Neumática

Mordaza neumática
La sujeción neumática es económica, porque por medio de un favorable principio de multiplicación de fuerza pueden conseguirse fuerzas elevadas de sujeción, siendo muy pequeño el consumo de aire comprimido. La mordaza puede montarse en posición horizontal o vertical y tiene un paso libre para material en barras. Las pinzas que pueden utilizarse son las del tipo DIN 6343.
Como ejemplos de aplicación de estos elementos tenemos: sujeción de piezas de trabajo en taladradoras y fresadoras trabajos de montaje con atornilladores neumáticos o eléctricos, interesante aplicación como elemento de sujeción en máquinas de avance circular, máquinas especiales y trenes de transferidoras.
El accionamiento se realiza puramente neumático mediante una válvula distribuidora 3/2 (directa o indirecto). Anteponiendo una válvula antirretorno a la distribuidora 3/2 se mantiene la tensión, aunque la presión disminuya. La fuerza de sujeción exacta se obtiene regulando la presión del aire (0-1.000 kPa/0 - 10 bar) .
6.6 Mesa de deslizamiento sobre colchón de aire
Esta mesa se utiliza para evitar un gasto innecesario de fuerza al desplazar piezas o mecanismos pesados sobre mesas de máquinas, placas de trazar o trenes de montaje. Con este elemento, los mecanismos o piezas pesadas se pueden fijar bajo las herramientas con comodidad y precisión.

Funcionamiento:
El aire comprimido (60 kPa/0,6 bar) llega al elemento a través de una válvula distribuidora 3/2. Escapa por toberas pequeñas, que se encuentran en la parte inferior de la mesa. Como consecuencia, ésta se levanta de su asiento de 0,05 a 0,1 mm aprox. El colchón de aire así obtenido permite desplazar la mesa con la carga sin ninguna dificultad. La base debe ser plana. Si la mesa tiene ranuras, éstas no presentan ninguna dificultad; en caso dado, hay que elevar la presión a unos 100 kPa (1 bar).

Ejemplo:
Para desplazar un mecanismo de 1.500 N de peso sobre la mesa de una máquina se necesita una fuerza de unos 320 N; empleando la mesa de deslizamiento sobre colchón de aire, bastan 3 N.
Figura 87: Mesa de deslizamiento sobre colchón de aire

7. Válvulas
7.1 Generalidades
Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Los sistemas neumáticos e hidráulicos lo constituyen:

• Elementos de información
• Órganos de mando
• Elementos de trabajo

Para el tratamiento de la información y órganos de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el flujo de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo del aire comprimido o aceite.
En los principios del automatismo, los elementos reseñados se mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizaban elementos de comando por émbolo neumático (servo).
Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos y electro-neumáticos que efectúan en casi su totalidad el tratamiento de la información y de la amplificación de señales.
La gran evolución de la neumática y la hidráulica ha hecho, a su vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto, hoy en día se dispone de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las necesidades.
Hay veces que el comando se realiza neumáticamente o hidráulicamente y otras nos obliga a recurrir a la electricidad por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son importantes y no existen circunstancias adversas.
Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones:

• Distribuir el fluido
• Regular caudal
• Regular presión

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.
Esta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oiéohydrauliques et Pneumatiques).
Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:

                                   
7.2 Válvulas distribuidoras
Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de tomar la corriente de aire, a saber, principalmente puesta en marcha y paro (Start-Stop).Son válvulas de varios orificios (vías) los cuales determinan el camino el camino que debe seguir el fluido bajo presión para efectuar operaciones tales como puesta en marcha, paro, dirección, etc.
Pueden ser de dos, tres, cuatro y cinco vías correspondiente a las zonas de trabajo y, a la aplicación de cada una de ellas, estará en función de las operaciones a realizar.
7.2.1 Representación esquemática de las válvulas
Para representar las válvulas distribuidoras en los esquemas de circuito se utilizan símbolos; éstos no dan ninguna orientación sobre el método constructivo de la válvula; solamente indican su función.Hay que distinguir, principalmente:

1. Las vías, número de orificios correspondientes a la parte de trabajo.
2. Las posiciones, las que puede adoptar el distribuidor para dirigir el flujo por una u otra vía, según necesidades de trabajo.

Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados.

La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de. posiciones de la válvula distribuidora.

El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros).

Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido.

Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales.

La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto.
Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo o inicial.

La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.

Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c ... y 0.

Válvula de 3 posiciones. Posición intermedia = Posición de reposo.

Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con dispositivo de reposición, p. ej., un muelle, aquella posición que las piezas móviles ocupan cuando la válvula no está conectada.
La posición inicial es la que tienen las piezas móviles de la válvula después del montaje de ésta, establecimiento de la presión y, en caso dado conexión de la tensión eléctrica. Es la posición por medio de la cual comienza el programa preestablecido.
Conductos de escape sin empalme de tubo (aire evacuado a la atmósfera). Triángulo directamente junto al símbolo.

Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a un punto de reunión). Triángulo ligeramente separado del símbolo.

Para evitar errores durante el montaje, los empalmes se identifican por medio de letras mayúsculas:
Rige lo siguiente:
Tuberías o conductos de trabajo A, B, C ........................
Empalme de energía P ...................................
Salida de escape R, S, T ..........................
Tuberías o conductos de pilotaje Z, Y, X ...........................

SIMBOLOGIA NORMALIZADA
Los sistemas de potencia hidráulicos y neumáticos transmiten y controlan la potencia mediante el empleo de un fluido presurizado (líquido o gas) dentro de un circuito cerrado.
Generalmente, los símbolos que se utilizan en los diagramas de circuitos para dichos sistemas son, figuras, de corte y gráficos. Estos símbolos se explican con detalle en el Manual de dibujo Normalizado de los Estados Unidos (USA Standard Drafting Manual).
Los símbolos de figuras, resultan muy útiles para mostrar la interconexión de los componentes. Es difícil normalizarlos a partir de una base funcional.
Los símbolos de corte, hacen énfasis en la construcción. El dibujo de estos símbolos es complejo y las funciones de los componentes no se aprecian de inmediato.
Los símbolos gráficos, hacen énfasis en la función y métodos de operación de los componentes. El dibujo de estos símbolos es sencillo. La función de los componentes y los métodos de operación son obvios. Los símbolos gráficos son capaces de cruzar las barreras lingüísticas y promueven el entendimiento universal de los sistemas hidráulicos y neumáticos. Los símbolos gráficos completos, proporcionan una representación simbólica tanto de los componentes, como de todas las características involucradas en el diagrama del circuito.
Los símbolos gráficos compuestos son un conjunto organizado de símbolos completos o simplificados, que usualmente representan un componente complejo.
La Norma ANSI Y32. 10 presenta un sistema de símbolos gráficos para sistemas de potencia hidráulicos y neumáticos.
El propósito de esta norma es:

• Proporcionar un sistema de símbolos gráficos para sistemas hidráulicos y neumáticos con fines industriales y educativos.
• Simplificar el diseño, fabricación, análisis y servicio de los circuitos hidráulicos y neumáticos.
• Contar con símbolos gráficos para sistemas hidráulicos y neumáticos que sean reconocidos internacionalmente.
• Promover el entendimiento universal de los sistemas hidráulicos y neumáticos.

Las válvulas construidas según el principio de disco individual tienen un escape sin solapo. No se pierde aire cuando la conmutación tiene lugar de forma lenta (figura 92).
Al accionar el taqué se cierra primeramente el conducto de escape de A hacia R, porque el taqué asienta sobre el disco. Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P hacia A. El reposicionamiento se realiza mediante un muelle.
Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o para el pilotaje de servoelementos.
En el caso de una válvula abierta en reposo (abierta de P hacia A), al accionar se cierra con un disco el paso de P hacia A. Al seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento y abre el paso de A hacia R. El aire puede escapar entonces por R. Al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los discos estanqueizantes hasta su posición inicial.
Las válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecánicos, eléctricos o neumáticos.

Figura 93: Válvula distribuidora 3/2 (abierta en posición de reposo)
     
Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación de dos válvulas 3/2, una de ellas cerrada en posición de reposo y la otra, abierta en posición de reposo.
En la figura 94, los conductos de P hacia B y de A hacia R están abiertos. Al accionar simultáneamente los dos taqués se cierra el paso de P hacia B y de A hacia R. Al seguir apretando los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de reposicionamiento se abre el paso de P hacia A y de B hacia R.
Esta válvula tiene un escape sin solapo y regresa a su posición inicial por la fuerza de los muelles. Se emplea para mandos de cilindros de doble efecto.
Figura 94: Válvula distribuidores 4/2

Figura 95: Mando de un cilindro de doble efecto con una válvula distribuidora 4/2 .

Las válvulas de control neumático son sistemas que bloquean, liberan o desvían el flujo de aire de un sistema neumático por medio de una señal que generalmente es de tipo eléctrico, razón por la cual también son denominadas electroválvulas, ver figura 100 . Las válvulas eléctricas se clasifican según la cantidad de puertos (entradas o salidas de aire) y la cantidad de posiciones de control que poseen. Por ejemplo, una válvula 3/2 tiene 3 orificios o puertos y permite dos posiciones diferentes.

• 3 =Número de Puertos
• 2 = Número de Posiciones

En la figura 100a podemos apreciar la simbología utilizada para representar los diferentes tipos de válvulas eléctricas. Veamos el significado de las letras utilizadas en los esquemas, figura :

• P (Presión). Puerto de alimentación de aire
• R, S, etc. Puertos para evacuación del aire
• A, B, C, etc. Puertos de trabajo
• Z, X, Y, etc. Puertos de monitoreo y control

En la figura 100b aparece la ruta que sigue el aire a presión con una válvula 5/2 y un cilindro de doble efecto. La mayoría de las electroválvulas tienen un sistema de accionamiento manual con el cual se pueden activar sin necesidad de utilizar señales eléctricas. Esto se hace solamente en labores de mantenimiento, o simplemente para corroborar el buen funcionamiento de la válvula y del cilindro, así como para verificar la existencia del aire a presión.

Figura 100c - Válvulas proporcionales. Permiten regular el caudal que pasa a través de ellas .

Electroválvulas de doble solenoide. Existen válvulas que poseen dos bobinas y cuyo funcionamiento es similar a los flip-flops electrónicos. Con este sistema, para que la válvula vaya de una posición a la otra basta con aplicar un pequeño pulso eléctrico a la bobina que está en la posición opuesta. Allí permanecerá sin importar que dicha bobina siga energizada y hasta que se aplique un pulso en la bobina contraria. La principal función en estos sistemas es la de "memorizar" una señal sin que el controlador esté obligado a tener permanentemente energizada la bobina.
Válvulas proporcionales. Este tipo de válvulas regula la presión y el caudal a través de un conducto por medio de una señal eléctrica, que puede ser de corriente o de voltaje, figura 100c . Su principal aplicación es el control de posición y de fuerza, ya que los movimientos son proporcionales y de precisión, lo que permite un manejo más exacto del paso de fluidos, en este caso del aire.

Por medio de una válvula proporcional podemos realizar un control de posición de lazo cerrado, figura 100d, donde el actuador podría ser un cilindro, el sensor un sistema óptico que envía pulsos de acuerdo a la posición de dicho cilindro, y el controlador un procesador que gobierne el dispositivo en general. El número de impulsos se incrementa a medida que el pistón se desplaza a la derecha y disminuye cuando se mueve a la izquierda.

La señal enviada por el controlador hacia la válvula proporcional depende de la cantidad de pulsos, que a la vez indican la distancia que falta para alcanzar la posición deseada. Cada vez que la presión del aire, la temperatura o cualquier otro parámetro de perturbación ocasione un cambio de posición, el controlador tendrá la capacidad de hacer pequeños ajustes para lograr la posición exacta del cilindro.