SMC - Manual de Estudio (Tecnología Neumática)

DIDACTICA MEXICO

.

MANUAL DE ESTUDIO

,

FORMACION INTERNACIONAL

TECNOLOGiA NEUMATICA

lnaice general

INDICE GENERAL 1 Introducci6n a la neurnatlca practlca l.QUE PUDE HACER LA NEUMATICA? Introducci6n PROPIEDADES

1.1 1.1

DEL AlRE COMPRIMIDO

Disponibilidad Almacenamiento Simplicidad de disetio y control Elecci6n de movimiento Economia Fiabilidad Resistencia al entorno Limpieza del entorno Seguridad

1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

2 El sistema neumatico baslco EL SISTEMA DE PRODUCCION DE AlRE

2.2

EL SISTEMA DE CONSUMO DE AlRE

2.3

3 Teoria del aire comprimido UNIDADES

3.1

Unidades de medida del Sistema intemacional Unidades no meuices Presi6n PROPIEDADES

DE LOS GASI;S

Transformaci6n isotetmice (Ley de Boyle) Transformaci6n isobetice (Ley de Charles) Transformaci6n isoc6rica (Ley de Gay Lussac) Transformaci6n adiabatica Volumen estandar Gasto voiumeuico Humedad del aire Presi6n y caudal

~sr£MEXICO

3.1 3.2 3.3 3.4 3.4

3.5 3.5

3.6 3.6 3.6 3.7 3.11

4 Compraslon y dlstribucion del aire COMPRESORES

4.1

Compresores alternativos Compresor de embo de una etapa Compresores de embo de dos etapas Compresor de diafragma Compresores rotativos Compresor rotativo de pa/eta deslizante Compresor de tomillo Capacidad del compresor Gasto votumetrico Rendimiento termico y global ACCESORIOS

DEL COMPRESOR

Deposita del aire comprimido Selecclon del tamafio del deposita Filtro de entrada DESHIDRATACION

DEL AlRE

Post-enfriador Refrigerador par aire Refrigerador por agua Secadores de aire Secado por ebsorcion (coalescente) Secado par edsorcion (desecante) Secado por rettiqerecion Filtro del conducto principal DISTRIBUCION

DEL AlRE

Final en linea muerta conducto principal de anillo Lineas secundarias Pur gas euiometices Seteccion del tamafio de los conductos principales de aire Materiales para la tuberia Tuberia de gas standard (SGP) Tuberias de acero inoxidable Tubos de cobre Tubos de goma (manguera de aire) Tubos de PVC 0 de nylon Sistemas de conexi6n

11

4.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4 4.4 4.5 4.6 4.6

4.7 4.7 4.8 4.8

4.9 4.9 4.9 4.10 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16

4.17 4.18

4.19 4.23 4.23 4.23 4.23 4.24 4.24 4.24

lndice general

5 Tratamiento de aire 5.1

FILTRAJE Filtro estentier Filtros micr6nicos Filtro submicr6nicos Selecci6n del filtro

5.1 5.3 5.4 5.4

DE AIRE

5.5

Niveles de filtraje

5.5

CAUDAD

REGULACION

DE LA PRESION

Regulador estender Regulador pilotado internamente Filtro-regulador Selecci6n del tamafio de un regulador; caracteristicas LUBRICACION

DEL AlRE COMPRIMIDO

Lubricadores proporcionales

5.8 5.8 5.12 5.13 5.13 5.14 5.14 5.16

UNIDADES F.R.L. Selecci6n del tamafio e instalaci6n

5.16

6 Valvulas de control direccional FUNCIONES

DE LAS VALVULAS

Monoestable y biestable Identificaci6n de /a vias TIPOS DE VALVULAS

6.1 6.1 6.3

6.4

velvutes de vastago vertical

6.4

Valvulas de corredere Valvulas de carrete Valvulas elast6mera Junta metelice Valvula de coiredera plana Valvulas rotativas

6.5 6.6

0SM; MEXICO

6.6 6.7 6.7

6.8

III

ACCIONAMIENTO

6.9

DE LAS VALVULAS

Accionamiento mecenico Cuidado a la hora de utilizar accionamientos Accionamiento manual Accionamiento por pilotaje neumeiico Accionamiento directo e indirecto Accionamiento por solenoides

de rodillo

6.9 6.9 6.10 6.10 6.12 6.13

MONTAJE DE LAS VALVULAS

6.15

Conexi6n directa Manifolds Placas base Placas bases multiples Pia cas bases acopladas

6.15 6.15 6.16 6.16 6.17

CALCULO DEL TAMANO DE LA VALVULA Capacidad de flujo Unidades de uso Flujo s6nico y subs6nico Capacidad de flujo de tuber/as y conexiones Valvu/a y cilindro

6.18 6.18 6.18 6.21 6.22 6.24 6.27

VALVULAS AUXILlARES

6.27 6.27 6.28 6.28

velvuies de anti-retorno Regu/adores de ve/ocidad Valvula de doble efecto velvules de escape repkio

7 Actuadores CILlNDROS

LlNEALES

Ci/indro de simple efecto Cilindro de doble efecto Construcci6n de un cilindro Amortiguaci6n Cilindros especia/es Oob/e vastago Vastago antigiro vesteqos para/e/os

IV

7.1 7.1 7.2 7.2 7.3

7.4 7.4 7.4 7.5

FUNCIONES

8.4

DE TIEMPO

Temporizecion a la conexion Temporizecion a la desconexion Impulso de presion a la conexi6n Impulso a la desconexi6n de una valvula CONTROL

DEL CILlNDRO

8.6 8.6

8.7

Cilindro de simple efecto Accionamiento directo y control de velocidad Control desde dos puntos: funci6n OR Enc/avamiento: tuncion AND Opera cion inversa: funci6n NOT Cilindro de doble efecto Control directo Mantenimiento de las posiciones finales . Deteccion de las posiciones del cilindro Retorno eutometico Carreras repetitivas CONTROL

8.5 8.5

8.7 8.7 8.7 8.8

8.8 8.9 8.9 8.10 8.11 8.11 8.12 8.13

DE LA SECUENCIA

como

describir una secuencia Secuencia de dos cilindros Ciclo unlco / ciclo repetido Mandos opuestos Eliminacion con una seiie! de cierta duraci6n Sistema cascada

8.13 8.13 8.14 8.15 8.15

8.17

9 Ejercicios RECOMENDACIONES

1

CONSTRUCCION Ejercicio Ejercicio Ejercicio Ejercicio Ejercicio Ejercicio

VI

A (filtro) B (regulador) C (Iubricador) D (cilindro doble efecto) E (valvula 3/2) F (valvula 5/2)

2 3 4 5 6 7

Indice general

DISENO DE CIRCUITOS A/imentador de piezas (manual) Control de puerta contra incendio Vaciado de revolvedora Alimentador de piezas (serniautornatico) Mesa indexadora Control de puerta corrediza Distribuidor de piezas Control de ventilacion Alimentador de piezas (autornatico) Paletizador Marcador de piezas Prensa neumatlca Control flip-flop Prensa neurnatica (mando bimanual temporizado) Planteamiento secuencial intuitive Transferencia de material Taladrado de piezas

8 9

10 13 14 16 17

18 19

20 21

22 23 24 25

26 28

A. Apendlce A.1

SIMBOLOS Componentes Actuadores

para el tratamiento de aire

velvutes Accionamientos Accionamientos Accionamientos Accionamientos Accionamientos DIAGRAMAS

manuales mecenicos electricos neumeticos combinados

DE CIRCUITOS

Principios besicos Distribuci6n de un circuito

A.1 A.2 A.2 A.3 A.3

A.4 A.4 A.4 A.5 A.5 A.7

VII

1.

INTRODUCCION A LA NEUMATICA pRACTICA

lQUE PUEDE HACER LA NEUMATICA? • Introducci6n PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO • • • • • • • • •

Disponibilidad Almacenamiento Simplicidad de diseno y control Elecci6n de movimiento Economia Fiabilidad Resistencia al entorno Limpieza del entorno Seguridad

0SVC MEXICO

indice general

7.5 7.6 7.6 7.7

Cilindro plana Cilindro tandem Cilindro multiposicional Montaje del cilindro Juntas flotantes SELECCION

7.8 7.8

DE UN CILlNDRO

7.8 7.8

Fuerza ieotice Fuerza necesaria Coeficiente de carga Carga limite de pandeo Control de velocidad Caudal de aire y consumo ACTUADORES

7.11 7.12 7.14 7.15 7.18

DE GIRO

Tipo piiion cremal/era Actuadores de giro por paleta Dimensionamiento de los actuadores de giro Par e inercia especiales

7.18 7.18 7.18 7.19

ESPECIALES

7.23

Cilindro con unidad de bloqueo Cilindro sin vastago Unidades deslizantes Cilindro de vastago hueco Pinzas

7.23 7.23 7.24 7.25 7.26

ACTUADORES

8 Circuitos baslcos INTRODUCCION

8.1

FUNCIONES

8.2

ELEMENTALES

Amptiticecion del caudal Inversion de la sefial Seleccion Funcion de memoria

0SlVC MEXICO

8.2 8.2 8.3 8.3

v

Introducci6n a la neumetice

oreaice

INTRODUCCION A LA NEUMATICA pRACTICA Un sistema de potencia fluida es el que transmite y controla la energia por medio de la utiltzaclcn de liquido 0 gas presurizado. En la neurnatica, esta potencia es aire que precede de la atrnosfera y se reduce en volumen por compresi6n, aumentando asl su presion.

ernbolo

El aire comprimido se utiliza principalmente 0 paleta.

para trabajar actuando sobre un

Aunque esta energia se puede utilizar en muchas facetas de la industria es el campo de la neumatica industrial el que nos ocupa. La utilizacion correcta del control neumatico requiere un conocimiento adecuado de 105 componentes neumaticos y de su funcion para asegurar su inteqracicn en un sistema de trabajo eficiente. Aunque normalmente se especifique el control electronico usando un secuenciador pregramable u otro controlador logico, sigue siendo necesario conocer la tuncton de los componentes neurnaticos en este tipo de sistema. Este libro trata de la tecnologia de los componentes de sistemas de control, describe tipos y caracteristicas de diserio de equipos de tratamiento de aire, actuadores y valvulas, metodos de interconexion y presenta los circuitos neumaticos fundamentales.

(, QUE PUEDE HACER LA NEUMATICA ? Las aplicaciones del aire comprimido no tiene Hmites: desde la utilizaci6n, por parte del 6ptico, de aire a baja presion para comprobar la presion del filtro en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos en maquinas con procesos rob6ticos, hasta las grandes fuerzas necesarias para las prensas neurnaticas y taladros neumaticos que rompen el hormig6n. La breve lista y los diagramas indicados rnas abajo sirven solamente -para indicar la versatilidad y variedad del control neurnatico en funcionamiento en una industria en continua expansion. -Accionamiento de valvulas de sistema para aire, agua 0 productos quimicos. -Accionamiento de puertas pesadas 0 calientes. -Descarga de depositos en la construccion, fabricacion de acero, mineria e industrias quimicas. -Apisonamiento en la colocacion de hormiqon.

0sw: MEXICO

I

1.1

-Elevaci6n y movimiento en maquinas de moldeo. -Pulverizaci6n de la cosecha y accionamiento de otros equipos del tractor. -Pintura por pulverizaci6n. -Sujeci6n y movimiento en .el trabajo de la mad era y la fabricaci6n de muebles. -Montaje de planillas y fijaciones en la maquina de ensamblado y maquinas herramientas. -Sujeci6n para encolar, pegar en caliente 0 soldar plasticos. -Sujeci6n para soldador fuerte y normal. -Operaci6n de conformado para curvado, trazado yalisado. -Maquinas de soldadura fuerte y normal. -Ribeteado. -Accionamiento de cuchillas de guillotina. -Maquinas de embotellado y envasado. -Accionamiento y alimentaci6n de maquinaria para trabajar la madera. -Plantillas de ensayo. -Maquinas herramientas, mecanizado 0 alimentaci6n de herramientas. -Transportadores de componentes y materiales. -Robots neumaticos. -Calibrado automatico. -Extracci6n del aire y elevaci6n por vaclo de placas finas. -Tornos de dentista. -y mucho rnas ...

PROPIEDADES

DEL AIRE COMPRIMIDO

Algunas razones importantes para la extensa utilizaci6n del aire comprimido en la industria son: Disponibilidad Muchas fabricas e instalaciones industriales tienen un suministro de aire comprimido en las areas de trabajo y compresores portatiles que pueden servir en posiciones rnas alejadas. Almacenamiento Si es necesario, se puede almacenar tacilrnente en grandes cantidades. Simplicidad de diseflo y control Los componentes neumaticos son de configuraci6n sencilla y se montan facilmente para proporcionar sistemas automatizados extensos con un control relativamente sencillo. E'ecci6n del movimiento Ofrece funcionamiento

1.£

un movimiento lineal 0 rotaci6n fijas y continuamente variables.

angular

con

velocidades

de

Introducci6n a /a neumetice orecttc«

Economia La instalaci6n tiene un costa relativamente bajo debido al costa modesto de los componentes. Tarnbien el mantenimiento es poco costoso debido a su larga duraci6n con apenas averias. Fiabilidad Los componentes neumaticos tienen una larga duraci6n consecuencia la elevada fiabilidad del sistema.

que tiene como

Resistencia al entomo A este sistema no le afectan ambientes con temperaturas atm6sferas corrosivas en 105 que otros sistemas fallan.

elevadas, polvo

0

Limpieza del entomo Es limpio y, con un adecuado tratamientos instalar sequn las norm as de "Cuarto Iimpio".

de aire en

er escape,

se puede

Seguridad No presenta peligro de incendio en areas de riesgo elevado y el sistema no esta afectado por la sobrecarga, puesto que 105 actuadores se detienen 0 se sueltan simplemente. Los actuadores neurnaticos no producen calor.

0SNC MEXICO

I

1.3

1.4

2.

EL SISTEMA NEUMATICO BAslCO

EL SISTEMA DE PRODUCCION DEL AIRE • • • • • • • • • •

Compresor Motor etectrico Presostato Valvula anti-retorno Deposito Manometro Purga eutometice Valvula de seguridad Secador de aire refrigerado Filtro de linea

EL SISTEMA DE COSUMO DE AIRE • • • • • •

Purga de aire Purga eutomeiice Unidad de acondicionamientod e aire Valvula direccional Actuador Contro/adores de velocidad

El sistema neumetico besico

EL SISTEMA NEUMATICO BAslCO Los cilindros neumaticos, los actuadores de giro y los motores de aire suministran la fuerza y el movimiento a la mayoria de los control neumatico para sujetar, mover, formar y procesar el material. Para accionar y controlar estos actuadores, se requieren otros componentes neumaticos, por ejemplo unidades de acondicionamiento de aire para preparar el aire comprimido y valvulas para controlar la presion, el caudal y el sentido del movimiento de 105 actuadores. Un sistema neumatico basico, ilustrado en la figura 2.1 se compone de dos secciones principales: - El sistema de produccion. - El sistema de consumo del aire.

Producci6n

Utilizaci6n

Figura 2.1 El Sistema Neurnatico Basico

SISTEMA DE PRODUCCION

DEAIRE

Las partes componentes y sus funciones principales son: 1.-"Compresor El aire tomado a presion atmosterica se comprime y entrega a presion mas elevada at sistema neumatico. Se transforma as! la energia rnecanica en energia neurnatica.

2.1

2.- Motor etectrico

Suministra la energia rnecanlca al compresor, transforma la energia electrica en energia mecanica. 3.- Presostato

Controla el motor electrico detectando la presion en el deposito. Se regula a la presion maxima a la que desconecta el motor y a la presion minima a la que vuelve a arrancar el motor. 4.- Valvula anti-retorno

Deja el aire comprimido del compresor al deposito e impide su retorno cuando el compresor esta parado. 5.- Dep6sito

Almacena el aire comprimido. Su tamario esta definido por la capacidad del compresor. Cuanto mas grande sea su volumen, rnas larqos son los intervalos entre los funcionamientos del compresor. 6.- Man6metro

Indica la presion del deposito. 7.- Purga eutometice

Purga toda el agua que se condensa en el deposito sin necesidad de supervision. 8.- Valvula de seguridad

Expulsa el aire comprimido si la presion en el deposito sube encima de la presion permitida. 9.- Secadorde

aire refrigerado

Enfria el aire comprimido hasta pocos grados por encima del punto de conqelacion y condensa la mayor parte de la humedad del aire, 10 que evita tener agua en el resto del sistema. . 10.- Filtro de linea

AI encontrarse en la tuberia principal, este filtro debe tener una caida de preslon minima y la capacidad de eliminar el aceite lubricante en suspension, sirve para mantener la linea libre de polvo, agua y aceite.

2.2

El

sistema neumetico besico

SISTEMA DE CONSUMO DE AIRE

1.- Purga del aire

Para el consumo, el aire es tomado de la parte superior de la tuberia para permitir que la condensacion ocasional permanezca en la tuberia principal; cuando alcanza un punto bajo, una salida de agua desde la parte inferior de la tuberia ira a una purga autornatica eliminando asi el condensado. 2.- Purga

eutometice

Cada tubo descendiente debe de tener una purga en su extremo inferior. El rnetodo rnas eficaz es una purga automatica pie impide que el agua se quede en el tubo en el caso en que se descuide la purga manual. 3.- Unidad de acondicionamiento del aire Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a' una presion optima y ocasionalmente ariade lubricante para alargar la duracion de los componentes del sistema neurnatico que necesitan lubricacion. 4.- Valvula direccional Proporciona preslon y pone a escape altemativamente las dos conexiones del cilindro para controlar la direccion del movimiento. 5.- Actuador Transforma la energia potencial del aire comprimido en trabajo mecanico. En la figura se ilustra un cilindro lineal. pero puede ser tarnbien un actuador de giro o una herramienta neumatlca, etc. 6.- Controladores de velocidad Penniten una requlacion facil y continua de la velocidad de movimiento del actuador.

Estos componentes se ilustraran con mas detalle en 105 apartados del 4 al 7, tras estudiar la teoria del aire comprimido. Es imprescindible para comprender que pasa en un sistema neurnatico.

t)SM;MEXICO

2.3

2.4

3.

TEORIA DEL AIRE COMPRIMIDO

UNIDADES • Unidades de medida del Sistema Internacional • Unidades no mettices • Presi6n PROPIEDADES DE LOS GASES • • • • • • • •

Transform a cion isotermtce (Ley de Boyle) Transformaci6n isooerice (Ley de Gay tussec) Transformaci6n isoc6rica Transformaci6n eiiieaetice Volumen estenoer Gasto volumetrico Humedad del aire Presi6n y f1ujo

0SVC MEXICO

Teoria de aire comprimido

TEORIA DEL AIRE COMPRIMIDO

UNIDADES Para la aplicacion practice de los accesorios neumaticos, es necesario estudiar las leyes naturales relacionadas con el comportamiento del aire como gas comprimido y las medidas fisicas que se utilizan normalmente. El sistema Intemacional de unidades esta aceptado en todo el mundo desde 1960, pero EE.UU., el Reino Unido y Japon siguen utilizando en gran medida el Sistema legal de pesas y medidas. .

Magnitud i

. Masa . Lonottud Tiempo Temperatura ; Temperatura

I !

Absoluta (Celsius)

Radio Angulo Area, Secci6n Volumen Velocidad Velocidad angular Aceleraci6n

Simbolo 1. UNIDADES m s t T t,O

Unidad SI BASICAS kQ. m s v 2 K 2uC

2. UNIDADES r a.I3,"t,8,E,99%, humedad saturada 0.3 ~ Niebla de aceite >99.9%, humedad hasta un punto de roelo atmosferico de -17°C

Oonde no son aceptables humedad, polvo fine ni vapor de aceite

Partlculas de polvo >0.01 ~ Niebla de aeeite >99.9999%, humedad eomo en (4)

Oonde se requiere aire puro, pracncamente libre de eualquier impureza

Control del proceso, equipo de medici6n, pintado de alta calidad enfriado de moldes y matrices de inyecei6n

Equipos neumaticos de medicion de alta precision, pintado electrostatico, limpieza y seeado de conjuntos electr6nicos

Igual que en el grado No. 5 pero se desea una Informaei6n visual del grado de saturaCi6n del filtraje.

Como en (5) con eliminaei6n adicional de los olores

Todas las Impurezas como en (6) pero con un punto de roclo atmosfenco de < -30°C

,

"

Donde se requiere aire absolutamente puro y ademas libre de olores

Donde debe evitarse et menor riesgo de condensacl6n durante expansi6n y a baja temperature . ..:~~: ,

"

Tabla 5.4 Definici6n

(}SVC MEXICO

y aplicaciones

"

Envasado de medicinas y alimentos , vitivinieultura, transporte neumatico, aire respirable

Secado de componentes electr6nicos, atmacenamiento de medicamentos, equipo de medicl6n de uso marine, transporte neurnatico de materiales en polvo

tlpicas de las siete calidades de aire

5.7

REGULACI6N

DE LA PRESI6N

La regulaci6n de la presion es necesaria porque, a presiones por encima del nivel optirno, se produce un desgaste rapido con un incremento minimo 0 nulo de efectividad. Cuando la presi6n del aire es demasiado baja, resulta antleconomlca puesto que tiene como consecuencia un rendimiento escaso. REGULADOR

ESTANDAR

Los reguladores de preslon pueden tener un embolo 0 diafragma equilibrar la presion de salida contra la fuerza regulable de un resorte.

para

La preslon de salida se predispone regulando el tornillo que carga el resorte de requlacion para mantener abierta la valvula principal, perinitiendo que fluya desde el orificio de entrada de presion p, al orificio de la presion de salida P2.

p1

p2

Conexi6n

Flgura 5.5 Principio del regulador de presi6n

5.8

Tratamiento de aire

Cuando el circuito conectado con la salida se encuentra a la presi6n preestablecida, actua sobre el diafragma .creando una fuerza elevadora contra la carga del resorte. Si desciende el nivel de consumo, P2 aumenta ligeramente, 10que hace aumentar la fuerza sobre e.1 diafragma contra la fuerza del resorte: el diafragma de la valvula se elevarentcnces hasta que -la fuerzadel resorte sea nuevamente igualada. El caudal de .aire que pasa por la valvula se reduce hasta que se equilibre el nivel de consumo y se mantenga la presi6n de salida.

Si el nivel disminuir la fuerza descienden hasta aumentar el caudal

de consumo aumenta P2 disminuye ligeramente, 10 que hace del diafragma contra la del resorte: el diafragma y la valvula que la fuerza del resorte se iguale nuevamente, 10 que hace de aire por la valvula hasta que se equilibra el nivel de consumo.

p2

p1 .

Figura 5.6 Funci6n de descarga

Sin consumo de aire la valvula esta cerrada. Si la presion de salida sube por encima del valor regulado debido a: - una nueva requlacion bien

del regulador a una presion de sal ida mas baja 0

- un impulso contrario extremo desde el actuador El diafragma se eleva para abrir el asiento de alivio de forma que la preslon en exceso puede ser. evacuada por el orific«t~es~pe en la capsula. del cuerpo del .'-~" regulador. . ,:. .

:~.

5.9

Con cauda/es unitarios muy elevados, la valvula se queda completamente abierta. Por /0 tanto el resorte se estira y se queda mas debil y el equilibrio entre P2 en el area del diafragma y el resorte se produce a un nivel mas bajo. Este problema se puede soluclonar creando una tercera camara con una conexion al canal de salida. En este mismo canal la ve/ocidad del caudal as e/avada. Como explicado en el apartado 3, la presi6n estatica es baja (Bemoulli). Puesto que P3 se ancuentra ahora a una presion estatica rnas baja, el equilibrio contra el resorte dabilitando a caudales unitarios elevados queda compensado. El efecto se puede mejorar insertando un tubo en la conexion, cortado en angulo con la apertura orientada h~cia la salida (flgura 5.7).

p3 ~ .' . . . - '~..,...~-:--:-:.l

..

p1

p2

·········.····u··u········)',·· :........

Conexi6n

Figura 5.7 Principle del regulador de caudal compensado

Quada aun un inconvenlente en el regulador de la figura 5.7 .si la presion de entrada Pi aurnenta, una fuerza mayor esta actuando sobre la parte inferior de la valvula, tratando de cerraria. Esto significa que un aumento de la preslon de entrada hace disminuir la presi6n de salida y viceversa. Esto se puede obviar por medlo de una valvula cuyas areas de superfiCie sean iguales para la presion de entrada y sa/ida en ambos santidos. As. 10 demuestra al regulador de la figura 5.8.

5.10

Tralamienlo de aire

las

plezas mb

Importantes

o

Huslllo de regulacl6n

f)

Resorte regulador

e o

son:

Aslento de escape Oialragma

e C6mara

de compensacl6n

del caudal

o

Tubo de conexl6n de la compensaci6n del caudal

f)

VAlvula

o Junta t6rlca para compensacl6n o Resorte de la vAlvula Gl Junta

t6rica de compensacl6n

de presl6n

del cauda

••

', -» :

•

Figura 5.8 Regulador de presion completamente

OSftJC MEXICO

compensado

5.11

REGULADOR

PILOTADO INTERNAMENTE

El regulador accionado por piloto ofrece una mayor presion en la requlacion de la presion dentro de una amplia gama de caudales. Esta precision se obtiene sustituyendo el resorte de requlacion de un regulador estandar por una presi6npiloto a partir de un pequerio regulador de pilotaje situ ado en la unidad. El regulador de pilotaje en la parte superior de launidad suministra aire de piloto s610 durante las correcciones de la presi6n de salida. Por 10tanto, su resorte no se alarga con 'caudales unitarios rnuy elevados .

.-.------- ...-.......... .. -..-. Boton de regulacion

... Resorte de regulacion

-- .. -...... Descarga del piloto de presion ........• ,

Diafragma del piloto ',.

~--~=~--~~~."~ .._--.-... "Valvula

auxiliar

Diafragma principal

~

Pt

;~P2

Valvula principal Resorte de la valvula principal ..,.... - Descarga de la presicn de salida

Flgura 5.9 ~egulador de preslon pilotado internamente

5.12

·...

:.,.:.

Tratamiento de aire

FIL TRO-REGULADOR El filtraje del aire y la requlacionde Ia.presion se combinan en un solo filtroregulador que proporciona una unidad compactaqueahorra esp~~i9;, .'

SELECCI6N

..

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~.

DEL TAMANO DE UN REGULAOOR; CARACTERisTicAS

El tamario de un regulador se selecciona para obtener el caudal deseado para la aplicacion, con una variacion minima de presion en toda la gama de caudales de la unidad. Los fabricantes suministran informacion grafica con respecto alas caracteristicas de caudal de sus equipos. El mas importante es el diagrama caudal/p2. lIustra como revoluciona P2 al aumentar el caudal (figura 5.11). La curva tiene tres partes distintas: I Poco consumo, con un pequerio intersticio en la valvula que no permite aun una requlacion real,

11 la gama de caudales efectiva la requlacion y,

en 105 que es

III la gama de saturacion: la valvula esta completamente abierta y una requlacion posterior es imposible. p2 -

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7

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Flgura 5.10 Regulador-filtro

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2000 .

4000

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6000 Q (1/min)

Flgura 5.11 Dlagrama de caudallpresl6n

5.13 .

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LUBRICACION

DEL AIRE COMPRIMIDO

La lubricaci6n ya no es una necesidad para los componentes modernos, puesto que estan prelubricados para toda su vida.

neumaticos

La duraci6n y el rendimiento de estos componentes satisfacen por completo los requisitos de la modern a maquinaria de procesos de gran nurnero de ciclos. Las ventajas de los sistemas

"\10

lubricados" incluyen:

a) Ahorro en el coste del equipo de lubricaci6n, acelte de lubricaci6n y de mantenirniento de los niveles de aceite. b) Es mas limpio. Los sistemas son mas higienicos y esto es especialmente importante en las industrias alimenticia y farmaceutica. . c) La atm6sfera queda limpia de aceite para un ambiente de trabajo mas sa no y rnas seguro. Algunos equipos aun requieren lubricaci6n. Para asegurarse de que esten continuamente lubricados, se aliade cierta cantidad de aceite al aire comprimido por media de un lubricador. LUBRICADORES

PROPORCIONALES

En un lubricador (proporcional) se crea una caida de presi6n entre la entrada y la salida, directamente proporcional al caudal unitario y se hace subir el aceite del vasa al visualizador del goteo. Con. un tarnafio fijo de restricci6n, un caudal unitario muy alto crearia una caida de presi6n excesiva y produciria una mezcla de aire-aceite que contendria demasiado aceite y que inundaria el sistema neumatico, AI contrario, un caudal unitario disminuido puede no crear la caida de presi6n suficiente, 10 quetendra como consecuencia una mezcla constante. El aire que entra en (a) sigue dos caminos: fluye por la paleta amortiguadora hacia la salida y tarnblen entra en el vasa del lubricador por la valvula de retenci6n. Cuando no hay caudal, existe la misma presi6n sobre la superficie del aceite en el vaso, en el tubo del aceite y en el visualizador del goteo. Por consiquiente.' no hay movimientq de aceite. Cuandoel aire fluye por la unidad, el restrictor del visualizador de goteo provoca una caida de presi6n entre la entrada y la salida. Cuanto rnas elevado es el caudal, rnas grande es la caida de preslon.

5.14

Tratamiento de aire

Puesto que el visualizador del goteo esta conectado por un orificio capilar a la zona de baja presion inmediatamente despues del mismo, la presion es inferior a la del vaso. .' . -9: ~.

': ."'••

Esta diferencla de pre~iQn fuerza la subida del aceit~';-~b el tubo, por la valvula de retencion del aceite y el regulador del caudal hasta el vlsualizador, Una vez en el visualizador, el aceite se infiltra por el orificio capilar en al corriente de aire principal de mayor velocidad. El aceite se rompe en particulas mlnusculas, se atomizay mezcla homoqenearnente con el aire debido al torbellino creado por la paleta amortiguadora.· . TAPON UENADO VISUAUZADOR

DE GOTEO

-t+#-oO

CONEXION CAPILAR

VALVULA DE rI

o~+-

.

OOSIFICACION DE ACEITE VALVULA DE CONTROL ACEITE

ALETA AMORT1GLtAOORA-n---+-~

VALVULA ERETENCION DELAIRE IPII-~--

rueo DE ACEITE VASO

:mOTECTOR

_r7!'":'1'1r

:-:---~~:

DE VASO

FILTRO DE ACEITE DE BRONCE SINTERIZADO ,

Figura 5.12 Lubricador proporcional

La paleta amortiguadora esta fabricada en material flexible para permitir que se doble al aumentar el caudal, ensanchando el paso del caudal, para regular automaticarnente la caida de presion y mantener siempre una mezcla constante. El regulador del caudal permite la regulacion de la cantidad de aceite para una caida ..de presion determinada. La y~Lvula;q~_.fet~ncion del aceite retiene el aceite . '-. partesuperior del tubo, en.ee~'s·o~ertque 'se detuviera temporalmente ..".'" ' ·1:·-·1J~· . ~ , ..•. el caudal de alre. ,.,

en ta

La valvula de' retencion del aire posibilita el rellenado de la unidad sin necesidad de desconectar el suministro de aire.

0S'£ MExiCO

5.15 "

•.. ..,.

..

~

.•. ,.-;,..- -';

.

El avance correcto del aceite depende de las condiciones de funcionamiento, aunque, como norma general, se permiten una 0 dos gotas por ciclo de la rnaquina. Se recomienda un aceite mineral puro de 32 centistokes de viscosidad.

UNIDADES DE FILTRO-REGULADOR-LUBRICADOR

(F.R.L.)

Los elementos compuestos por filtro, regulador de presion y lubricador modulares pueden estar combinados en una unidad de servicio conectandotos con bloques de uni6n y anclaje. En las configuraciones mas recientes se pueden instalar facilrnente escuadras de fijacion y otros accesorios. SELECCI6N

DEL TAMANO E INSTALACI6N

El tamario de la unidad modular de be de seleccionarse de acuerdo con el caudal unitario maximo del sistema. Generalmente, los fabricantes proporcionan esta intormacion.

LU8RICADOR REGULADOR FILTRO

Figura 5.13 Unidad de filtro-regulador-Iubricador

5.16

en una configuraci6n

modular

·6.

VALVULAS DE CONTROL DIRECCIONAL

FUNCIONES DE LA VALVULA • Monoestable y biestable • Identificaci6n de las vias TIPOS DE VALVULAS

• vetvutes • vetvines

de asiento vertical de corredera

ACCIONAMIENTOS • • • •

DE LAS VALVULAS

Accionamientos mecenicos Accionamientos manua/es Accionamiento de aire Accionamiento por solenoide

MONTAJES DE LA VALVULAS • Conexi6n directa de tubo • Manifolds • Bases SELECCION DE LA VALVULA • • • •

Capacidad de flujo Unidades de uso Flujo sonico y subsonico . La capacidad de flujo en tuberfas y conexiones

VALVULAS AUXILlARES • • • •

Valvula Valvula Valvula Valvula

anti-retorno reguladora de velbcidad selectora de escepe rapido

V~/vulas de control direccional

VALVUlAS DE CONTROL DIRECCIONAL FUNCIONES DE LA VALVULA Una valvula de control direccional determina et paso de aire por entre sus vias abriendo, cerrando 0 cambiando sus conexiones internas. Las valvulas se definen en terminos de: - nurnero de vias - nurnero de posiciones su posicion normal (no activada) - y metodo de activacion. Los primeros dos puntos se expresan 3/2, 2/2. etc.

normalmente

con 105 terminos

5/2,

La primera cifra indica el nurnero de vias (excluidos les orificios del pi/oto) mientras que la segunda se refiere al nurnero de posiciones que la valvula puede asumir en el tiempo. Para las valvulas de dos y tres posiciones. Una valvula es normalmente cerrada cuando el aire de alimentacion (P) es interceptado, es normalmente abierta cuando el aire de alimentacion es (P) es dirigido a una salida (como por ejemplo elllenado de una camara de un cilindro). Para la valvula de 3 posiciones debe especificarse ejemplo: centro cerrado, centro presurizado, etc.)

la tercera posicion (por

Las funciones principales y sus simbolos ISO se representan en la figura 6.1:

MONOESTABLE

Y BIESTABLE

Las valvulas de retorno por muelle son monoestables. Tienen una posici6n preferencial definida a la cual vuelven autornaticamente cuando desaparece la sefial en sentido contrario. Una valvula biestable no tiene una posicion preferencial y permanece cualquier posicion hasta que se activa una de las dos sefiales de impulso.

6.1

en

Funcion de conexion

[]]]

Aoticacion principal

2/2 ON/OFF sin escape

Motores de aire y herramientas neumaticas

3/2 Normalmente cerrada NC

Cilindros de simple efecto (tipo "impulso") y senales neumaticas

3/2 Normalmente abierto NO

Cilindros de simple efecto (tipo "traccion")

[[I XI

4/2 Conexion entre salidas A y B con escape en cornun

Cilindros de doble efecto

mJ

5/2 Conexlon entre salidas A y B con escapes separados

Cilindros de doble efecto

5/3 Centro abierto: como para 5/2 , pero con salidas A y B a escape cuando esta en su poslclon centro 5/3 Centre cerrado: como para 5/2. Pero con posicion centro con todas sus vias cerradas 5/3 Centre presurizado: como para 5/2 pero con presionen ambas vias de utilizacion en su noslcion centro

Cilindros de doble efecto con posibilidad de despresurizar el cilindro

[G]XJ [G]X]

,IT

T1

/-1 LL I -L 1-1 • IT•

rr\,

A ir\

.

-.

Cilindros de doble efecto con posibilidad de detener el cilindro en cualquier posicicn

Aplicaciones especiales

Tabla 6.1 Funciones delas valvulas, sus conexiones y aplicaciones

6.2

Va/vu/as de control direcciona/ IDENTIFICACI6N

DE LAS VfAS

.

Oriqinalrnerite el codiqo de identificacion componentes bidraulicos. o,,:~";'

de vias, se deriva del c6digo de .

La letra P para la via de alimentaci6n se deriva del inglt~s "Pump" que en hidraulica es la maquina que produce la energia fluida. La salida de una valvula 2/2 0 3/2 siempre esta indicada con una letra "A" y la segunda via contraria a la primera con letra "8". El escape era inicialmente indicado con R de "Retorno" del aceite al deposito. La segunda via de escape en una 5/2 era denominado con una S ahora es R 1 para la primera y R2 para la segunda. El puerto pilotado que conecta la potencia (aire a presion) del conducto A era originalmente denominado par Z y el puerto que conecta la presion a B era denominado con una letra Y. Despues de 20 arios existia un conflicto en 10 que se refiere a la simbologia hidraulica y neurnatica, un miembro del grupo de trabajo del 1S0 (International Standard Organization) tuvo la idea de que la identificacion de las vias se representaran con nurneros, del ante de la letra para posteriormente lIegar a la normatividad de ISO 1219. Finalmente la normatividad da el nurnero "1" para el conducto de alimentacion, los nurneros pares "2", "4" para el conducto de salida, contrariamente a la utilizacion de los nurneros impares, excepto el numero "1", los numeros "3", "5" se utilizan para los conductos de escape. Los conductos

de pilotaje que permiten la conexion entre la alimentacion "1" "12", mientras que los conductos de pilotaje que permiten la conexi6n entre la alimentacion "1" y la salida "4" se representan con el numero "14".

Y la salida "2" se representan

La tabla 6.2 muestra la las cuatro tipologias fundamentales posibles para la identiflcacion de Jas vias en uso. Lo preferibJe es representar con numeros.

Atimentacion P

P P

Salida NC A A

1 t.

Salida NO

A

.8 8 8

2

4

Escape deNC R R1

Escap~ deNO

Pilotaje para NC

Pilotaje para NO

S R2

Z Z

Y Y

EA

EB

PA

PS

·3

5

12

14

~"

.".

.,. ~

.'

. Tabla 6.2,

0SNC MEXICO

6.3

.

TIPOS DE VALVULA Los dos rnetodos principales de construcci6n son de asiento vertical y de corredera, con juntas metalicas 0 elasticas. La figura 6.3 ilustra 105 distintos tipos de valvulae

VAlvula de control d'recclonal

V;llvulas de CllTete Vjlvulu

rol.Uvas

Figura 6.3 Varios tipos de valvulas y metodos de cierre hermetico

I

VALVULAS DE ASIENTO VERTICAL . En una valvula de asiento vertical el fluido es contralado por un disco u obturador que se eleva en angulo recto con respecto a su asiento, con una junta elastica. '. Las valvulae de vastaqo vertical pueden ser valvulae de dos 0 tres vias. Para valvulae de cuatro 0 cineo, seria necesario integrar dos 0 mas valvulae de asiento vertical en una sola valvula.

Figura 6.4 Prlncipalesupos de valvutas de vastaqo vertical.

6.4

Valvulas de control direccional

En a), la presion de entrada tiende a levantar la junta de su asiento y se requiere una fuerza suficiente (resorte) para mantener cerrada la valvula en b), la presi6n de entrada ayuda al resorte que mantiene cerrada la valvula, pero la fuerza de accionamiento varia para presiones diferentes. Estos factores limitan estas configuraciones a valvulas con orificios de entrada de 1/8 " 0 rnas pequerios. La figura 6.5 a) i1ustra una valvula de asiento vertical de 3/2 normalrnente cerrada coma se muestra en la figura 6.4 b. En su posici6n en reposo (a), el aire de la utilizaci6n sale par el escape. Cuando se activa (b), el orificio de escape se cierra y el aire fluye desde la entrada de presi6n P a la via de utilizaci6n A.

Simbolo ISO

Figura 6.5 Valvula de asiento vertical accionada mecanicarnente

La configuraci6n 6.4 c) es una valvula de asiento vertical equilibrada. La presi6n de entrada sobre superficies iguales y contrarias del ernbolo. Esta caracteristica permite que las valvulas se conecten normalrnente cerradas (NC) 0 normalmente abiertas (NO). Las valvulae normalmente abiertas se pueden utilizar para bajar 0 hacer retroceder los actuadores presurizados, pero se utilizan mas comunrnente en circuitos de seguridad 0 de secuencia. A

~ NC NO

Simbolo ISO 3/2 Ne A

NO NC

Simbolo ISO 3/2 NO Figura 6.6 Valvula de asiento vertical equilibrada de 3/2

,

VAL VULAS DE CORREDERA :"",~ .

las valvulas de carrete, rotativas y de corredera plana utilizan una acci6n

deslizante para abrir y cerrar las vias. QSo£ MEXICO

. 6.5

Va/vu/as de carrele Un carrete cilindrico se desliza longitudinalmente en el cuerpo de la valvula, mientras que et aire ftuye en angulos rectos sequn et movimiento del carrete. Los carretes tienen superficies iguates de cierre herrnetico y estan equilibradas en presi6n. Juntas e/asl6meras En tas figuras 6.7 y 6.8. se ilustran disposiciones de carrete y juntas. En la figura 6.7 las juntas t6ricas estan fijadas en las ranuras del carrete y se mueven en un alojamiento metalico.

Figura 6.7 Valvula de carrete con juntas torlcas en el carrete que cruzan las aperturas del cilindro

La valvula de la figura 6.8 tiene las juntas fijadas en el cuerpo de la valvula y mantienen su posici6n por medio de separadores.

~VR1Fig. 6.8 Valvula corijunto O-ring fijada en el cuerpo

La figura 6.9 muestraun carrete con aniIJos ovalados. Ninguno de ellos tiene que cruzar una apertura, sino solamente abrir 0 cerrar su propio asiento. Esta configuraci6n proporciona un cierre herrnetico sin fugas, con un rozamiento minima y por 10 tanto una duraci6n extremadainente larga.

6.6

Va/vu/as de control direcciona/

Figura 6.9 Valvula con carrete de anillo ovalado

Juntas metelices

Las valvulae de carrete metalico con superficies de contacto entre carrete y alojamiento ajustadas y Japeadas, tienen una resistencia de rozamiento muy baja, un funcionamiento clclico rapldo y una duracion extremadamente larga. Sin embargo, incluso con un mfnimo espacio de 0.003 mm, se produce perdidas internas de aproximadamente un Umin.

B

R2

B A

.-t>IDlill~· R2 P R1

Figura

Valvula d~

cottedere

.•..~-.": .

B A

51mbolo ISO

-t>rrlJII}~. R2 P R1

6.10 Principio de la valvula de carrete sin juntas

plana

:~:.,

.~:/~. ,

~

:

El f1ujoa traves de Jasvias es' cOntrolado por la posicion de una corredera de metal, nylon u otro plastico. Un carrete accioriado por el aire y provisto de junta elast6mera hace mover la corredera.

0sr£MEXICO

6.7

z

z

B A

B A

-[>1IrIDJ-~-

-i>1IlJXI}-~-

51mbolo ISO

R2 P Rl

Rl P R2

Figura 6.11 Valvula de corredera

plana de 5/2

Va/vu/as rotativas Un disco con soporte metalico se hace girar manualmente para interconectar las vias del cuerpo de la valvula. El efecto de presion es empleado para forzar el disco contra su superficie de contacto para minimizar la fuga. El suministro de presion esta situado por encima del disco.

~

P R Simbolo ISO

00 P

CJ P R

A

[3] P

A

Figura 6.12 Secci6n de una valvula de disco rotante y disco para funci6n de 4/3 con centre cerrado.

6.8

VtJlvulas de control direccional

.

ACCIONAMIENTO

DE LA VALVULA

ACCIONAMIENTO,MEcANICq,\~~~

,

En rnaquinas autornatizadas las vatvulas de accionamiento mecanico pueden detectar las partes de la rnaquina que estan en movimiento, para proporcionar seriales al control autornatico del cielo de trabajo. En la figura 6.13 se ilustran los accionamientos

mecanicos principales

~i £~. Leva

Leva con .rodillo Figura

Leva con rodillo a 90°

Leva de rodillo

6.13 Principales accionamientos

leva de rodiflo unidireccional

mecanicos

Cuidado a la hore de utilizar radii/os de palanca Es necesario tener un cuidado especial a la hora de utilizar levas para accionar valvulas de rodillo de palanca. La figura 6.14 10 ilustra: la porcion utilizada del recorrido total del rodillo no debe lIegar hasta el final de recorrido. La pendiente de la leva debe tener un anqulo de aproximadamente 300, mayores inclinaciones producen fatiga rnecanica sobre la palanca .

P(".. ,,~TCtc!: TI .) •.

..

A A.

c::::J

" •.•.pc: Precarrer.a

~~~=r~a'PTC.:·

o.

0

Postcarrera

CT :.carrera Total ,.--,Carrer~ del rodillo

L.i==::::;:;;;i~'----I

utilizable

o

o

o

Figura 6.14 Cuidado con 105 rodillos de palanca

y

o

excentricas

en

El rod ill 0 escamoteable (0 rodillo de retorno vacfo) ilustrado en la figura 6.13 se. acciona solo ciiando la leva se mueve en un sentido. En sentido contrario el rodillo cae sin accionar la valvula.

0SIVC MEXICO·

6.9

ACCIONAMIENTO

MANUAL

El accionamiento manual se obtiene generalmente acoplando una cabeza de accionamiento id6nea sobre una valvula de accionamiento rnecanico.

IIII~ Rasante

Simple·

Figura 6.15 Principales accionamientos

De Hongo

manu ales monoestables

Las valvulae de accionamiento manual, - monoestables (de retorno por resorte) se utilizan generalmente para arrancar, detener y controlar una unidad de control neumatico. En muchos casos, resulta rnas conveniente que la valvula mantenga su posici6n. La figura 6.16 muestra 105 tipos de accionamientos manuales biestables.

Selectora

Leva

Figura 6.16 Accionamientos

ACCIONAMIENTO

De Llave

manuales biestables

POR PILOTAJE NEUMATICO

Las valvulas principales (valvutas de control direccional) pueden colocarse cerca de un cilindro 0 de otro actuador y activarse por control remoto, por media de senates procedentes de valvulae 0 interruptores.

6.10

Valvulas de control direccional Una valvula monoestable pilotada por aire es accionada par la presion del aire que actua sobre un embolo, y retorna a su posici6n normal gracias a un retorno neumatico, un resorte mecanicoo una.comblnacion de ambos, cuando se elimina la presion de serial. A

r'-'-'-'-'-'-'-'~ A I

I· ·

-

Ingreso pilotaje

-~ _J /

Conexi6n de aire auxiliada por resorte

Figura

6.17 Valvula de 3/2 accionada

,·

. I

.

-~i

~r- -

I' ·", 1-_____ , R . ~._._._._._._._.J

\

Pist6n con area doble en comparaci6n con el de resorte

por aire con retorno por muelle, asistido por retorno por aire.

El retorno asistido por aire utiliza un resorte de aire adernas de un resorte mecanico relativamente ligero, para una caracteristica de fuerza mas constante y una mayor fiabilidad. En la figura 6.17 se muestra un resorte de aire proporcionado por un paso interno desde la entrada de presion para actuar sobre el embolo de diametro mas pequerio. La presion aplicada, por media del orificio de pilotaje al ernbolo de diametro mas grande, acciona la valvula. Este metodo de retorno del carrete se utiliza a menudo en diserios de valvulas miniatura dado que requiere un espacio muy reducido.

l(1greso pllotaje

A

Ingreso pilotaje

_._._._._.-,

. Simbolo ISO

I I IL.,-

I

i

i

:

-ftV7- p' -'-'-'-'-

Flgura 6.18 Vfllwla

de 3/2 accionada por alre con retorno por resorte de aire

Las valvulas de accionamiento neurnatico tratadas hasta ahora eran de tipo de pilotaje unlco 0 monoestable, sin· embargo las valvulas accionadas neurnaticarnente mas comunes para el control del cilindro tienen pilotaje doble y

estan diseriadas para permanecer en cualquier posicion (biestables).

0mcMEXlCO

6.11

En la figura 6.19 se ha aplicado una breve serial de presion a la apertura del piloto "Y~,que hace deslizar el carrete a la derecha y conecta la entrada de presion "P" a la via de utilizacton "B". La via "A" esta a escape por "R1". La valvula permanece en esta posici6n hasta recibir una contraserial: esto es 10 que se denomina "Iuncion memoria".

y

A

x

B

--';:D-_l_:~~t_;t~,t_'f~_..-;-'-"-

B A

--~~-y--

~ -'-.i· .\•.... t-- ..• :~.~ .. #

. .

-

r: 0 --.~,,'. O~,,·-,. -

R2 P AI

•

.

R1

p

Simbolo ISO

R2

Figura 6.19 Valvula biestable de 5/2 (accionada por doble pilotaje neurnatica).

Las valvulas biestables mantienen sus posiciones debido al rozamiento, pero deben de instalarse con el carrete horizontal, especialmente si la valvula esta sujeta a vibraciones. En caso de construccion con junta metalica las posiciones son bloqueadas por un reten. Accionamienlo

direclo

e indireclo

Un accionamiento directo se produce cuando una fuerza aplicada a un pulsador, rodillo 0 impulsor, hace mover el carrete 0 el vastaqo. Con el accionamiento indirecto se actua primero sobre una pequeiia valvula de pilotaje que a su vez activa neumatlcaments la valvula principal. B A SimbololSO

~AA.

~vv A2 P RI

0.'

Figura 6.20 Accionamlento

.

o

o

mecanico indirecto

La figura 6.20 i1ustra una valvula de 5/2, con accionamiento indirecto 0 accionamiento mecanico "pllotado", en su posiclon normal. Los detalles ampliados en bye muestran el piJotajeen las dos posiciones.

6.12

Va/vu/as de control direccionaf ACCIONAMIENTO

ELECTRICO

(por solenoide)

Los sistemas electroneurnaticos y controlados electronlcarnente, se trataran en un pr6ximo libro.de esta serie y, de momento, es suficiente considerar el accionamiento electrico de las valvulas de control direccional. . El accionamiento electrico de una valvula neumatica es realizado por una solenoide y un nueleo interno y. por 10 tanto, las unidades se conocen generalmente como electrovalvulas.

A

cz[[IJA p Simbolo ISO

. Simbolo ISO

Figura 6.21 Valvula de tipo de asiento vertical de retorno por resorte y accionamiento por solenoide de a) 212 y b) 3/2.

Las electrovalvutas de accionamiento directo emplean la fuerza electrornagnetlca de una solenoide para mover el vastaqo 0 el carrete (figura 6.22).

~ ,\

~ R2 P Rt Simboto ISO

00 0

Figura 6.22 Electrovalvulas

0SIVC MEXICO

de accionamiento

directo de 5/2 con retorno por resorte

6.13

Para limitar el tamario de la solenolde, las valvulas rnas grandes estan provistas de accionamiento indirecto por solenoide.

B A

R2 P R1

Simbolo ISO

Figura 6.23 Electrovalvula monoestable de 5/2 con carrete con juntas de material elast6mero.

La valvula de 5/3 tiene una tercera posicion (central) a la que retorna, por medio de resortes, cuando se desexcitan (figura 6.24) los dos solenoides.

B

R2P R1

Simbolo ISO

Figura 6.24 Electrovcilvula de 513 accionada por pi/oto con centro cerrado y centrado por resorte.

6.14

V~/vulas de control dirBccional MONTAJE

DE VALVULAS

CONEXION

OIRECTA

El metodo mas comun para conectar una valvula es roscar directamente las conextones en los onficios roscados de la vslvula. Este metodo requiere una conexl6n para cada entrada de cilindro, piloto, via y entrada de presi6n, un silenciador por cada salida de escape. Todas las valvulas mostradas anteriormente son de este tipo excepto la de la figura 6.22 que esta rnontada sobre pia ea base individual.

MANIFOLDS ,

Los bloques de vslvulas tienen vias de entrada de preslon cornunes para un cierto numero de valvulas. Las salidas de utilizacion se conectan separadarnente para cada valvula. La figura 6.25 muestra un bloque de valvulas con cuatro valvulae de funciones diferentes: una de 5/3, dos biestables y dos de tipo monoestable de la misma serie. Un bloque de valvulas debe de pedirse para alojar el nurnero deseado de valvutas, no es posible la extension posterior, pero las posiciones sin ocupar se pueden obturar utiJizando un accesorio de cierre. Con cinco 0 rnas valvutas, se recomienda suministrar la silenciadores, en ambos extremes.

preslon y montar los

.lImentaci6n cornun

Escapes comunes para las vias A y B

Flguta 6.25 Manifoldtlplco ~v90C

.

' MEXICO

6.15

PLACAS BASES Las valvulas con todas sus vias en una cara estan diseiiadas para ser montadas con juntas de estanqueidad sobre una placa base, a la que se le realizan todas las conexiones externas. Ello permite retirar y sustituir rapidarnente una valvula sin trastocar todo el sistema. Generalmente, una valvula montada sobre una base tiene una capacidad de caudal ligeramente mejor que una valvula normal del mismo tipo. La figura 6.22 muestra una valvula montada sobre placa base.

PLACAS BASES MULTIPLES De forma analoga a los bloques de valvulas, las bases subordinadas multiples proporcionan suministro y escape a cierto numero de valvulas por vias comunes. Tamblen las salidas de utilizaci6n son obtenidas a partir de la placa base. Tambien las placas bases multiples se deben de solicitar para el numero de valvulae deseado y pueden obturarse de la misma manera que los bloques de valvulas.

Alimentaci6n comun

/

.

~/;~ ..

/

(~

~--

.

,z

~

~ Escape comun

Figura 6.26 Placa base multiple.

6.16

VtJlvulas de control direccional PLACAS BASES ACOPLADAS

.

.

Las placas :'bases acopladas sonconjuntos de-,plEicas bases .individuales que permiten su lnterconexion en una sola unidad. Este sistema presenta la ventaja de permitir la extensi6n 0 reducci6n de la unidad sequn se altere el sistema, sin que los componentes existentes sean afectados. Si se requiere existe tarnbien, la opci6n de obturar las posiciones usadas. La Fig. 6.27 muestra una tipica placa base, equipada solenoide monoestable, dos biestables y una tapa ciega.

con una valvula

Tapa ciega

Aiimentaci6n

.> ,//

\

Uniones

Figura

.

6.27 Placa base acoplada con tres valvulas

w

.,.

-I

J¥]

SIMBOLOISO

I JUNTA DE AMORnGUACIO~

CASQUILLODE AMORnGUACION

. URANTE

Figura 7.3 Partes componentes de un cilindro de doble efecto con amortiguaci6n neumatica,

7.2

Actuadores

AMORTIGUACI6N Los cilindros neurnaticos pueden teneruna velocidad muy elevada 10 que ocasiona que se puedan desarrollar fuerzas de choqueconsiderables al final de la carrera, 105 cilindrosmas pequerios tienen una amortiquacion fija, por ejemplo amortiguadores de goma, para absorber el choque e impedir que el cilindro se darie internamente. En 105 cilindros rnas grandes el efecto del impacto puede ser una arnortiquacion neumatica que desacelera el ernbolo en la parte terminal de la carrera. El amortiguador atrapa parte del alre de escape cerca del punto de final de carrera y 10 evacua mas lentamente a traves de una restriccion regulable (figura 7.4).

Flgura 7.4 Principio de arnortiguacion por aire

El escape. normal del aire al orificio de salida se cierra en cuanto el casquillo de amortiquacion entra en la junta de amortlquacion, de forma que el aire puede escaparse solo a traves del orificio de restriccion regulable. El aire atrapado se comprime a una preslon relativamente elevada que absorbe la inercia del ernbolo. Cuando el cilindro inicia la carrera contraria, la junta de amortiquacion actua como una valvula anti-retorno para permitir el paso de aire al embolo. De cualquier forma restringe el flujo de aire y retrasa la aceleracion del ernbolo, la zona de amortlquacion debera ser entonces tan corta como sea posible. Para desacelerar grandes cargas 0 altas velocidades del cllindro se necesita un amortiguador externo. Si la velocidad del embolo supera los 500 mmls sera necesario un tope mecanico externo, tarnbien en los casos en que tenga· arnortiquacion incorporada. ~.~.

Qsw.: MEXICO

7.3

CILlNDROS ESPECIALES De doble

vesteqo

Figura 7.5 Principio del doble vastaqo

La figura 7.6 ilustra este tipo de cilindro siendo utilizado para accionar una mesa de carrera larga. La guia y la rigidez extra se obtiene al ser fijos los extremos del vastaqo del embolo, mientras que el cuerpo se mueve con la mesa.

Figura 7.6 Aplicacion tipica de un cilindro de doble vastaqo

Cilindro con vastago antigiro El vastaqo de -un cilindro estandar puede girar facilrnente si no existen guias que puedan prevenirlo. Esto nos puede condicionar en algunas ocasiones, el montaje directo de determinadas herramientas. Este tipo de aplicaciones, en las que la herramienta no ejerce un elevado par de giro, pueden ser solucionados utilizando un cilindro con vastaqo y en el casquillo. La rotaci6n se evita mediante dos caras planas en el vastaqo y en el casquillo guia. La figura muestra tambien coma un par crea las fuerzas de reacci6n en el vastaqo y en su casquillo guia y corno.iel este es elevado, puede dafiar ambos, especialrnente en carreraslargas. . .-..: ~ . .

Figura 7.7 Vastaqo antigiro

7,4

:,-

..'.,;,..... >

.•-:

~"!"

-

Actuadores

Cilindro de vesteqos perelelos. Una posible solucion al problem a de la rotacion del vastaqo, es la de utilizar un cilindro con doble vastagoparalelo. Este cilindro tarnbien se utiliza para aumentar la fuerza decilindro." .'

Section

A-A

Fig. 7.8 Cilindro de vastaqos paralelos

Cilindro Piano Un cilindro normal tiene un perfil exterior rnas obvio, para cilindros de ernbolo circular.

0

menos cuadrado, como es

Si realizamos un ernbolo con la misma area efectiva, esto es, con la misma fuerza teorica pero con forma ovalada, obtendremos un cilindro con cubierta exterior rectangular, mas plana y que ademas lIeva ya incorporada la condicion antigiro.

A-

Section

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A-A"-

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A--':

Figura 7.9 Principle del cilindro PIano

0SNCMEXICO

7.5

Cilindro tandem

Un cilindro tandem esta formado por dos cilindros de doble efecto unidos .por un vastaqo comun, para formar una sola unidad.

Flgura 7.10 Principio del cilindro tandem

Presurizando sjmultanearnente las cameras de ambos cilindros, la fuerza de salida es casi el doble que la de un cilindro estandar del mismo dtametro. Ofrece una fuerza mas elevada para un dlametro de cilindro determinado, que puede ser utilizado cuando el espacio para instalacion sea reducido.

Cilindro multiposicional

las dos posiciones finales de un cilindro estandar proporcionan dos posiciones fijas. Si se necesitan rnas de dos posiciones. se puede utilizar una combinaci6n de cilindros de doble efecto. Existen dos principios: Para tres posiciones, es idoneo el conjunto ilustrado abaio, que permite fijar el cuerpo del cilindro. Es muy adecuado para movimientos verticales. por ejemplo para dispositivos de manipulation. El segundo tipo consta de dos cilindros independientes unidos por sus culatas posteriores, 10 que permite obtener cuatro posiciones distintas. pero el cuerpo del cilindro no se puede fijar. Combinando 105 tres cilindros se obtienen 8 posiciones, con cuatro, 16 poslciones.

7.6

Actuadores

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Figura 7.11 Dos tipos de cilindros multiposicionales.

MONTAJE DEL CILlNDRO Para asegurar que los cilindros esten montados correctamente, los fabricantes ofrecen una gama de fijaciones que satisfacen todos los requisitos, incluido el movimiento oscilante, utilizando fijaciones de tipo oscilante.

Figura 7.12 Varios metodos de fijaci6n del cilindro

0S£MEXICO

7.7

Juntas tiotentes Para arreglar la "desalineacion" inevitable entre el movimiento del vastaqo del cilindro y el objetivo guiado, es necesario predisponer una junta flotante en el extremo del vastaqo del ernbolo.

Figura 7.13 Junta flotante.

SELECCION

DE UN CllINORO

FUERZA TEORICA Los cilindros lineales tienen como recomendado

por ISO 4393 e ISO 497

R10, los siguientes diarnetros : 8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,140,160,

200, 250, 320 mm.

La fuerza desarrollada por el cilindro esta en funcion del diarnetro del ernbolo, de la preslon del aire de alimentacion y de la resistencia debida al rozamiento. Para ernbolos estacionados (sin tener en cuenta las fuerzas de rozamiento), se pueden realizar calculos te6ricos utilizando las formulas: Fuerza (N)

= Area del embolo (m2) x presion del aire (N/m2)

Por 10 tanto, para un cilindro de doble efecto: .. 1t

Carrera de avance : F

E

.02 . pg

=

4 (0

= diametro

del embolo, pg = presion rnanornetrica) 1t

Carrera de retroceso : F

R

= --.,..- . 4

7.8

(02 - d2) . pg

Actuadores

(d = diahlelro del vastago) '-. '_ ' Para un cilindro de simple efecto: 7t

Carrera de salida:

F

E

=

. 02 . pg - F3 4

(F3

=

Fuerza del muelle al extremo de I~ carrera)

Para elegir el tamaiio de un cilindro, resulta mas practice utilizar un diagrama analoqo al de la figura 7.14. que indica las fuerzas te6ricas para 10,7 y 5 bares, utilizar cualquier informaci6n parecida per-parte del fabricante.

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Figura 7.31 Unidad deslizante tlpica

7.24

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Actuadores La alta precision de mecanizado de las superficies de montaje y de 105 vastaqos guia paralelos, aseguran un movimiento lineal perfectamente recto cuando estan integrados como partes constructivas de maquina de transferencia y de posicionamiento. En una posicion, el cuerpo se puede fijar y son los vastaqos tos que se pueden mover (b). Oandole la vuelta, los extremos de los vastaqos se apoyan sobre la superficie de montaje y el cuerpo se puede mover (c). En ambos casos, la valvula puede estar conectada a la parte que permanece fija, por los orificios A Y B o bien A y B en la figura 7.31 a.

CILlNDRO

DE VASTAGO HUECO

El vastaqo hueco proporciona una conexion directa entre el equipo generador de vacio y una' ventosa acoplada al extremo del vastaqo. El tubo de conexi6n en la parte posterior del cilindro permanece estatico independientemente de que el vastaqo este saliendo y entrando. Este actuador esta disefiado especificamente para aplicaciones .de "cog er" y "colocar".

Flgura

7.32 Cllindro de viistago hueco con conexiOn estanca para apllcaclones

de vaclo.

7.25 ;'.'

.

PINZAS Se trata de un actuador diseriado para coger componentes en aplicaciones de rob6tica la ilustraci6n de la figura nos muestra un tipo de pinza que em plea dos ernbolos en posici6n para abrir y cerrar las pinzas.

Figura 7.33 Pinza neumatica de apertura angular

7.26

8.

CIRCUITOS sAslCOS

INTRODUCCION

FUNCIONES ELEMENTALES • • • •

Ampliticecicn de caudal Inversion de sene! Seleccion Funcion de memotie

FUNCIONES DE TIEMPO

• Tempotizecion a la conexion • Tempotizecion a la desconexion • Impulso de presion a la conexion • Impulso de presion a la descotiexion CONTROL DEL CILlNDRO • Cilindro de simple efecto • Cilindro de doble efecto • Deteccion de la posicion de los cilindros CONTROL DE SECUENCIA • Como describir UO{J secuencia • Secuencia de dos cilindros • Comandos opuestos

0Sf.£ MEXICO

.....•

..

. I

Circuitos besicos

CIRCUITOS

sAslcos

INTRODUCCI6N

Los circuitos

basicos

son conexiones

funciones.

Existe un nurnero

componen

incluso los circuitos mas sofisticados.

de valvutas

limitado de funciones

que realizan

elementales

ciertas

de las que se

Estas funciones tienen la capacidad de:

Controlar un cilindro Accionar otra valvula. · para control remoto desde un panel. · para cambiar por otra la funcion de una valvula · para enclavamientos

Este ultimo

tipo de funci6n

de segunda, etc.

se denomina

tarnbien

una "funcion

logica",

Existen cuatro funciones logicas basicas:

Identidad ("SI") Negacion AND OR

0

0

0

inversion ("NO")

funcion suma

funcion producto

No se tratara aqui de 105 metodos logicos de conexion, pero se utilizan 105 terrninos puestos que describen claramente las funciones con una sola palabra.

8.1

FUNCIONES ElEMENTAlES AMPLlFICACI6N

DEL CAUDAL

Un cilindro grande necesita un caudal de aire grande. Se puede evitar tener que accionar manualmente una valvula grande con capacidad de caudal suficiente, utilizando una valvula grande de accionamiento neumatico pllotandola con una valvula mas pequelia de accionamiento manual. Esta funci6n se denomina "ampliflcacion del caudal". Se combina a menudo con el control remote: la valvula grande e5ta cerea del cllindro, pero la pequef\a puede encontrarse en un panel, para poder acceder facilmente a ella.

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CD

Flgura 8.1 Amplificaci6n

I

del caudal 0 control indirecto de una valvula.

INVERSI6N DE LA SENAl El rnetodo indicado en la figura 8.1, se puede utilizar tarnblen para cambiar la funci6n de una valvula desde su posici6n normalmente abierta a normalmente cerrada 0 viceversa. Si la valvula 1 en la figura 8.2, esta activada, la presion sobre la salida de la valvula 2 desaparece y reaparece cuando se desactiva la valvula 1

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Flgura 8,2 Inversl6n de la senal: si se activa la valvula

1, la preslon

sobre la sallda de la valvula 2

desaparece y reaparece cuando se suelta la v~lvula 1

8.2

Circuitos Msicos SELECCI6N -La selecci6n se alcanza convirtiendo una funci6n de. 3/2 a 5/2 ". . .. La valvula de mando 1 es una pequeria valvula de 3/2 accionada manualmente: la valvula 2, accionada indirectamente, es una valvula de 5/2 con una capacidad de caudal suficiente para accionar un cilindro de doble efecto. En esta funcian se realiza tamblen la amplificaci6n del caudal. Una posici6n del interruptor de palanca presuriza el punto indicado como verde mientras que la otra presuriza el rojo. La misma funcion se utiliza tarnblen para realizar la seleccion entre dos circuitos: una de las vias de utilizacian de la valvula de 5/2 suministra por ejemplo, aire a un circuito autornatico, mientras que la otra suministra las valvulae para el control manual. Esto asegura que no puede tener lugar un accionamiento automatico durante el accionamiento manual ni a la inversa.

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Flgura 8.3 Selecci6n entre dos circuilos con una valvula monoestable de 3/2 aceionado manualmente

FUNCI6N DE MEMORIA Una funclon muy comun es perpetuar el accionamiento -momentaneo de una valvula manteniendo su sefial hasta que otra senal momentanea la desconecte permanentemente.

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r-r---.-'r----.

Los solenoides no se activan nunca en reposo

Figura A.6 Reglas para la posicion de reposo del solenoide y las valvulas neurnaticas

VaJvulas accionadas Todas las valvulas

rnecanlcarnente

con indice .1,. estan en reposo Presion

Sin preslcn

a ...

8= a ...

'1

f1

Todas las valvulas con indice .010 estan activadas PresiOn

,--,f--r-r--,

Figura A.7 Reglas para la posici6n de reposo de las valvulas accionadas mecanicamente

A6

Apendice A

DISTRIBUCI6N

DE UN CIRCUITO

En un diagrama de circuito, se supone que la direcci6n de la energia de trabajo va desde la parte inferior a la parte superior y la secuencia del cielo de trabajo desde la izquierda a la derecha. En consecuencia, los cilindros y las valvulas de potencia estan situadas en la parte superior, con el cilindro que lIeva a cabo la primera carrera del cic/o en la parte izquierda. Las valvulas 3/2 de palanca y rodillo, que control an las posiciones finales de los cilindros, estan situadas en el nivel inferior. Entre estas ultunas valvulas de los cilindros, puede haber valvulae adicionales para conseguir la secuencia correcta (La funci6n de memoria ylo ciertos enc/avamientos con funciones 16gicas).

Ultimo impulso del delo

Primer impulse del dele

c

B

A

A+

8-

A-

--1>-

c --..p>:-

Nivel de POTENCIA

I

S~L...-.--L...-.--I Nivel de Em-RADA

en

rn

Nivel LOGICO Memorias, AND's (y). OR's (6), Temporizaci6ri, etc.

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DE SENAL

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09'£ MEXICO

A.7