Instalaciones Electroneumáticas

INTRODUCCIÓN

La neumática es la ciencia que trata las propiedades del aire comprimido. Dos de sus principales propiedades son:

1.- La presión ejercida en un gas (aire) se transmite con igual intensidad en todas las direcciones.

2.-Un gas puede ser comprimido dentro de un recipiente cerrado, de forma que su presión aumente y posiblemente también su temperatura.

La mecanización neumática es la mecanización que se realiza usando las propiedades del aire comprimido, cuyas aplicaciones son, entre otras:

movimientos rectilíneos con cilindros de aire comprimido.

El accionamiento de herramientas manuales giratorias, tales como taladradoras o pulimentadoras.

La primera transmisión neumática data de 1700, cuando el físico francés Denis Papin empleó la fuerza de un molino de agua para comprimir aire que después se transportaba por tubos. Aproximadamente un siglo después, el inventor británico George Medhurst obtuvo una patente para impulsar un motor mediante aire comprimido, aunque la primera aplicación práctica del método suele atribuirse al inventor británico Geoge Law, quien en 1865 diseñó un taladro de roca en el que un pistón movido por aire hacía funcionar un martillo.

Los motores de aire comprimido se emplean en numerosas herramientas donde se requieren fuerzas intensas de carácter intermitente, en herramientas de mano donde la fuerza de u motor eléctrico podría ser demasiado grande y en pequeños sistemas rotativos de alta velocidad que requieren entre 10.000 y 30.000 rpm. La fuerza neumática también

Se emplea en numerosas máquinas automáticas para la producción industrial.

Ventajas y desventajas del aire comprimido.

Todas las aplicaciones neumáticas presentes en una industria pueden ser alimentadas desde compresores sitos en un puesto central. Esto sucede igualmente con la electricidad.

El depósito del compresor es un acumulador de aire comprimido, por lo que la capacidad del compresor no necesita ser igual al máximo consumo de aire, sino que es suficiente que sea igual al promedio del consumo de aire comprimido más una cierta capacidad de reserva. En la electricidad, puede utilizarse un generador extra para poder abastecer un caudal extra excesivamente grande.

El sistema de tuberías de una instalación neumática es simple, aunque no tan simple como en una eléctrica.

No existen tuberías de retorno para el aire de escape, ya que éste se hace directamente a la atmósfera.

El transporte de aire comprimido a través de las tuberías es seguro y presenta menos riesgos que la conducción de energía eléctrica. En recintos donde existe riesgo de explosión o incendio se prefiere el aire comprimido a la electricidad, pues con aquel no existe la posibilidad de que se produzcan chispas. Incluso en el caso de deterioro mecánico de la tubería, el aire comprimido es más seguro que la energía eléctrica.

Las fugas en las tuberías neumáticas causan un gasto importante de aire, pero la máquina sigue trabajando y aunque debe resolverse, no tiene por qué pararse el proceso productivo.

CILINDROS DE SIMPLE Y DOBLE EFECTO

Los actuadores neumáticos son los componentes capaces de transformar la energía del aire comprimido en trabajo mecánico. Los cilindros neumáticos se encuentran dentro de esta clasificación.

Un cilindro es un tubo que está cerrado por los extremos, en cuyo interior se desliza un émbolo unido a un vástago que atraviesa uno de los fondos. Dispone de aperturas por donde entra y sale el aire comprimido.

Los cilindros neumáticos se pueden dividir en dos grandes grupos: de simple y de doble efecto. Los primeros realizan el esfuerzo activo en un solo sentido y el retorno depende de un muelle o membrana que devuelve el émbolo a su posición inicial. Los cilindros de doble efecto actúan de modo activo en los dos sentidos.

CILINDROS:

cilindro estándar tipo DNC

Cilindro redondo tipo DSEU

Cilindro redondo tipo DSNU

Cilindros de simple efecto.

Los más comunes tienen un retorno por muelle. El aire comprimido alimenta la cámara posterior, lo que hace avanzar el pistón, venciendo la resistencia del muelle. El retroceso se verifica al evacuar el aire a presión de la parte posterior, lo que permite al muelle comprimido devolver libremente el vástago a su posición de partida.

SIMBOLOGÍA:

Cilindros de doble efecto.

Tal y como se ha dicho, en estos cilindros desaparece el muelle o la membrana de retorno y ambas carreras (avance y retroceso) son activas.

Al dar aire a la cámara posterior del cilindro y evacuar simultáneamente el aire de la cámara anterior, el vástago del cilindro avanza y, cuando se realiza la función inversa, el vástago retrocede.

Estos cilindros son los más utilizados ya que el retorno no depende de un elemento mecánico sometido a desgaste y fatiga.

Los cilindros de doble efecto con doble vástago es una variante del cilindro de doble efecto. El émbolo, en este caso, tiene dos vástagos, uno a cada lado, de modo que, cuando uno avanza, el otro retrocede. Es ideal para montarlo en instalaciones donde, por razones de espacio, la detección del final de carrera deberá hacerse sobre el vástago auxiliar y no sobre el de trabajo.

Los cilindros de doble efecto con amortiguador son una variante del cilindro de doble efecto. Esta ejecución se utiliza para amortiguar masas con gran inercia, asegurando una disminución de la velocidad al final de su recorrido y evitando golpes bruscos que podrían afectar al cilindro y a los útiles que éste transporta.

SIMBOLOGÍA:

VÁLVULAS

Para el control de los órganos de trabajo es preciso disponer de otros elementos que realicen funciones de mando de acuerdo con el trabajo que aquellos deban efectuar. Estos elementos de control son las válvulas.

Son ellas las que controlan los impulsos que hacen moverse a los cilindros. Con sus diferentes sistemas de mando, conducen el aire comprimido hasta los cilindros, actuadores de giro, bombas de vacío, para que estos efectúen, dentro del automatismo la función encomendada.

Las válvulas encargadas de distribuir adecuadamente el aire comprimido para que tenga lugar el avance y el retroceso de los cilindros son las válvulas distribuidoras.

Los distribuidores no se usan tan sólo para el control directo de los cilindros. De acuerdo con su uso, pueden dividirse entre los siguientes grupos principales:

Distribuidores de potencia o principales: su función es la de suministrar el aire directamente al cilindro y permitir igualmente e escape. Pueden ser accionadas manual, neumática, mecánica o eléctricamente.

Distribuidores fin de carrera: son accionadas manual, mecánica o eléctricamente. Estos distribuidores abren o cierran pasos de aire cuya función no será la de ir directamente al cilindro, sino que se usa solamente para el pilotaje o accionamiento de otros mecanismos de control, tales como distribuidores de potencia o principales.

Distribuidores auxiliares: son distribuidores utilizados en los circuitos y que en conjunción con válvulas fin de carrera y de potencia, se usan para dirigir convenientemente las señales de presión de aire.

A las válvulas se les asigna un código de dos cifras separadas por una línea oblicua. La primera indica el número de vías, es decir, el número de orificios exteriores por los cuales puede circular caudal. La segunda cifra indica el número de posiciones que pueden conseguirse con los mecanismos de accionamiento.

VÁLVULAS:

Válvula de accionamiento mecánico/manual

Válvulas estándar

Válvulas universales tigger 2000

Válvulas universales tigger classic

Válvulas universales tipo CPE

Válvulas individuales tipo micro/mini/midi

Válvulas 2/2

Son válvulas normalmente cerradas en posición de reposo.

SIMBOLOGÍA:

Válvula 2/2 normalmente cerrada con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

Válvula 2/2 normalmente abierta con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

Válvulas 3/2

La válvula 3/2 normalmente cerrada se emplea para emitir señales de pilotaje sobre otras válvulas y para mandar cilindros de simple efecto.

SIMBOLOGÍA:

válvula 3/2 normalmente cerrada con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

La válvula 3/2 normalmente abierta se puede aplicar en el mando de cilindros de simple efecto de largo tiempo de acción.

SIMBOLOGÍA:

válvula 3/2 normalmente abierta con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

Válvulas 4/2

Se utiliza para gobernar cilindros de doble efecto.

SIMBOLOGÍA:

válvula 4/2 con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

Válvulas 5/2

Tiene el mismo empleo que el anterior.

SIMBOLOGÍA:

Válvula 5/2 con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

Válvulas 4/3

Las válvulas 4/3 con posición central de bloqueo se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar bloqueado en un punto intermedio de su recorrido.

Las válvulas 4/3 con posición central de desbloqueo se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar desbloqueado en un momento de su actuación.

Válvulas selectoras de circuito

Estas válvulas permiten la circulación de aire desde dos entradas opuestas a una sola salida común. Se coloca cuando se debe mandar una señal desde dos puntos distintos. Eléctricamente se conoce como montaje en paralelo.

SIMBOLOGÍA:

Válvulas de simultaneidad

Las válvulas de simultaneidad son utilizadas cuando se necesitan dos o más condiciones para que una señal sea efectiva. En la figura se ve que toda señal procedente de X o Y bloquea ella misma su circulación hacia la utilización. Sólo cuando están presentes las dos señales X e Y se tiene salida por 2. Eléctricamente se le conoce como montaje en serie.

SIMBOLOGÍA:

La simbología o representación de las válvulas distribuidoras se explica a continuación:

Las posiciones que adopta el órgano distribuidor se representan por cuadrados, tantos como posiciones existan dibujados uno a continuación del otro.

Los conductos interiores de las válvulas determinan los orificios de entrada o salida del aire. Dichos orificios se determinan vías y se representan por pequeños trazos sobre las bases superiores e inferiores de los cuadrados que indican la posición de reposo. La salida de aire se representa por un pequeño triángulo.

Las vías se unen mediante líneas rectas que representan las conducciones interiores que se establecen y el sentido de circulación del aire se define por flechas.

ACCIONADORES

El accionamiento de las válvulas se puede descomponer en cuatro grupos:

Accionamiento manual: por pulsador rasante, pulsador de hongo, palanca y pedal.

Accionamiento mecánico: por pulsador rodillo, rodillo escamoteable, mulle, accionamiento con enclavamiento mecánico.

Accionamiento neumático: por presión, por depresión, presión diferencial, accionamiento a baja presión, servopilotaje.

Accionamiento eléctrico: por electroimán, por electroimán servopilotado.

EJEMPLOS:

NOTA: Por comodidad se ha representado todos con retorno por muelle, lo cuál no quiere decir que no pueda haber otro modo de retorno.

CAPTADORES

En una instalación neumática capaz de funcionar automáticamente se da la siguiente organización interna, según el flujo que siguen las señales:

Captación de la información.

Tratamiento de la información.

Órganos de gobierno.

Órganos de trabajo.

La captación de información es un bloque formado por todos los elementos capaces de recoger datos que definen la situación de la máquina o equipo en cada momento. Estos elementos son los finales de carrera, los detectores de proximidad, etc.

Las señales procedentes de los captadores de información son analizadas y controladas por el grupo siguiente, y convenientemente tratadas, se envían a los órganos de gobierno. Los elementos que componen este segundo grupo son las memorias, los temporizadores, etc.

La señales tratadas que llegan a los órganos de gobierno carecen de capacidad de mover los órganos de trabajo. Por eso, aquellos son los encargados de mandar, de suministrar el caudal de aire adecuado a lo órganos de trabajo. Este grupo lo componen generalmente las válvulas pilotadas de 3/2, 4/2 o 5/2.

Finalmente, los elementos de trabajo son los encargados de aplicar físicamente la energía acumulada en el fluido para realizar las operaciones correspondientes.

En neumática los captadores o finales de carrera se representan por una válvula 3/2 normalmente cerrada con accionamiento por rodillo y retorno por muelle. Cuando el vástago del cilindro accionado sale, toca el segundo final de carrera que le pertenece, accionándolo, y este envía la señal al siguiente grupo de la organización anteriormente citada. Cuando el vástago retorna, acciona el primer final de carrera que le corresponde, el cuál, envía la señal al siguiente grupo de la organización anteriormente mencionada.

EJEMPLO:

el vástago está dentro y esta accionado el primer final de carrera.

El vástago sale y acciona el segundo final de carrera.

En electroneumática no existen finales de carrera, sino que la captación de los movimientos se realiza mediante detectores de proximidad. Cuando el vástago del cilindro sale, se acciona el detector de proximidad de la derecha. Cuando el vástago del cilindro entra, se acciona el detector de proximidad de la izquierda.

EJEMPLO:

Cuando el vástago está dentro el detector de proximidad que está accionado es F1.

Cuando accionamos el pulsador de la válvula, ésta cambia de posición emitiendo una señal neumática, la cuál hace que el vástago del cilindro salga, con lo que queda accionado el detector de proximidad F2.

DETECTORES DE PROXIMIDAD:

Detector de proximidad inductivo

Detectores de proximidad tipo SMH

ELECTRONEUMÁTICA

Cuando las distancias a cubrir por las conducciones neumáticas son grandes, las señales se debilitan y retrasan sus efectos, debido a la pérdida de carga, por lo que ya no tiene la condición de rápidas y seguras. Por otro lado, las conducciones largas representan un consumo muy elevado de aire y los gastos que de ello se derivan pueden resultar muy altos.

Por estas razones interesa combinar las ventajas del mando eléctrico con la simplicidad y eficacia de la neumática, lo que deriva en la aplicaciones electroneumáticas.

Electroválvulas

Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas son elementos mixtos que mediante una señal eléctrica exterior efectúan las funciones propias de las válvulas distribuidoras.

El distribuidor electroneumático es el elemento en el que un impulso eléctrico se transforma en una señal neumática.

En general, el distribuidor electroneumático es un distribuidor 3/2 que, en principio, consta de un cuerpo con tres vías, con un electroimán. En el interior de éste hay un núcleo que actúa como una válvula doble que cierra una vía al final de cada uno de sus movimientos.

Cuando el electroimán está sin corriente, el núcleo, gracias a la fuerza del muelle y a su peso, cierra la vía inferior.

Cuando se excita el electroimán, la bobina atrae a su núcleo hacia arriba en contra del muelle. Entonces se cierra el orificio superior y se abre el inferior.

El efecto de una señal eléctrica en el distribuidor es la obtención de una señal de aire a la salida y cuando desaparece la señal eléctrica ocurre lo mismo con la neumática.

SIMBOLOGÍA:

ELECTROVÁLVULA:

Electroválvulas accionadas directamente

BIBLIOGRAFÍA

www.festo.es

Automatismos eléctricos, neumáticos e hidráulicos. F. Jesús Cembranos Nistral. Ed. Thomson Paraninfo.

Mecanización neumática. F. S. G. Van Dijen. Ed. Index.

Enciclopedia Encarta 2001.