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Automatización(Cód. 600013)
Automatismos neumáticos I: Sistema neumático básico
Escuela Politécnica SuperiorUNIVERSIDAD DE ALCALÁ
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 2/28
Índice
1 Neumática
2 Sistema neumático básico
3 Actuadores
4 Elementos de mando
5 Ejercicios
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 3/28
Nuemática
neumático, ca.(Del lat. pneumatıcus, y este del gr. πνευµατικoς, relativo al aire).1. adj. Que funciona con aire u otro gas. Martillo neumático...3. f. Fís. Estudio de los gases.
[DRAE www.rae.es]
Automatismo neumáticoAutomatismo que emplea el aire comprimido para la realización de un trabajo.
Vantajas del aire
Es abundante y gratuito.Se transforma y almacena fácilmente.Limpio.Antideflagrante.
InconvenientesLimitación en desplazamientos.Fuerzas/pares pequeños.Mala regulación del movimiento.Ruidoso.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 4/28
Presión
PresiónEs la consecuencia de aplicar una fuerza (F ) sobre una determinadasuperficie (A):
p = F
A
Unidades de medida(Pascal) 1 Pa = 1 N/m2
(Bar) 1 bar = 106 barias = 106 dinas/cm2 = 105 Pa
(Atmósfera) 1 atm = 1, 013 × 105Pa
(Kilopondio/cm2) 1 kp/cm2 = 9, 81 × 104 Pa
1 bar ≈ 1 atm ≈ 1 kp/cm2 ≈ 105 Pa
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 5/28
Medida de la presión
Vacío absoluto
Presión
presiónatmosférica
presiónabsoluta (barométrica)
presiónrelativa (manométrica)
Presión absoluta o barométrica: presión que toma como referencia elvacío. Se mide con el barómetro.Presión atmosférica: presión absoluta ejercida por la atmósfera. Esvariable, pero a efectos de cálculo se considera una constante.Presión relativa: presión que toma como referencia la presiónatmosférica. Se mide con el manómetro.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 6/28
Caudal y potencia
Caudal volumétricoVolumen V de fluido que atraviesa una sección A en la unidad de tiempo:
Q = dV
dt= d(A · e)
dt= A
de
dt= A · v
Unidades de medida: m3/s, l/min(litros por minuto), m3/hora.
PotenciaEs el trabajo desarrollado por unidad de tiempo:
P = dW
dt= d(F · e)
dt= F
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dt= F · v =
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Qv ·A = p ·Q
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Índice
1 Neumática
2 Sistema neumático básico
3 Actuadores
4 Elementos de mando
5 Ejercicios
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Sistema neumático básico
Se compone de dos subsistemas: producción y utilización.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 9/28
Subsistema de producción
1–Compresor: el aire aspirado a presiónatmosférica se comprime y entrega apresión más elevada al sistema,transformándose la energía mecánica enneumática2–Motor eléctrico: transforma la energíaeléctrica en neumática para suministrárselaal compresor.
3–Presostato: controla el motor eléctricodetectando la presión en el depósito (a lamáxima desconecta el motor y a la mínimalo arranca).4–Válvula antirretorno: deja pasar el airedel compresor al depósito e impide suretorno cuando el motor se para.5–Depósito: almacena el aire comprimido.6–Manómetro: indica la presión deldepósito.7–Purga automática: purga toda el aguaque se condensa en el depósito.8–Válvula de seguridad: expulsa el airecomprimido si la presión en el depósitosube por encima de la presión permitida.9–Secador de aire refrigerado: enfría el airecomprimido y condensa la mayor parte dela humedad del aire.10–Filtro de línea: sirve para mantener lalínea libre de polvo, agua y aceite.
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Esquema del subsistema de producción
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 11/28
Subsistema de utilización
1–Toma de aire: la toma de aire se realizade la parte superior para evitar lacirculación de agua hacia las máquinas.2–Purga automática: cada tubodescendente debe tener una purgaautomática en su extremo inferior.
3–Unidad de mantenimiento de aire(filtro+regulador+lubricador): acondicionael aire comprimido para suministrar airelimpio a una presión óptima. Añadelubricantes, si fuera necesario, para alargarla vida de algunos componentesneumáticos.4–Válvula distribuidora: proporcionapresión y pone a escape alternativamentelas dos conexiones del actuador cuyomovimiento controla.5–Actuador: transforma la energíapotencial del aire comprimido en trabajo.6–Controladores de velocidad: permitenuna regulación fácil y continua de lavelocidad del actuador.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 12/28
Esquema del subsistema de utilización
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 13/28
Distribución de aire comprimido
Para llevar el aire comprimidohasta el subsistema de utilizaciónse utilizan tuberías.La disposición de la tuberíaprincipal puede ser:
Línea abierta: para tuberías delongitud no elevada.Línea cerrada: para tuberías delongitud elevada. Evita grandescaídas de presión.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 14/28
Disposición de tuberías
La instalación debe realizarsesiguiendo los siguientes puntos:Las tuberías no se empotran.La tubería principal debe teneruna caída del 2%.Las derivaciones se realizansiempre hacia arriba (esto evita elpaso de agua condensada).Las tuberías secundarias seprolongan después de la tomapara la máquina para recoger elagua de condensación.
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Índice
1 Neumática
2 Sistema neumático básico
3 Actuadores
4 Elementos de mando
5 Ejercicios
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 16/28
Actuadores
Transforman la energía neumática del aire en energía mecánica.
Según el tipo de movimiento que realizan pueden ser:Cilindros: movimiento lineal.Motores: movimiento de rotación.Pinzas: sujeción.
Automatización Industrial UC3M Dep. de Ing. de Sistemas y Automática
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6. Émbolo o pistón3. Tubo o camisa
4. Vía (entrada de aire)
9. Sellos o anillos toroidales
7. Vástago 10. Amortiguamiento
1. Tapa o culata trasera
8. Sellos del émbolo
11. Tornillo de ajuste deestrangulamiento
12. Aro rascador, cojinete, collarín obturador
2. Cámara
5. Culata delantera
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 17/28
Tipos de cilindros (I)
De simple efecto:El aire comprimido realiza trabajo enun solo sentido.Tiene una única vía.El movimiento de retorno del émbololo realiza un muelle o alguna fuerzaexterior.
De doble efecto:Tiene dos vías.El aire comprimido realiza trabajo enlos dos sentidos.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 18/28
Tipos de cilindros (II)
De doble vástago:Es un cilindro de doble efecto.Permite empujar objetos en unsentido u otro.
De 4 posiciones:Se trata de dos cilindros de dobleefecto unidos por el fondo trasero
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 19/28
Fuerza de un cilindro
De simple efecto:La fuerza solo se realiza en elsentido de avance.A la fuerza debida a la presión delaire, hay que descontar la fuerzanecesaria para vencer laresistencia del muelle.
Favance = p ·A− Fmuelle
= pπr2 − Fmuelle
= pπ
4D2 − Fmuelle
De doble efecto:La fuerza en el avance es distintade la de retorno, ya que nodisponemos de la superficieocupada por el vástago.
Favance = pπ
4D2
Fretroceso = pπ
4 (D2 − d2)
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 20/28
Consumo de aire de un cilindro
Ecuación general de los gases idealesp1V1
m1T1= p2V2
m2T2; si m1 = m2, T1 = T2, entonces V1 = p2
p1V2
Por lo tanto, el volumen (V ) de aire a presión atmosférica (p1 = 1 atm) necesario paraalimentar un cilindro de volumen Vc con una presión absoluta p2 = p es:
V = pVc
Cilindro de simple efecto:
V = Vavance = pπ
4D2L (m3)
Q = V · frec = V (m3) · n(carreras/s)
= pπ
4D2Ln (m3/s)
Cilindro de doble efecto:
V = Vavance + Vretroceso
= pπ
4D2L+ p
π
4 (D2 − d2)L
= pπ
4 (2D2 − d2)L
Q = V · n (m3/s)
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 21/28
Índice
1 Neumática
2 Sistema neumático básico
3 Actuadores
4 Elementos de mando
5 Ejercicios
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 22/28
Válvulas distribuidoras (I)
Permiten controlar el sentido de circulación del aire comprimido.Ej.: válvula 3/2 (3 vías/2 posiciones). Mando (palpador), reposición (muelle):
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Reposo Posición 1 Símbolo
Numeración de vías (orificios):
Función DIN 24300 CETOPPresión P 1Trabajo A, B 2, 4Escape R, S 3, 5Pilotaje X, Y 12, 14
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 23/28
Válvulas distribuidoras (II)
Denominación = (nº vías/nº posiciones)
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 24/28
Mando para válvulas distribuidoras
Mando de actuación:Se representa en el lado izquierdo.Permite activar la válvula.Ej: mando por pulsador
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Mando de reposición:Se representa en el lado derecho.Lleva la válvula a la posición de reposo.Ej: retorno por muelle
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Mando manual:
general
por pulsador
por palanca
por pedal
Mando mecánico:
por palmador
por muelle
por rodillo
por rodillo abatible
por presión
por pilotaje neumático
Mando eléctrico:
por electroimán
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 25/28
Ejemplos (I)
Mando de un cilindro de simple efecto:Válvula 3/2 actuada con pulsador conenclavamiento y reposición por muelle.Se presiona para activar.Se presiona para desactivar.
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Mando de un cilindro de doble efecto:Válvula 4/2 actuada con pulsadorreposición por muelle.Al presionar, el vástago avanza.Al soltar, el vástago retrocede.
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 26/28
Ejemplos (II)
Mando con pilotage neumático:1.1 válvula 5/2 pilotada de potencia.1.2 válvula 3/2 de mando (avance).1.3 válvula 3/2 de mando (retroc.).
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Mando directo con electroválvula:
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 27/28
Índice
1 Neumática
2 Sistema neumático básico
3 Actuadores
4 Elementos de mando
5 Ejercicios
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Neumática Sistema básico Actuadores Elementos de mando Ejercicios 28/28
Ejercicio 1— Máquina conformadora
EnunciadoDiseñar un automatismo neumático paracontrolar una máquina conformadora depiezas de chapa delgada.
Descripción funcional/procesal
El operador se encargará de colocar eldisco de chapa en la matrizconformadora.Después accionará un dispositivo depuesta en marcha (M).
El resto del proceso se ejecutaráautomáticamente:1 Aproximación de la pieza a la zona de
conformado (A).2 Conformado (B).3 Expulsión de la pieza (C).
Diagrama estructural
A
B
C
b0
b1
a0 a1
c0
c1
Pulsador: M