transformar la energía neumática del aire comprimido en trabajo mecánico. Los actuadores neumáticos se clasifican en dos grandes grupos: - Cilindros. - Motores. Aunque el concepto de motor se emplea para designar a una máquina que transforma energía en trabajo mecánico, en neumática sólo se habla de un motor si es generado un movimiento de rotación, aunque es también frecuente llamar a los cilindros motores lineales.
1.1 DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS Los términos neumáticos y neumática proviene de la griega “pneuma” que significa aliento, soplo o alma. En su acepción original, la neumática se ocupa de la dinámica del aire y de los fenómenos gaseosos, pero la técnica ha creado de ella un concepto propio, pues en neumática solo se habla de la aplicación de sobre presión.
Neumática Trata del accionamiento de las maquinas y aparatos por medio del aire comprimido. Para producir aire comprimido se utilizan compresores estos son aparatos que toman el aire ambiente, e incrementan la presión del aire.
1.1.1 Ventajas y desventajas del sistema. 1. Se encuentra disponible compresión de manera ilimitada, gratuitamente y en cualquier lugar. 2. No es toxico y puede incluso esterilizarse. 3. Puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. Los conductos de retorno son necesarios, ya el aire es abundante. 4. Puede ser almacenado en depósitos, por lo que no es necesario que el compresor permanezca continuamente en servicio. 5. Es poco sensible a las variaciones de temperatura. 6. No existe riesgo de incendio o de explosión. 7. Es medio de trabajo muy limpio por lo que no existe riesgo de contaminación. 8. La concepción de diferentes elementos es simple y de fácil comprensión para el personal de mantenimiento. 9. Es un medio de trabajo muy rápido, que permite la obtención de velocidades de trabajo muy elevadas.
10. No existe riesgo de sobre carga como en los equipos mecanismos y eléctricos. 11. Los elementos neumáticos son reutilizables, pudiendo desarmar un sistema y armar otro diferente con los mismos elementos.
1.1.2DESVENTAJAS 1. El aire comprimido debe ser preparado antes de su utilización con el fin de eliminar impurezas y humedad que originan desgaste prematuro de los componentes. 2. Debido a la compresibilidad del aire, no es posible tener velocidades bajas y uniformes. 3. La fuerza esta limitada a 300 Kg. 4. La potencia de trabajo es menor a la hidráulica. 5. La compresibilidad del aire provoca vibraciones y poca amortiguación.
1.2 CARACTERÍSTICAS DEL AIRE El aire que respiramos y que conforma la atmósfera no es un elemento simple. Es una mezcla conformada alrededor de: Porcentaje 78% 21% 1%
Elemento Nitrógeno “azote” Oxigeno Gases raros
Estas proporciones son prácticamente invariables e independientemente de la temperatura y de la presión. Sin embargo el vapor de aire contenido en el aire constituye un elemento variable, el porcentaje de aire que puede adsorber varia dependiendo de la temperatura y presión, la capacidad de absorción del aire con el aumento de la temperatura, este fenómeno se observa fácilmente durante el invierno cuando el vapor del agua se condensa con el contacto de los vidrios fríos de la ventana.
1.2.1 COMPRESIBLE Es posible reducir el volumen del comprimiéndolo tomémoslo como ejemplo el espacio ocupado por un globo inflado con aire, la reducción de su volumen se efectúa fácilmente presionándolo entre las dos manos. Sin embargo la reducción del volumen se acompaña de una elevación proporcional de la presión al interior del globo.
1.2.2 EXPANCIBLE. El aire tiene la de ocupar todo el espacio disponible. Los gases no tiene superficie determinada como los líquidos, ocupan en su totalidad el espacio disponible.
1.2.3 ELÁSTICO El aire retorna exactamente a su volumen original cuando se le reemplaza en las condiciones de origen como por ejemplo el globo oprimido por las manos, encuentra su volumen inicial al ser liberado. Esta característica se exploto en el caso de la suspensión neumática.
1.2.4 PESADO. El aire pesa una masa. Un litro de aire representa una masa de 1293 gr. o una temperatura de cero grados centígrados bajo presión atmosférica normal.
1.2.5 SECADOR DE AIRE “Es un sistema de filtración en línea del tipo secante que retira el vapor y el liquido del agua del aire de descarga del compresor antes de que este alcance los depósitos de los frenos de aire. Esto da como resultado aire seco y limpio que esta siendo suministrado al sistema de frenos de aire, ayudando así a la prevención de que las líneas de aire se congelen”.
1.3 PREPARACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO. Justo antes de que el aire comprimido alimente los elementos neumáticos, debe ser tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua que haya podido condensarse en el último tramo antes de llegar al punto de utilización. El aire comprimido procedente de la red general, además de las pequeñas partículas que no han sido retenidas en el filtro de aspiración del compresor, contiene otras impurezas procedentes de la red de tuberías tales como residuos de la oxidación, polvo y cascarillas. Gran parte de estas impurezas se separan en los recipientes de condensación con una adecuada instalación de la red general, pero las partículas pequeñas son arrastradas en forma de suspensión por la corriente de aire. Además se producen fluctuaciones de presión en la corriente de aire. Sin embargo, los consumidores deben poder trabajar siempre con la misma presión de aire; a lo anterior hay que añadir que las partes móviles de los elementos neumáticos también necesitan una lubricación. Las impurezas y el agua en suspensión se retienen mediante un filtro. Después de éste, el aire comprimido pasa al regulador o reductor de presión, mediante el cual se regula la presión del aire a nivel requerido. Finalmente se efectúa la incorporación de aceite al aire mediante un lubricador. El conjunto de estos tres elementos recibe el nombre de unidad de mantenimiento. Principio de funcionamiento. Cuando el aire comprimido entra en el filtro, se dirige a través de deflectores direccionales y origina una corriente centrífuga. Las partículas pesadas, liquidas y sólidas, son impulsadas hacia la pared interior del depósito donde es eliminado por la purga automática o normal. Luego el aire pasa a través del elemento filtrante para eliminar las partículas sólidas. Una pantalla secadora mantiene una “ zona de calma ” en la parte inferior del depósito que impide que la turbulencia del aire haga retornar hacia la corriente de aire el liquido obtenido. Desde el filtro, el aire comprimido pasa al regulador de presión. Cuando no hay presión sobre el muelle de regulación, la válvula del regulador está cerrada. Cuando se gira el tornillo de regulación, se aplica una presión al muelle que es transmitida a la válvula, por la membrana flexible, abriéndola. El aire pasa entonces al circuito secundario y ejerce una presión Contra la membrana. Si la maquina a alimentar está en reposo, el circuito secundario se llena y la presión se equilibra cerrándose el regulador. Si la máquina utiliza el aire la válvula del regulador permanece abierta y admite el aire necesario para equilibrar la presión del muelle.
Cuando el aire, filtrado y regulado, entra en el lubricador, una parte fluye por una válvula, presurizando el depósito. La mayor parte del aire de entrada pasa a través del lubricador por un censor de flujo que permite que el lubricador mantenga automáticamente una densidad constante de aceite. La combinación del depósito de aceite presurizado y la diferencia de presión producida por el censor de flujo, hacen que el aceite suba por el tubo sifón. Todo el aceite que pasa queda convertido en una niebla de densidad constante y continua hasta el punto de aplicación.
Fig. 1.1 Filtro de aire comprimido con Fig. 1.2 Purga automática de regulador de presión agua Elementos del filtro: 1. Recipiente. 2. Chapa deflectora. 3. Tornillo de purga. 4. Filtro sinterizado.
Elementos de la purga: 1. Tubo de unión. 2. Flotador 3. Cámara de flotador. 4. Válvula de purga. 5. Tobera. 6. Membrana. 7. Taladro. 8. Perno 9. Taladro de paso 10. Tobera.
Funcionamiento de la purga automática de agua. El condensado del filtro llega a través del tubo de unión (1) a la cámara del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2) sube y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una tobera (10). Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra cámara y empuja la membrana (6) contra la válvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a medida que disminuye el nivel de condensado. El aire restante escapa a la atmósfera por la tobera (5). La purga puede realizarse también de forma manual por el perno (8).
1.3.1 EL REGULADOR Funciona en conjunto con el mecanismo de descarga del compresor y mantiene la presión del aire del deposito entre una presión predeterminada máxima y mínima. El regulador es un tipo de pistón ajustable que se consigue en varias cantidades de presión. Unas cantidades de presión no ajustables entre las presiones de conectar y desconectar están diseñadas dentro del regulador. Se ha provisto de un montaje remoto, se puede conseguir a pruebe de climas y para altas temperaturas para instalaciones especiales.
1.3.2 ÉL DEPOSITO Sirve al sistema de frenos de aire como un tanque de almacenamiento para un volumen de aire comprimido. El tamaño del deposito y el volumen de aire comprimido es tomado por el fabricante del vehículo para proporcionar un volumen de aire adecuado para el uso adecuado de frenos dispositivos de control auxiliares. Generalmente, se usa mas de un deposito en los sistemas de frenos de aire.
1.3.3 VÁLVULA DE SEGURIDAD Su función en el sistema de frenos de aire es de protegerlo contra una acumulación excesiva de la presión de aire. Se deberá instalar en el mismo tanque al que esta conectada la línea de descarga del compresor. Las válvulas de seguridad se pueden conseguir en los estilos ajustables y no ajustables y en varias marcas.
Fig. 1.3 Válvula de seguridad
1.3.4 VÁLVULA DE DOBLE CHEQUEO Se usa en el sistema de aire debe controlar una sola función o componente por cualquier de las dos fuentes de presión. La válvula de doble chequeo sencillo siempre transmitirá la presión más alta de las dos la lumbrera de salida. La válvula de chequeo se puede conseguir en los tipos de disco o de vaivén y en distintas configuraciones para distintas aplicaciones.
1.3.5 VÁLVULA EN LINEA DE CHEQUEO SENCILLO Esta permite el flujo de aire en una sola dirección evitando que el aire fluya en dirección opuesta. Se pueden conseguir muchos estilos de válvula de chequeo sencillo con asiento integrables o reemplazables, asiento de metal o caucho y con válvula de bola de disco. Se pueden conseguir tamaños y formas para acomodarse a los arreglos diversos de las tuberías.
1.3.6 INDICADOR DE BAJA PRESION Son interruptores electro neumáticos operados están diseñados para proporcionar una señal de aviso al conductor en caso de que la presión del aire en el sistema de los frenos de servicio sea inferior al mínimo seguro para la operación normal. El indicador de presión baja se puede obtener en distintas cantidades de presión, no es ajustable; y se usa en conjunto con una lámpara de aviso montada en el tablero de mando o con un timbre de alarma.
1.3.7 INTERRUPTOR DE LA LAMPARA DE DETENCIÓN Y LA VÁLVULA DE CHEQUEO DOBLE. Este dispositivo realiza la función de un interruptor para la lámpara de detención y como una válvula de chequeo doble. Acepta una señal o una presión de suministro que bien de dos fuentes, y entrega dentro de un escape común. Un uso típico seria un sistema de circuito sencillo en el que las de entrega de las válvulas de frenos de pie y la válvula TC entubadas dentro de la válvula y la presión desde cualquiera de estas fuentes operara el interruptor de la válvula.
1.3.8 VÁLVULA DE FRENO DE PIE. Es el punto de control del sistema de frenos de aire del vehículo. Proporciona al conductor una forma fácil y graduada de operación al aplicar y soltar los frenos en un solo vehículo o en una combinación de vehículos (tractor o remolque). La válvula de los frenos se pueden conseguir en distintas configuraciones de montaje y generalmente, puede ser que estén montadas en el piso o la pared. La actuación de la válvula puede ser mediante pedal o en algunos casos con un arreglo de palanca / articulación. La sensación que produce la válvula variara, dependiendo del método de actuación y del diseño de la válvula. Todas las válvulas de los frenos están diseñadas para proporcionar la aplicación de aire gradualmente a unas cantidades de entre 5 P.S.I. y 80 P.S.I., con la capacidad de entregar una presión total del deposito.
2.1 CILINDROS NEUMÁTICOS. Los cilindros neumáticos son, por regla general, los elementos que realizan el trabajo. Su función es la de transformar la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso. Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales se desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido un vástago que, saliendo a través de una o ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido al actuar sobre las superficie del émbolo. Los dos volúmenes de aire en que queda dividido el cilindro por el émbolo reciben el nombre de cámaras. Si la presión de aire se aplica en la cámara posterior de un cilindro, el émbolo y el vástago se desplazan hacia delante (carrera de avance). Si la presión de aire se aplica en la cámara anterior del cilindro, el desplazamiento se realiza en sentido inverso (carrera de retroceso). Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos. Según la forma en que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen en dos grupos:
Cilindros de simple efecto. Cilindros de doble efecto.
2.1.1 Cilindros de simple efecto. El cilindro de simple efecto mostrado en la figura 2.1 sólo puede realizar trabajo en un único sentido, es decir, el desplazamiento del émbolo por la presión del aire comprimido tiene lugar en un solo sentido, pues el retorno a su posición inicial se realiza por medio de un muelle recuperador que lleva el cilindro incorporado o bien mediante la acción de fuerzas exteriores. En la práctica existen varios tipos. Los más empleados son los cilindros de émbolo. El movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presión que obliga a desplazarse al émbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presión, el muelle hace que regrese a su primitiva posición de reposo.
Por lo anterior, los cilindros de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una sola dirección. Hay que tener presente que existe aire a la presión atmosférica en la cámara opuesta, pero puede escaparse a la atmósfera a través de un orificio de escape. Según la disposición del muelle, los cilindros de simple efecto pueden aplicarse para trabajar a compresión (vástago recogido en reposo y muelle en cámara anterior), o para trabajar a tracción (vástago desplazado en reposo y muelle en cámara posterior). Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera los 100 mm. Por razones prácticas son de diámetro pequeño y la única ventaja de estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse como elementos auxiliares en las automatizaciones.
Fig. 2.1 cilindro de simple efecto
2.1.2 Cilindros de doble efecto. Al decir doble efecto se quiere significar que tanto el movimiento de salida como el de entrada son debidos al aire comprimido, es decir, el aire comprimido ejerce su acción en las dos cámaras del cilindro, de esta forma puede realizar trabajo en los dos sentidos del movimiento. El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los cilindros de simple efecto; incluso si no es necesario ejercer una fuerza en los dos sentidos, el cilindro de doble efecto es preferible al cilindro de simple efecto con muelle de retorno incorporado. El cilindro de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de émbolo y posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. Al aplicar aire a presión en la cámara posterior y comunicar la cámara anterior con la atmósfera a través de una válvula, el cilindro realiza la carrera de avance. La carrera de retroceso se efectúa introduciendo aire a presión en la cámara anterior y comunicando la cámara posterior con la atmósfera, igualmente a través de una válvula para la evacuación del aire contenido en esa cámara de cilindro. Para una presión determinada en el circuito, el movimiento de retroceso en un cilindro de doble efecto desarrolla menos fuerza que el movimiento de avance, ya que la superficie del émbolo se ve ahora reducida por la sección transversal del vástago. Normalmente, en la práctica no se requieren fuerzas iguales en los dos movimientos opuestos.
Los cilindros de doble efecto pueden ser:
Sin amortiguación. Con amortiguación.
En la práctica, el empleo de unos u otros depende de factores como la carga y la velocidad de desplazamiento. Por ejemplo, cuando la carga viene detenida por topes externos pueden aplicarse los cilindros sin amortiguación. Sin embargo, cuando la carga no viene detenida por tales topes, se debe recurrir a la utilización de los cilindros con amortiguación.
Los cilindros de doble efecto presentan las siguientes ventajas sobre los cilindros de simple efecto: Posibilidad de realizar trabajo en los dos sentidos. 1. No se pierde fuerza para comprimir el muelle. 2. No se aprovecha toda la longitud del cuerpo del cilindro como carrera útil. Por el contrario, tiene el inconveniente de que consume doble cantidad de aire
comprimido que un cilindro de doble efecto.
Amortiguación.
Figura 2.2. Cilindro de doble efecto
Por la mecánica conocemos que la cantidad de energía cinética de un cuerpo viene determinada por su masa y velocidad. La expresión de la energía cinética de un cuerpo es: 2 Ec = 1 / 2 m v
La velocidad aparece elevada al cuadrado, ya que es muy importante en la energía cinética. La fórmula anterior puede aplicarse al émbolo, al vástago y a toda la masa aplicada a él, en movimiento. Para analizar el efecto de la energía en un cilindro neumático hay que fijarse en la carrera. La carrera finaliza al chocar el émbolo con la capa anterior o posterior. Para el émbolo significa liberar toda la energía cinética, igual que ocurre cuando un automóvil a toda velocidad se estrella contra un obstáculo. Si la fuerza desarrollada por el émbolo, el vástago y la masa aplicada a él, así como su velocidad son grandes, se libera una gran energía. La energía liberada intentará deformar la cabeza en cuestión o incluso romperla. A fin de evitarlo se debe disminuir la cantidad de energía que actúa contra las tapas. Esto se consigue mediante la amortiguación final de carrera. Esta amortiguación puede ser externa o interna al cilindro.
2.2 amortiguamiento La amortiguación externa se logra mediante amortiguadores hidráulicos, muelles, sistemas de estrangulamiento de los conductos de escape que se conectan a partir de un determinado punto de la carrera, etc. La amortiguación interna más extendida es la amortiguación neumática. Esta amortiguación se consigue de la siguiente manera: Se añade al émbolo un pistón de amortiguación que no cambia su área útil. Durante el movimiento del émbolo, el aire puede escaparse a la atmósfera normalmente, justo antes del fin de carrera. En este momento, el pistón de amortiguación cierra la salida libre y el aire escapa a la atmósfera a través de una restricción regulable. El aire remanente es comprimido por el émbolo aún en movimiento. Este aire comprimido produce una resistencia progresiva que se opone al movimiento del émbolo. Este cojín de aire absorbe el golpe. El tornillo de ajuste puede regularse externamente con objeto de controlar la amortiguación. En la práctica este tornillo, se ajusta de forma que para una velocidad determinada del émbolo y para una carga dada no se escuche ningún golpe metálico. Para conseguir, ya desde el principio de suministro de aire, un inicio del movimiento contrario fuerte y uniforme, existe una válvula antirretorno, permitiendo que el aire a presión actúe sobre toda el área del émbolo.
Cuando las masas que traslada un cilindro son grandes, al objeto de evitar un choque brusco y daños se utiliza un sistema de amortiguación que entra en acción momentos antes de alcanzar el final de la carrera. Antes de alcanzar la posición final, un émbolo amortiguador corta la salida directa del aire al exterior. En cambio, se dispone de una sección de escape muy pequeña, a menudo ajustable. El aire comprimido se comprime más en la última parte de la cámara del cilindro. La sobre presión producida disminuye con el escape de aire a través de las válvulas antirretorno y de estrangulación montadas (sección de escape pequeña).
Figura 2.3 cilindro con amortiguación interna Fig. 2.3 Cilindro de simple efecto
El émbolo se desliza lentamente hasta su posición final. En el cambio de dirección del émbolo, el aire entra sin obstáculos en la cámara del cilindro por la válvula antirretorno.
2.3 Características técnicas para los cilindros neumáticos. Fuerza del cilindro. La transmisión de potencia mediante aire comprimido se basa en el principio de Pascal: “Toda presión ejercida sobre un fluido se transmite íntegramente en todas direcciones”. Por tanto, la fuerza ejercida por un émbolo es igual al producto de la presión por la superficie. En los cilindros de simple efecto, debe reducirse la fuerza del muelle recuperador, y en los cilindros de doble efecto debe reducirse en la carrera de retroceso el área del vástago del área total del émbolo. Para el rozamiento o bien para el momento de arranque se descuenta de un 3 a un 10 % de la fuerza calculada.
Consumo de aire. Otra característica importante es la cantidad de aire a presión necesario para el funcionamiento de un cilindro. La energía del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume transformándose en trabajo y, una vez utilizado, se expulsa a la atmósfera por el escape durante la carrera de retroceso. Se entiende por consumo teórico de aire de un cilindro, al volumen de aire consumido en cada ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo se refiere al desplazamiento del émbolo desde su posición inicial hasta el final de su carrera de trabajo, más el retorno a su posición inicial.
Velocidad del émbolo. La velocidad media del émbolo en los cilindros estándar está comprendida entre 0.1 y 1.5 m/s. En los cilindros especiales la velocidad puede ser mayor. Nunca deben utilizarse los cilindros sin amortiguación para trabajar a grandes velocidades o bajo condiciones de choque.
La velocidad del émbolo es función de la presión de trabajo, de la fuerza antagonista, de las secciones de las tuberías y también del diámetro nominal de la válvula de mando. Además, la velocidad del émbolo puede ser afectada por válvulas estranguladoras o por válvulas de escape rápido. La obtención de una velocidad uniforme, a lo largo de toda la carrera es un problema muy complejo, ya que no debemos olvidar que estamos tratando con un fluido compresible.
Carrera del cilindro. En comparación con los cilindros de simple efecto con muelle de retorno, la carrera de los de doble efecto está considerablemente menos limitada. Las principales razones para la limitación de las carreras son: La disponibilidad comercial de los materiales para la fabricación de piezas largas. La proporción entre la longitud del vástago y su diámetro. Juntas empleadas en los cilindros. Uno de los componentes importantes en la construcción de los cilindros neumáticos son las juntas, cuya función es impedir las fugas de aire comprimido entre las piezas mecánicas que configuran el cilindro para que este permanezca estanco. Las juntas, según la función que desarrolla, se clasifican en dos apartados: Juntas estáticas y juntas dinámicas. Las juntas estáticas son las que se colocan entre piezas que no están en movimiento. Su función es cerrar herméticamente un volumen o proporcionar uniones perfectas. Las juntas dinámicas trabajan entre una superficie móvil y otra fija, debiendo, además, conservar las condiciones adecuadas para trabajar como juntas estáticas cuando el cilindro está parado. Existen diversos tipos de juntas, las más empleadas en neumática son las juntas planas, las juntas tóricas y las juntas de labios. Las juntas planas se usan únicamente para aplicaciones estáticas. Las juntas tóricas, cuya sección es circular, son las más difundidas por sus óptimas características de funcionamiento. Es preferible usarlas como juntas estáticas.
Una vez montadas, estas juntas resultan un poco chafadas, por lo que se adaptan a cualquier superficie irregular mejor que las planas. También se utilizan como juntas dinámicas, especialmente en aquellos casos en que las ventajas de las juntas tóricas se hacen evidentes y en cambio sus desventajas no son graves. En los cilindros neumáticos actúan como juntas estáticas y en las válvulas distribuidoras como juntas dinámicas. Las juntas de labios pertenecen al grupo de las dinámicas, estas juntas se utilizan para conseguir la estanqueidad en los émbolos. Además, en las mismas condiciones las juntas de labios duran más que las tóricas, y esto se debe a la forma de la junta. En el montaje el labio de la junta ya resulta pretensado, lo que proporciona un cierto cierre. Esta tensión es aumentada por la acción del aire comprimido sobre él. Debido al hecho de que el labio esta pretensado, éste va ajustándose a medida que se desgasta.
ACCIONAMIENTO DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO CUESTIONARIO 1. ¿Qué función cumple la unidad de mantenimiento? 2. ¿Qué le ocurre al aire comprimido al accionar la válvula? 3. ¿Qué le sucede al cilindro mientras la válvula es accionada? 4. ¿Puede retroceder el pistón mientras la válvula es accionada? 5. ¿Cuál es la función del resorte del embolo? 6. ¿En que posición debe estar la válvula para que el embolo pueda retroceder? 7. ¿Qué le ocurre a la válvula al dejar de accionarla? 8. ¿Cuál es la causa de ese cambio? RESPUESTAS 1. Acondicionar el aire comprimido, liberándolo de impurezas y humedad, regulando la presión de trabajo y lubricándolo. 2. El aire comprimido fluye a través de la válvula e ingresa al cilindro. 3. El cilindro es accionado por la presión del aire comprimido, y desplaza al pistón. 4. El pistón no puede retroceder, pues se lo impide la presión del aire comprimido. 5. La función del resorte del embolo es hacer retroceder a este hacia la posición inicial. 6. Para que el embolo pueda retroceder, la válvula debe permitir el escape del aire comprimido que se halla en el cilindro. 7. Al dejar de accionar la válvula, esta vuelve a su posición inicial. 8. Debido a la acción del resorte de la válvula.
ACCIONAMIENTO DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON REGULACIÓN DE VELOCIDAD CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la funcion de la válvula reguladora del gasto? 2. ¿Por qué se conecta esta válvula en la salida? 3. ¿Qué efecto se consigue sobre el pistón del cilindro? 4. ¿Cómo se pueden obtener distintas velocidades de retroceso del pistón? RESPUESTAS 1. Su función es restringir el orificio de circulación del aire, variando el caudal 2. Se conecta a la salida para variar el caudal de salida, y para controlar de esta manera el tiempo que demora en escapar el aire comprimido encerrado en un recipiente. 3. El efecto que se consigue sobre el pistón es disminuir la velocidad de retroceso, pues al tardar mas tiempo en escapar el aire encerrado en el cilindro, la presión que se opone al resorte del mismo es mas prolongada y retarda su acción. 4. Se pueden obtener distintas velocidades de retroceso del pistón, variando la válvula reguladora del gasto.
ACCIONAMIENTO DE UN CILINDRO DE DOBLE ACCION CUESTIONARIO 1. ¿Que ocurre en el circuito al accionar la válvula V? 2. ¿Cómo es accionado el cilindro A? 3. ¿Puede invertirse el accionamiento del cilindro A? 4. ¿Por qué es necesario dejar de accionar la válvula V para que el cilindro se detenga? RESPUESTAS 1. Se produce el accionamiento neumático del cilindro A. 2. Al ser accionada neumaticamente la válvula V, el aire circula desde la fuente hacia la cara interior del pistón desplazando el embolo, pues la cara posterior quede hacia la salida. 3. Para ello es necesario accionar la válvula V en sentido contrario. Ahora el aire comprimido presionará la cara posterior del embolo y el cilindro comenzara a entrar nuevamente. 4. Debido a que al dejar de accionar la válvula V esta retrocede por acción del resorte, y la conexión de aire comprimido al cilindro queda bloqueada.
ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO DE UN CILINDRO DE DOBLE ACCION CUESTIONARIO 1. ¿Cual es la función de la válvula V1? 2. ¿Cuál es la función de la válvula V2? 3. ¿Por qué una vez accionada la válvula V 1, hay que liberarla para que vuelva a su posición? 4. ¿Cuál es la función de la válvula V3? 5. ¿Cómo se acciona la válvula V2? 6. ¿Cuál es la función de las válvulas V4 y V5? RESPUESTAS 1. La función de la válvula V1 consiste en iniciar el funcionamiento del sistema, al dejar pasar el aire comprimido para que accione la válvula V 3. 2. La función de la válvula V2 es la de realizar el accionamiento neumático de la válvula V3, en sentido contrario al anterior. 3. Para conectar el conducto de mando a la salida, y poder de esta manera accionar la válvula V3 por medio de la válvula V2. 4. La función de la válvula V3 consiste en ingresar aire comprimido al cilindro en una de las cámaras, mientras que la otra esta conectada a la salida, e intercambiar esas conexiones alternativamente al ser accionada la válvula V3. de esta manera se desplaza el embolo del cilindro, haciendo salir el vástago del pistón y volviendo a hacerlo entrar al cilindro. 5. La válvula V2 es accionada al toparse el extremo del vástago del pistón(en el final de su carrera) con el rodillo de dicha válvula. 6. La función de las válvulas V 4 y V5 es la de regular la velocidad de salida y retroceso del vástago.
ACCIONAMIENTO DE DOS CILINDROS EN PARALELO CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la función de la válvula V? 2. ¿Cómo son accionados los cilindros A y B? 3. ¿Por qué se mueven los dos cilindros en la misma dirección? 4. ¿Es posible que se muevan en direcciones opuestas? 5. ¿Por qué se mueven los cilindros a distintas velocidades? RESPUESTAS 1. Accionar neumáticamente los dos cilindros A y B. 2. El aire comprimido pasa a través de la válvula B y penetra en el cilindro. Al actuar presión sobre la cara anterior o posterior del émbolo, el cilindro es accionado. Los dos cilindros son accionados de la misma manera. 3. Pues las conexiones de ambos cilindros están conectadas en paralelo. 4. Si, pero para eso hay que intercambiar las conexiones de entrada y salida de uno de los cilindros se cambian las conexiones de ambos cilindros, otra vez se moverán en el mismo sentido. 5. El área de los émbolos es distinta (diámetros distintos), y por lo tanto, para una misma presión, las fuerzas que mueven los émbolos son distintas (practica 6), y lo mismo sucede con las velocidades.
RELACION FUERZA, PRESION Y SUPERFICIE CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la razón de la diferencia de velocidades de entrada y salida del pistón para una misma presión? 2. Compare los resultados de los dos cilindros distintos. ¿A que conclusiones se puede llegar? RESPUESTAS 1. Él embolo tiene dos caras, anterior y posterior. La cara posterior tiene un área menor en donde se pueda aplicar la presión, pues a esta cara esta conectado en vástago del cilindro. Al ser el área menor, y las presiones iguales, la fuerza aplicada (y por lo tanto, la velocidad), son también menores. Esta es la razón por la cual existe una diferencia en las velocidades de entrada y salida del pistón. 2. Por ser los diámetros de los dos cilindros distintos, las velocidades de entrada y salida también son diferentes, y también las diferencias entre ellas.
CONTROL DE VELOCIDAD DEL CILINDRO CUESTIONARIO 1. ¿Con que válvula regulamos el movimiento de salida del vástago de pistón? 2. ¿Con que válvula regulamos el movimiento de entrada del vástago del pistón? 3. ¿Qué aplicación se puede dar a ese sistema?
RESPUESTAS 1.
La velocidad de salida del pistón se regula con la válvula V 5
2.
La velocidad de entrada del pistón se regula con la válvula v 6
3.
Este sistema puede utilizarse en una maquina afiladora de machos de roscar
USO DE LA VÁLVULA DE RETENCION CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la función de la válvula de retención( también conocida como válvula "antirretorno" o “de chequeo”)? 2. ¿A que presión estará sometida el pistón en su cara anterior? 3. ¿Qué presión actuara en ambas caras del pistón al accionar la válvula V 2? RESPUESTAS 1. La función de esta válvula es impedir la circulación de aire comprimido en una dirección mientras se permite la otra. 2. Esta sometido a la presión del aire comprimido de la fuente. 3. Al accionar la válvula V2 actuara en la cara anterior la presión del aire comprimido de la unidad de acondicionamiento. Sobre la cara posterior actuara la presión del aire que queda encerrado entre el embolo del pistón y la válvula de retención V1. Esta presión ira aumentando a medida que él embolo se vaya desplazando, pues el volumen ira disminuyendo.
SECUENCIA DE CILINDROS NEUMÁTICOS CUESTIONARIO 1. ¿Que debemos accionar para que comience el funcionamiento del sistema? 2. ¿Cómo se produce el desplazamiento del pistón B? 3. ¿Cómo se consigue que retroceda el pistón A? 4. ¿Cuál es la secuencia del movimiento de los pistones? 5. ¿Que aplicación puede tener este sistema? RESPUESTAS 1.
2.
3.
4.
Debemos accionar la válvula V1 Al accionar la válvula V1, permite circular aire comprimido desde la fuente, el que acciona la válvula V 3, produciendo la inversión de la entrada del aire al cilindro B, y desplazando el pistón Al dejar de accionarse V4, se conecta a través de esta al cilindro A con la salida, y el resorte hace retroceder al pistón. La secuencia del movimiento de los pistones es: B + A+ B - A–
5.
Una de las aplicaciones posibles es la de una prensa neumática
ACCIONADORES DE AIRE ROTATIVOS CUESTIONARIO 1. Define el momento del motor neumático 2. ¿Cuál es la relación entre potencia y momento? 3. ¿Cuándo es máxima la potencia? 4. Nombre varias razones que puedan explicar la diferencia entre la potencia medida y la dada por el fabricante. 5. Mencione varios usos del motor neumático RESPUESTAS 1. El momento del motor neumático es la fuerza rotativa del motor. Es definido como el producto de la fuerza generada debido a la diferencia de presión sobre la paleta en su punto medio, y multiplicada por la distancia entre el punto medio y el eje del motor. 2. Potencia es el producto del momento multiplicado por la velocidad. 3. Aproximadamente a la velocidad libre media. 4. Por lo general la diferencia entre las mediciones de la potencia y la dada por el fabricante es debida a errores en la medición, así como al error al obtener un dato de la tabla o del grafico. Para obtener datos más precisos es necesario medir los parámetros del motor de una manera mas adecuada, por ejemplo, utilizando un tacómetro y algún aparato adecuado para medir el momento de rotación (torquimetro). 5. Herramientas de uso domestico, accionadores rotativos en ambiente en los cuales existe peligro de explosión, etc.
USO DE LA VÁLVULA DE RETENCION CON REGULACIÓN CUESTIONARIO 1. ¿Que efecto produce sobre el circuito del accionamiento de la válvula V 1? 2. ¿Cuál es la acción que produce la válvula V 2? 3. ¿En que posición debe encontrarse la válvula V 1 para que pueda ingresar el vástago del pistón del cilindro A? 4. ¿Por qué al dejar de accionar la válvula V 1, deja de actuar la presión neumática sobre la válvula V3? 5. ¿Qué válvula hay que accionar opera que el vástago ingrese dentro del cilindro B? 6. ¿Qué obtenemos al dejar de actuar sobre la válvula V 4? 7. ¿Cuál es el orden de los movimientos de ambos pistones ‘ 8. ¿qué aplicación se puede conseguir con este sistema? RESPUESTAS 1.
2.
3.
4.
5.
6.
Permite circular aire comprimido desde la fuente al cilindro a, accionado el pistón. además el aire pasa también a través de V 2 accionado a v3 La válvula V2 tiene un antirretorno, lo hace por la estrangulación, retardando la acción sobre la válvula V3. La válvula V1 debe dejar de accionarse manual mente, y su resorte al expenderse lo devuelve a su posición. Por que conecta la válvula V2 a la salida, y ahora el aire puede pasar en esa dirección por el antirretorno. Debemos actuar sobre la válvula V4. Al dejar de actuar sobre la válvula V4, permite que escape el aire comprimido que actuaba sobre la válvula V3 y llegamos a la posición inicial.
7.
La secuencia de los movimientos de ambos pistones es: A + B +A- B -.
8.
Cargar y sujetar piezas en el plato del torno.
USO DE LA VÁLVULA REGULADORA DEL GASTO CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la razón por la cual el cilindro A avanza a distintas velocidades, cada vez que las válvulas se abren un cuarto de vuelta mas? 2. ¿A que se debe la diferencia en el tiempo de extensión y retracción del cilindro para aperturas iguales de la válvula reguladora del gasto? RESPUESTAS 1. Cada cuarto de vuelta que se abre la válvula reguladora del gasto, aumenta el caudal del aire comprimido que puede pasar por la válvula, y esta hace aumentar la velocidad con la cual avanza el cilindro A. 2. Como hemos visto antes, la diferencia en el tiempo de extensión y retracción del cilindro, cuando la presión y el caudal son constantes, es debida a la diferencia del área sobre la cual actúa la presión.
USO DE LA VÁLVULA REGULADORA DEL GASTO COMO REGULADOR DE VELOCIDAD CUESTIONARIO Dibuje un grafico de la velocidad del motor (rpm) en función del numero de vueltas de la válvula reguladora de la presión, para las dos presiones. ¿A que conclusiones puedes llegar comparando las dos curvas? RESPUESTA 1. Las dos curvas muestran que la velocidad llega a un valor máximo (o limite) que depende de la presión de entrada del aire comprimido al motor, y del caudal del aire comprimido
COJINETES DE AIRE CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la principal aplicación industrial de los cojinetes de aire? 2. Calcular el peso teórico que es posible elevar mediante el cojinete de aire del sistema, conectado a una presión de 80 psig. RESPUESTAS 1. 1.- Poder transportar grandes pesos de un lugar a otro, aplicando pequeñas fuerzas.
presión = 80psig diámetro externo = 50,8 mm = 2” diámetro interno = 34 mm = 1,34” Fuerza es igual a superficie por presión. La presión a la entrada del cojinete es de 80 psig. Cuando sale de los costados es 0. de modo que el peso será: ∏ 4
(1,34)2 x 80 +80 – 0 x ∏ 2 4
(2,02 -1,342 ) = 182,1 lb
83 kg.
El primer sumando es la fuerza debida a la presión interna( dentro del cojinete). El segundo sumando es la fuerza que existe debajo del cojinete, entre el diámetro interno( en el cual la presión es 80 psi) y el diámetro externo(en el cual la presión es 0). Para llegar a una aproximación, supusimos una distribución lineal entre los dos diámetros.
EL TUBO VENTURI CUESTIONARIO 1. ¿Que es el tubo venturi? 2. ¿Que ley gobierna al tubo venturi, y como? 3. ¿Qué es la fuerza de vacío? 4. Nombre aplicaciones del tubo venturi. RESPUESTAS 1. Todo canal que tenga una entrada convergente, un cuello y una salida divergente. 2. La ley de bernoulli, la cual dice que la suma de la presión y la velocidad es constante, o sea que cuando la velocidad aumenta(cuello), la presión disminuye (vació). 3. Fuerza de vació es el nivel de la presión negativa. Por lo general se expresa las unidades de longitud(pulgadas o milímetros) de la columna de agua(H2O) o mercurio (Hg). 4. Lubricador de aerosol, carburadores, túneles de viento, generadores de vació, espaciadores de pintura, medidores de velocidad de aviones, etc.