Elementos de un circuito neumático

Los elementos que configuran un circuito neumático se agrupan dentro de las siguientes categorías:

Elementos de control o de mando. En los circuitos neumáticos existen unos elementos denominados válvulas, que controlan el fluido a lo largo de su recorrido. Según la función que realizan pueden ser de diferentes tipos.

Actuadores. Son los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico. En esta clasificación estan los diferentes cilindros y los motores neumáticos. También hay otros menos usados como los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.

Elementos de mando o control: Válvulas

Las válvulas son elementos que regulan la puesta en marcha, el paro, la dirección, la presión o el caudal de fluido. Según dicha función, las válvulas se dividen en:

Válvulas distribuidoras, de vías o de control de dirección: interrumpen, dejan pasar o desvían el fluido.
Válvulas de bloqueo: suelen bloquear el paso de caudal en un sentido y lo permiten en otro.
Válvulas de presión: mantienen constante una presión establecida.
Válvulas de caudal: dosifican la cantidad de fluido que pasa por ellas en unidad de tiempo.
Válvulas de cierre: abren o cierran el paso de caudal, pudiendo ser el paso en ambas direcciones

Válvulas distribuidoras. Representación

Estas válvulas se encargan de distribuir el fluido por el circuito, permitiendo o no el paso se éste. Para representarlas simbólicamente en los esquemas se utilizan símbolos que solo indican su función, sin decir como son por dentro.

Cuando se identifica a una válvula, debemos decir:

Nº de vías, que son las entradas y salidas que tiene la válvula.
Nº de posiciones, realizando en cada posición una función determinada.
Accionamiento, determina el modo de cambiar de posición la válvula.
Retorno, determina el modo en que vuelve a la posición de “reposo” o inicial.

Ejemplo: Válvula de 2 vías, 2 posiciones, accionamiento manual y retorno por muelle.

Las posiciones se representan por medio de cuadros:

Las vías se representan por medio de flechas ↑, indicando la flecha la dirección del aire. Si la tubería interna está cerrada, se representa con una línea transversal ┬. Pueden tener también uniones o empalmes internos entre vías que se representan por un punto. Las válvulas se refieren como vías/posiciones, por ejemplo 5/2 (5 vías y 2 posiciones)

La posición inicial o de “reposo” de la válvula es la de la derecha en las de dos posiciones, o la central en las de tres. En esa posición se representan los empalmes por medio de una raya que sobresale y se une a las tuberías exteriores. Las entradas de las vías se identifican mediante números:

1 para la toma de presión.

2,4,6 .. para tuberías de trabajo (pares).

3,5,7 .. para escapes (impares salvo el 1).

Se usan 12, 14, 16 .. para pilotajes (accionamientos neumáticos)

Los números de las vías se representan siempre en el lado de la posición de reposo de la válvula.

Las válvulas tienen elementos de control, tanto de activación como de retorno a la posición original (el retorno se efectúa muchas veces por muelle).Estos elementos de activación pueden ser mecánicos (pulsadores, palancas, pedales,...), puedan ser eléctricos (la válvula se activa por una corriente eléctrica mediante un electroimán, en este caso se suele usar el sufijo "servo") o bien pueden activarse mediante aire comprimido (pilotadas) Los elementos de activación pueden simultanearse, es decir una válvula puede activarse manualmente pero también eléctrica o neumáticamente.

Válvula 4/2 accionamiento manual, retorno por muelle

Válvula 4/2 accionamiento manual/neumático, retorno por muelle


Válvula 4/2 accionamiento manual/eléctrico, retorno por muelle

4/2 accionamiento manual/eléctrico/neumático (servo-pilotada y manual), retorno muelle

Valvula 2/2. Constitución interna

Valvula 3/2. Constitución interna

Válvulas de regulación

Son válvulas que regulan el paso y/o el caulal del fluído en el circuito.

Válvula antirretorno
Permite el paso de fluido solamente en una dirección. La obturación en un sentido puede obtenerse mediante un cono, bola, disco o membrana. Generalmente, el cuerpo de estanqueidad (bola) está comprimido por un resorte para asegurar su correcta ubicación. En la de la figura el aire puede pasar de izquierda a derecha pero no al revés.

Constitución y símbolo

Válvula “or” (o)
También se le llama selectora o antirretorno doble. Con ella se permite que un mando determinado se pueda realizar desde puntos distintos. Las entradas son 1 y 3 y la salida 2. Si el aire proviene de cualquier entrada, se dirige a la salida y no se desvía por la entrada que no presenta presión, ambas entradas pueden presentar presión simultáneamente.

Símbolo

Válvula “and” (y)
También llamada válvula de simultaneidad, para que el aire pase a la salida 2 debe haber presión simultáneamente en ambas entradas (1 y 3), de lo contrario el caudal no puede atravesar el cuerpo de la válvula.

Símbolo

Válvulas reguladoras de caudal
Influyen en la cantidad de aire circulando. El caudal se puede regular en uno o en ambos sentidos. Todo estrechamiento de sección transversal, así como las longitudes muy largas, significa resistencia a la corriente y por tanto, considerables pérdidas de presión. La estrangulación puede ser fija, tarada previamente a una determinada medida o regulable, incorporándose al símbolo una flecha cruzada.

Regulada en ambos sentidos

Regulada de 1 a 2, de 2 a 1 libre

Estrangulación fija

Regulación variable en ambos sentidos

Válvula de escape rápido
Es una válvula que permite el retorno de un cilindro rápidamente ya que el aire se suelta al exterior por una salida (3). En el avance, el aire se introduce por el orificio 1 y su ínica salida es la 2, en el retorno, el obturador vuelve a su posición y el aire pasa de 2 a 3. La posición del obturador (bola) suele asegurarse mediante muelle. Se suele usar cuando el camino de retorno es muy largo o esta regulado y se quiere un escape del aire más rápido.

Símbolo

Actuadores
Actuadores de giro neumáticos. Convierten la energía del aire comprimido en un movimiento de giro.

Motores neumáticos. Los hay con una sola entrada de aire, que solo pueden girar en un sentido, y con dos, en las que se puede realizar inversiones de giro.

Motor 1 sentido giro

Motor 2 sentidos giro

Existen también accionadores de semigiro o basculante cuyo recorrido es limitado produciendo un movimiento de vaivén (como el de un limpiaparabrisas). Los hay que solo hacen fuerza en un sentido y retornan por muelle y los hay que trabajan en los 2 sentidos.

Actuador 1 sentido

Actuador 2 sentidos

Cilindros.
Son dispositivos que realizan un esfuerzo lineal mediante un vástago que tiene un recorrido limitado. El esfuerzo puede ser solo en un sentido o en los dos, es decir pueden hacer trabajo al salir, al retornar o al salir y retornar. En esta característica se basa su clasificación.

De simple efecto. Tienen una sola conexión de aire, trabajando solo en un sentido. Generalmente, la carrera activa es la de “vástago saliente”, realizándose el retorno bien por muelle o por una fuerza externa.

De doble efecto. Poseen dos tomas de aire situadas a ambos lados del émbolo. Son los más utilizados, aprovechando la carrera de trabajo en los dos sentidos.

Características de los cilindros: A la hora de elegir un cilindro adecuado para una determinada aplicación se tendrán en cuenta una serie de parámetros, los más importantes son la fuerza y el consumo.

Fuerza: La fuerza capaz de desarrollar un cilindro dependerá de la presión del fluido que empuja al émbolo y de su superficie.

F=p·S

En el caso de un cilindro de simple efecto, solo interesa la fuerza de avance, que será la presión por la superficie menos la fuerza que ejerce el muelle.

F.avance = p · Se - Fm (p: presión - Se: superficie émbolo – Fm: Fuerza muelle)

En el caso de un cilindro de doble efecto hay que calcular las dos fuerzas, la de avance y la de retroceso. La primera se calcula con toda la superficie del émbolo, en el caso de la segunda hay que restarle a esta superficie la superficie del vástago.

Favance = p · Se (p: presión - Se: superficie émbolo)
Fretroceso = p · (Se - Sv) (p: presión - Se: superficie émbolo – Sv: superficie vástago)

Consumo.
Otro dato fundamental en las instalaciones neumáticas es el consumo. Resulta muy importante determinar el aire necesario para que un cilindro realice un ciclo avance- retorno completo. Este dato determina el caudal y permite dimensionar otros elementos de la instalación como son el depósito, el compresor y las tuberías. Normalmente cuando se da este dato se da el aire que el compresor necesita aspirar, para que una vez comprimido haga actuar el cilindro.

En un cilindro de simple efecto solo se necesita aire para que el cilindro realice el avance ya que el retroceso se realiza sin consumo.

Volumen de aire = Se · Carrera (Se; superficie del émbolo – Carrera: longitud del cilindro)

Este volumen se necesita de aire comprimido, por lo que para calcular la cantidad de aire a presión atmosférica tenemos que:

donde p1 es la presión atmosférica (1 atm), v1 el volumen de aire necesario, y p2 es la presión de relativa o de trabajo.

En un cilindro de doble efecto habrá que tener en cuenta el volumen de avance mas el volumen de retroceso en cada ciclo.

Volumen de aire avance = Se · Carrera

Volumen de aire retroceso = (Se- Sv) · Carrera (donde Sv es la superficie del vástago)

Volumen por ciclo = (2Se – Sv) · Carrera

Este volumen se necesita de aire comprimido, por lo que para calcular la cantidad de aire a presión atmosférica tenemos que:

donde p1 es la presión atmosférica (1 atm), v1 el volumen de aire necesario, y p2 es la presión de relativa o de trabajo.

Si se requieren un número determinado de maniobras o de ciclos por segundo, habrá que dividir estos volúmenes por el tiempo, obteniendo así el caudal de aire que requiere el circuito.

Pinzas.
Son básicamente un cilindro que en su recorrido abre o cierra unas pinzas. En función del tipo de apertura se pueden clasificar en angulares o paralelas. En función del tipo de cilindro que usan son de simple o doble efecto.