Libro: Tecnología 4ºESO – Editorial Oxford – Proyecto Ánfora

Unidad 6: Neumática Aunque en el libro se incluyan también los sistemas hidráulicos, sólo vamos a ver los neumáticos.

Necesidades para la unidad Traerse el libro de texto todos los días, porque vamos a utilizar las ilustraciones.

Índice 6.1. Fundamento y aplicaciones.

6.2. Elementos de un circuito neumático

a. Producción y tratamiento del aire comprimido

b. Redes de distribución

c. Actuadores

d. Válvulas para regulación y control

6.3. Montaje y experimentación con circuitos neumáticos

6.1 Fundamento y aplicaciones La neumática es la técnica destinada a la aplicación del aire comprimido para producir efectos

mecánicos. Forma parta de una disciplina más amplia que se denomina Mecánica de Fluidos y que

incluye también la oleohidráulica o hidráulica (que en lugar de aire comprimido utiliza líquidos,

generalmente aceites industriales).

Utiliza el aire como medio para acumular, transportar y aplicar energía: primero dotamos al aire de

energía, presurizándolo, se trasporta por tuberías y se descarga la energía accionando algún tipo de

mecanismo, que se denominan actuadores. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una

fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita

expandirse. El aire comprimido es aire tomado de la atmósfera y confinado a presión en un espacio

reducido. Por ejemplo cuando inflamos un globo y posteriormente lo soltamos sin cerrar, la energía

acumulada por el aire lo hace revolotear rápidamente por la habitación. Se produce una transformación

de la energía almacenada en trabajo útil en mover el globo.

Se utiliza mucho en la industria, algunos ejemplos:

• Construcción y minería (taladradoras).

• Fabricación automatizada y robotizada (fabricación de piezas de plástico por moldeo,

estampación sobre láminas, etc.).

• Transporte (apertura y cierre de puertas en trenes).

• Dentista (torno para limar muelas y dientes)

Ventajas:

• Fácil de almacenar y transportar.

• No contaminante (en el lugar de utilización).

• No explosivo

• Es fácil de regular la cantidad de aire necesaria para hacer un trabajo determinado.

Inconvenientes:

• Es costoso (el equipamiento es caro y generalmente se utiliza otro tipo de energía para

comprimir el aire).

• Ruidoso.

• Rango limitado de fuerza

6.2. Elementos de un circuito neumático Necesitamos elementos para generar el aire comprimido (compresores y equipos de tratamiento), para

transportarlo (red de distribución por tuberías), para utilizarlo en una aplicación concreta (actuadores,

normalmente cilindros) y para regularlo (válvulas).

A. Producción y tratamiento del aire comprimido

COMPRESORES:

Es el elemento encargado de coger aire del ambiente (a presión normal) y comprimirlo (dotarlo de una

mayor presión).

Vamos a estudiar el más sencillo, que es el compresor de pistón monofásico o compresor alternativo.

Figura de la página 156 del libro.

El sistema biela-manivela-émbolo convierte el movimiento circular de un motor eléctrico en uno

rectilíneo alternativo. En el cilindro hay dos válvulas: una de admisión y otra de escape. Cuando el

émbolo está en la carrera de descenso succiona el aire que entra en el cilindro a través de la válvula de

admisión. Cuando el émbolo asciende comprime el aire y se cierra la válvula de admisión. El émbolo

continúa comprimiendo el aire hasta que la presión de éste es suficiente para abrir la válvula de escape

(cuando la presión del aire dentro del compresor sea igual o superior a la del aire que está en el circuito

neumático, porque si no, la válvula de escape no se puede abrir).

Pero a demás del compresor que genera el aire comprimido, para poder usar éste se necesitan

generalmente algunos elementos adicionales:

Refrigeradores:

Al comprimirse el aire aumenta su temperatura (puede llegar a los 180 ºC), por lo que se necesita un

refrigerador que lo enfríe hasta los 25 ºC. para ello, se hace pasar al aire comprimido por un tubo en

forma de serpentín, por cuyo exterior circula agua fría, que recoge parte del calor. En algunos casos, en

lugar de agua simplemente circula aire del exterior, aunque su poder de refrigeración es menor.

Además se consigue disminuir la humedad del aire comprimido, porque la mayor parte del agua que

contiene se condensa en este proceso y es expulsada.

Acumulador:

Es un depósito que va acumulando el aire comprimido que genera el compresor y asegurar que siempre

hay disponible cuando se necesita. Puede estar coordinado con el compresor para que éste sólo se

ponga en marcha cuando el aire del acumulador baje de un determinado nivel.

Filtro:

Elimina las impurezas que trae el aire consigo. En el libro se explica cómo realiza esta operación y se

dispone de un dibujo de cómo está hecho (figura 16.8).

Regulador de presión:

Asegura que la presión del aire de salida es constante e igual a la que se seleccione.

Figura 16.9 del libro.

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Lubricador:

Mezcla el aire con aceite para disminuir el rozamiento y evitar la oxidación. El aceite queda pulverizado

en el aire a presión.

Cuando se utilizan todos los elementos anteriores en un circuito neumático se suele utilizar un solo

símbolo que integra a todos ellos y que se denomina unidad de mantenimiento:

En ocasiones también se obvian todos los elementos anteriores y simplemente se indica que existe una

toma de presión con el siguiente símbolo:

Salida del aire comprimido:

Permite la salida del aire comprimido al exterior del circuito.

B. Redes de distribución

Tuberías que distribuyen el aire comprimido desde la unidad de mantenimiento a los distintos

elementos del circuito neumático.

Si están fijas se las suele dotar de una pequeña inclinación para facilitar el arrastre de partículas o de

gotas de agua.

C. Actuadores

Aunque hay motores neumáticos, que generan movimiento circular a partir del aire a presión (por

ejemplo, para el torno de los dentistas), el elemento receptor más común es en forma de cilindro, con

un pistón que es el que realiza el movimiento requerido para la aplicación del circuito neumático. Este

pistón sale o entra del cilindro en función de cómo se aplique el aire comprimido.

Existen dos tipos:

Cilindro de simple efecto:

Cuando se le aplica aire comprimido, el pistón sale del cilindro produciendo un trabajo. Al dejar del

aplicársele aire comprimido, el pistón retorna al interior del cilindro por la acción de un muelle que hay

en su interior. El trabajo sólo se realiza por tanto cuando sale el pistón 8carrera de avance) y no cuando

entra en el cilindro (carrera de retroceso).

Figura de la página 156. Símbolo:

Cilindro de doble efecto:

El cilindro posee dos vías de aire comprimido, cada una de las cuales actúa de entrada o salida en

función de que nos encontremos en la carrera de avance o de retroceso. Cuando el aire comprimido es

introducido por la primera vía, empuja el émbolo haciendo salir el vástago del cilindro (carrera de

avance), para lo que el aire que está en la cámara opuesta debe salir por la segunda de las vías. Cuando

el aire entra por la segunda salida, empuja el émbolo en el sentido contrario (carrera de retroceso), y el

aire sale por la primera de las vías.

Este tipo de cilindros realiza trabajo en los dos sentidos, tanto en la carrera de avance como en la de

retroceso.

Figura de la página 156. Símbolo:

Vídeos relacionados con lo visto hasta ahora:

Imprescindibles:

Ejercicio: A partir de la información que proporciona el siguiente vídeo, contestar a las cuestiones que

se hacen a continuación:

Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=pwFBxBEV1Xs

Cuestiones:

a. ¿Cómo se pueden distinguir a simple vista los cilindros de simple efecto de los de doble efecto?

b. ¿Para qué se utilizan cada uno de ellos? ¿Qué aplicaciones tienen cada uno?

c. ¿Qué relación existe entre la fuerza que tiene que ejercer un cilindro (es decir, la carga a la que se ve

sometido) y la velocidad de avance o retroceso?

d. ¿Qué relación existe entre el tamaño del émbolo en un cilindro y la carga que es capaz de desplazar?

¿Y el tamaño del émbolo con el consumo de aire comprimido?

e. Aparte de los cilindros de simple y doble efecto, ¿qué otros modelos de cilindros se muestran en el

vídeo?

• Ejemplos de aplicaciones neumáticas:

http://www.youtube.com/view_play_list?p=810C0D55940FB6A8

• Vídeo de una instalación neumática: http://www.youtube.com/watch?v=PxOM-

lwnmxw&feature=related

Otros vídeos:

• Compresores: http://www.youtube.com/watch?v=-nB4v_zrdXo&feature=related

• Tratamiento del aire comprimido:

http://www.youtube.com/watch?v=9tqG5LU9Tgk&feature=related

• Redes de distribución: http://www.youtube.com/watch?v=KXmLuhuid48&feature=related

D. Válvulas para regulación y control

Tienen como objetivo controlar el flujo de aire comprimido, de forma que los actuadores realicen el

movimiento que se desee.

Se caracterizan por el número de vías que poseen (a través de las que puede entrar o salir el aire) y el

número de posiciones distintas en las que puede estar la válvula.

Se identifican por medio de dos números X/Y, el primero indica el número de vías y el segundo el

número de posiciones. Además poseen una representación simbólica.

1. Cada uno de las posiciones distintas se dibuja con un cuadrado:

Válvula de dos posiciones

Válvula de tres posiciones

2. En cada una de las posiciones se indica cómo fluye el aire entre las vías mediante flechas:

Con 2 vías:

Con 3 vías:

Con 4 vías:

Con 5 vías:

Las diferentes posiciones se colocan contiguas:

Válvula 2/2 Válvula 3/2 Válvula 4/2 Válvula 5/3

3. Se indica cómo se va accionar la válvula (por medio de qué mandos se va a cambiar la válvula de un

estado a otro). Existen diferentes tipos de accionamiento, los más habituales son los siguientes:

Accionamiento por pulsador

Accionamiento por palanca

Accionamiento por pedal

Accionamiento por resorte

Accionamiento neumático (por

aire a presión)

Accionamiento por roldana

Accionamiento eléctrico

En los tres primeros casos (pulsador, palanca y pedal), el accionamiento sólo duraría mientras se

sigue presionando el mando. En ocasiones es necesario que la acción se mantenga hasta que se

vuelva a pulsar, lo que se denomina enclavamiento y se representa de la siguiente forma:

(Sería la misma diferencia que entre un pulsador eléctrico, que cierra el circuito únicamente

mientras se mantiene pulsado, y un interruptor, que mantiene cerrado el circuito desde que se

pulsa y hasta que se vuelve a pulsar).

4. Se identifican las vías y se conectan al resto del circuito neumático, mediante líneas que representan

las tuberías por las que circula el aire comprimido, desde la unidad de mantenimiento hasta las

válvulas y los cilindros. Las válvulas se sitúan en estado de reposo, es decir que las conexiones y las

identificaciones de las vías se pondrán en el cuadrado que represente la posición inicial de la válvula.

Para identificar las vías se pueden utilizar dos métodos:

a. Numéricamente: las vías se numeran de la siguiente manera:

1 = Alimentación neumática (la vía por la que entra el aire comprimido en la posición de

reposo)

2, 4, 6 = Vías de utilización (las que van hacia los cilindros)

3, 5 = Vías de escape (por las que sale el aire comprimido en la posición de reposo)

10, 12, 14 = Accionamiento de la válvula (cuando sea neumático)

Válvula 3/2 accionada por pulsador y con retorno por resorte que controla un cilindro de

simple efecto.

Válvula 5/2 con accionamiento y retorno neumáticos que controla un cilindro de doble

efecto.

b. Alfabéticamente: las vías se identifican con una letra

P = alimentación neumática

A, B, C = Vías de utilización (las que van hacia los cilindros)

R, S, T = Vías de escape (por las que sale el aire comprimido en la posición de reposo)

X, Y, Z = Accionamiento de la válvula

Ejercicio: Completa la tabla con el nombre o el dibujo de la válvula según corresponda

Nombre Dibujo

Válvula 2/2 con accionamiento por palanca y

retorno por roldana

Válvula 4/2 con accionamiento y retorno

neumático

¿Cómo están construidas algunas válvulas?

Válvulas 2/2 (página 157), 3/2 (página 160), 4/2 (página 157), 5/2 (página 162).

Otras válvulas

Ayudan a las válvulas anteriores (que se denominan válvulas distribuidoras) en la regulación del aire

comprimido. Vemos las siguientes:

Tipo de válvula Símbolo Descripción

Válvula

antiretorno Permiten el paso de aire en un sentido y lo

bloquean en el contrario.

Válvula

reguladora

bidireccional

Regula la cantidad de aire que puede

circular por el circuito en ambos sentidos,

por medio de un tornillo exterior. Al limitar

el caudal de aire lo que se consigue es que

éste fluya más o menos rápido, regulando

la velocidad con la que se accione el

actuador

Válvula

reguladora

unidireccional

Regula la velocidad de circulación del aire

en un solo sentido, mediante un tornillo

exterior. En el otro sentido el aire fluye

libremente.

Válvula de

simultaneidad o

válvula AND

El aire sólo fluye al exterior si hay aire a

presión por sus dos entradas. Si no hay aire

en alguna de ellas, no se produce aire a la

salida

Válvula

selectora o

válvula OR

Permite la circulación de aire por la salida

cuando hay aire en alguna de ellas (o en

ámbas)

Escape

regulador con

silenciador

Regula la velocidad de salida del aire y

reduce el ruido producido por el escape

Temporizador Retarda la acción del aire comprimido. Se

consigue combinando una válvula

reguladora de caudal (con la que

controlamos el retardo), un depósito de

aire (con su tamaño también regularíamos

el retardo) y una válvula que sólo permite

el paso cuando el depósito esté lleno.

Ejercicio: Analizar cómo están construidas estas válvulas a partir de la información del libro (página

158)

16.3. Montaje y experimentación de circuitos neumáticos 1. Ejercicio: Analizar cómo funcionan los circuitos neumáticos de la página 160, 161 y 162. Simularlos

con Fluidsim.

2. Ejercicio: Dibujar los circuitos neumáticos que se muestran en los siguientes vídeos. Simularlos con el

programa Fluidsim para comprobar que el esquema realizado se corresponde efectivamente con el que

muestra el video.

http://www.youtube.com/watch?v=ywXFGXnG39k

http://www.youtube.com/watch?v=uCb0KfKhlUE&NR=1

3. Ejercicio: Analizar cómo funcionan los circuitos neumáticos de la página 166 y 167. Hacer los

ejercicios 19, 20 y 21. Simular los circuitos con Fluidsim.

4. Ejercicio: A partir de la información que proporciona el siguiente vídeo sobre el control neumático

indirecto (accionamiento de válvulas por medio de aire comprimido), contestar a las cuestiones que se

plantean a continuación:

http://www.youtube.com/watch?v=pOVcoJpDQvA

a. ¿Cuáles son las ventajas del control indirecto sobre el directo?

b. Dibujar y simular los circuitos neumáticos que se muestran en el vídeo en los tiempos 0:16,

0:24, 0:43 y 1:07 (es el mismo que se muestra en el tiempo 1:46).

5. Ejercicios Pág 163, ejercicios 14 y 15. Simular los circuitos con Fluidsim.

6. Ejercicios Página 168 y 169: analizar y escribir cómo funcionan los dos circuitos. Simular los circuitos

con Fluidsim.

7. Ejercicio: Dibujar y simular el circuito neumático que se muestra en el siguiente vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=g9ftEiSXbNw

16.4. Ejercicios de ampliación 1. Analizar las aplicaciones y ejercicios que se proponen en el siguiente enlace:

http://www.scribd.com/doc/10911899/Ejercicios-de-Neumatica-Nina

2. Buscar videos en Youtube sobre neumática.

3. Neumática en inglés. Estudio de la presentación:

Pneumatics

Pneumatic Student

Soluciones a los ejercicios

Ejercicio: A partir de la información que proporciona el siguiente vídeo, contestar a las cuestiones que

se hacen a continuación:

Vídeo: http://www.youtube.com/watch?v=pwFBxBEV1Xs

Cuestiones:

f. ¿Cómo se pueden distinguir a simple vista los cilindros de simple efecto de los de doble efecto?

El de simple efecto tiene una sola vía para el aire comprimido y el de doble efecto, dos.

g. ¿Para qué se utilizan cada uno de ellos? ¿Qué aplicaciones tienen cada uno?

El de simple efecto se utiliza para aplicaciones de sujeción y expulsión (por ejemplo, sujeción de una

pieza que se va a taladrar o expulsión de una pieza que se ha creado por moldeo). El de doble efecto

posee más aplicaciones: desplazamiento de mercancías, elevar y bajar máquinas herramientas,

multiposicionado de un objeto, etc.

h. ¿Qué relación existe entre la fuerza que tiene que ejercer un cilindro (es decir, la carga a la que se

ve sometido) y la velocidad de avance o retroceso?

A mayor carga menor es la velocidad de avance del cilindro.

i. ¿Qué relación existe entre el tamaño del émbolo en un cilindro y la carga que es capaz de

desplazar? ¿Y el tamaño del émbolo con el consumo de aire comprimido?

A mayor tamaño del émbolo mayor es la fuerza que puede realizar el cilindro (F=A.p), pero también

es mayor el consumo de aire comprimido, por lo que se debe elegir el cilindro de menor diámetro

que es capaz de realizar la fuerza que necesitamos para la aplicación que tengamos.

j. Aparte de los cilindros de simple y doble efecto, ¿qué otros modelos de cilindros se muestran en el

vídeo?

Cilindro con amortiguación de final de carrera regulable, cilindros de doble vástago, cilindros de

vástago hueco (para pasar cables, líquidos, etc.), cilindros sin vástago (con imán y corredera).

2. Ejercicio: Dibujar los circuitos neumáticos que se muestran en los siguientes vídeos. Simularlos con el

programa Fluidsim para comprobar que el esquema realizado se corresponde efectivamente con el que

muestra el video.

http://www.youtube.com/watch?v=ywXFGXnG39k

http://www.youtube.com/watch?v=uCb0KfKhlUE&NR=1

4. Ejercicio: A partir de la información que proporciona el siguiente vídeo sobre el control neumático

indirecto (accionamiento de válvulas por medio de aire comprimido), contestar a las cuestiones que se

plantean a continuación:

http://www.youtube.com/watch?v=pOVcoJpDQvA

a. ¿Cuáles son las ventajas del control indirecto sobre el directo?

- Permite incluir funciones lógicas en el circuito con el uso de válvulas lógicas AND y OR

- Permite la separación de las señales de entrada de las de proceso

b. Dibujar y simular los circuitos neumáticos que se muestran en el vídeo en los tiempos 0:16,

0:24, 0:43 y 1:07 (es el mismo que se muestra en el tiempo 1:46).

Ejercicio: Una fábrica de refrescos utiliza un cilindro de doble efecto para poner una de sus etiquetas.

Diseña el circuito neumático que permitiría realizar esta labor si se tratase de un circuito

semiautomático comandado desde un solo lugar.

Ejercicio: Diseña un circuito neumático semiautomático en el que el vástago se acopla a un portabrocas

para taladrar madera. Se le exige que el vástago salga cuando el tablero presione sobre un distribuidor y

al mismo tiempo el operario pise el pedal de otro distribuidor. La salida del vástago tendrá velocidad

regulable.

7. Ejercicio: Dibujar y simular el circuito neumático que se muestra en el siguiente vídeo:

http://www.youtube.com/watch?v=g9ftEiSXbNw

El primer circuito está en marcha constantemente, sin necesidad de que se inicie. El segundo posee un

pulsador con enclavamiento para iniciar el proceso automático. En el momento en que se suelta el

pulsador el circuito sigue funcionando durante algún ciclo hasta que la presión dentro del circuito se va

perdiendo y llega a no ser la suficiente para mover el cilindro. Otra opción habría sido la utilización de

alguna válvula OR o AND para iniciar el movimiento.