UNIDAD 4 CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y ELECTROHIDRAULICOS 

4.1 desarrollo de circuitos tipicoshidraulicos 

Desarrollo 

Una de las necesidades de los diferentes procesos tanto en la mediana o pequeña industria es la automatización de los mismos en los que requieren de diferentes forma de realizarlos dando paso al uso de distintos accesorios y elementos fundamentales para poder hacerlos realidad a continuación se presentaran ejemplos en los que se enumeran algunos y además se verá su funcionamiento. 

Ejemplo. 

1.- Descripción. 

Se necesita un proceso automático de dos cilindros de doble efecto donde su funcionamiento sea de forma secuencial, donde se requiere también válvulas anti retorno pilotada para asegurar el regreso de los actuadores y además la seguridad de que como se trabaja con fuerza no exista mayor peligro para las personas que estén utilizando este proceso, presentando principalmente el diseño así como su respectiva simulación para su previa verificación dando paso luego a su instalación o construcción. 

2.-Diseño(hidráulico). 

3.- Diseño (Eléctrico). 

4.-Elementos utilizados.

Depósito o Tanque. 

La función natural de un tanque hidráulico es: 

· Contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico 

· Evacuar el calor 

· Sedimentación 

· Separación del aire 

· Separación del agua 

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque. 

La desviación del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada operación del tanque. Por esta razón, todas las líneas que regresan fluido al tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la línea de succión. 

Tapa de llenado - Mantiene los contaminantes fuera de la abertura usada para llenar y añadir aceite al tanque. En los tanques presurizados la tapa de llenado mantiene hermético el sistema. Mirilla - Permite revisar el nivel de aceite del tanque hidráulico. El nivel de aceite debe revisarse cuando el aceite está frío. Si el aceite está en un nivel a mitad de la mirilla, indica que el nivel de aceite es correcto. Tuberías de suministro y retorno - La tubería de suministro permite que el aceite fluya del tanque al sistema. La tubería de retorno permite que el aceite fluya del sistema al tanque. Drenaje - Ubicado en el punto más bajo del tanque, el drenaje permite sacar el aceite en la operación de cambio de aceite. El drenaje también permite retirar del aceite contaminante como el agua y sedimentos

Banco Hidráulico de Pruebas (Laboratorios de Hidráulica de la U.P.S).

Parte Hidráulica.

Aquí, en la posición central de la válvula direccional, se bloquean las conexiones de trabajo, por lo tanto el sistema no puede ser movido manualmente.

Por otro lado, las conexiones de presión y tanque, están comunicadas, lo que permite que la bomba en esta posición descargue directamente al depósito y a baja presión.

La reacción del sistema, cuando se ubica en una posición de trabajo es por lo tanto más lenta que en el caso anterior.

Válvulas de Doble Pilotaje.

· Permite el bloqueo en dos sentidos de un receptor de doble efecto.

· Construida por dos válvulas anti retorno pilotadas.

Una válvula de secuencia tiene por función, luego de alcanzar cierta presión entregar una señal de salida. Esta señal de salida puede estar dentro del campo de las presiones bajas o normales, y también puede ser eléctrica. La presión de respuesta de una válvula de secuencia, generalmente es regulable.

5.-Simulacion:

Para realizar la simulación tenemos que contar con el programa FluidSIM

6.- Instalación:

Como se puede diferenciar el funcionamiento tanto en la simulación como en la instalación misma ya del circuito, en donde podemos verificar que mediante el mando eléctrico y una válvula 4/3 (TIPO TANDEM ) que la misma no permite el trabajo directo de la bomba si no en el momento en que esta sea accionada enviamos presión a la entrada del primer cilindro de doble efecto que causara obviamente el trabajo de salida, una vez cumplida su carrera el flujo continuara y se guiara hacia la válvula secuencial 1 en donde al incrementar su presión esta se abrirá y dar paso al flujo que como se puede ver hará que la misma accione el cilindro de doble efecto 2, teniendo como consecuencia un proceso en secuencia, de la misma forma para el retorno teniendo en cuenta que las presiones en las válvulas de secuencia son reguladas para poder tener este tipo trabajo o funcionamiento.

Desarrollo de circuitos típicos hidráulicos

HIDRAULICA .

Es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos.

Las dos aplicaciones más importantes de la hidráulica se centran en el diseño de activadores y prensas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo. Como la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie, la fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área diferente. Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de 1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una fuerza de 10 en el pistón grande. Este fenómeno mecánico se aprovecha en activadores hidráulicos como los utilizados en los frenos de un automóvil, donde una fuerza relativamente pequeña aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a la zapata del freno. Los alerones de control de los aviones también se activan con sistemas hidráulicos similares. Los gatos y elevadores hidráulicos se utilizan para levantar vehículos en los talleres y para elevar cargas pesadas en la industria de la construcción.

PRINCIPIOS DE LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS

Y SUS COMPONENTES .

Un circuito hidráulico, sea simple o complejo, utiliza los siguientes principios hidráulicos básicos:

1. Un líquido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig. 2).

Puesto que la presión se trasmite por igual a todos los puntos del liquido. 

P1 = P2 F1/A1 = F2/A2 

Es decir 

F2 = F1. A2/A1 

2. La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un contenedor es sometido a presión, la presión se transmite igualmente en todas direcciones y a todas las caras del contenedor. Éste es el principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidráulico (Fig.

Pi = F1/A1 Y P2 = F2/A2

3. Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamaños, aumenta la ventana mecánica en la fuerza de trabajo (Fig.4)

De este modo si A2 = 1m y A1 10cm aplicando una fuerza, F 1N, se podría levantar un peso de :

F2 = 1N. 10000/10 = 1000

DIAGRAMAS DE CIRCUITOS

Existen dos tipos de diagramas de circuitos

A) Diagramas de circuitos en corte transversal muestran la construcción interna de los componentes además de las rutas que sigue el flujo de aceite. Mediante colores, sombras o diversos patrones en líneas y pasos, puede mostrarse muchas condiciones diferentes de presión y flujo.

B) Diagramas de circuitos esquemáticos

Se usan preferentemente para la solución de fallas por su capacidad de mostrar las funciones actuales y potenciales del sistema. Los diagramas esquemáticos están compuestos de símbolos geométricos que corresponden a los componentes y sus controles y conexiones.

Circuito básico.

El esquema que sigue representa un circuito hidráulico de fuerza clásico, donde el elemento de trabajo es un cilindro de fuerza. Los elementos constitutivos del circuito hidráulico son:

- Un recipiente con aceite.

- Un filtro 

- Una bomba para el aceite. 

- Una válvula de control que incluye una válvula de seguridad o sobre presión y la respectiva palanca de mando. 

- El cilindro de fuerza.

4.2 Desarrollo típicos de circuitos electrohidráulico

Los circuitos electrohidráulicos permiten darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y puede ser un punto de partida para comprender las maquinas mas complicadas.

Estas maquinas pueden utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes.



La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-HydraulicPoweredSteering) es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica.





En la introducción de este tema, se presentara la estructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizados principalmente para desarrollar un sistema de control electrohidráulico.

Electrohidráulica

Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna).

La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por ultimo transformada en energía mecánica por los actuadores.

El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite. Ya que debe poseer algunas características particulares.

La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera.

Se recibe energía electromecánica a travez de la bomba de instalación. Esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización.

Osea hasta los actuadores encargados de transformar dicha energía en mecánica podemos evidenciar tres grupos perfectamente localizados, a detallar:

Sistema de impulsion y bombeo

Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones

Actuadores y consumidores

Electrovalvulas

La valvula de solenoide electrica funciona al suministrar corriente electrica al iman de la bobina, el campo magnetico mueve el cuerpo de cilindro deslizante de la valvula, el cual dirige el aceite.

Cabe recordar que la unica diferencia entre una valvulahidraulica/electrica y una valvulahidraulica ordinaria es la forma en que se mueve el cuerpo de cilindro

- Conductos de comunicación. 

Se les llama solenoides por ser accionadas por corriente continua, cuando son accionadas por corriente alterna se les llama electroimanes.

Valvulashidraulicas de cuatro vias, operadas electricamente

en la figura 7.15 a vemos una valvula directamente accionada por solenoide, que es aquella en la cual el elemento motriz para accionar la corredera deslizante es unicamente un electroiman o un solenoide.

La accion de este, cuando se encuentra energizado, se traduce en un empuje o una traccion de la corredera. En dicha figura tenemos una valvula de cuatro vias, dos posiciones, de retorno por la accion de un resorte antagonista, y accionada por el electroiman dibujado al costado derecho de la valvula. Cuando se energiza la solenoide la corredera es emujada por la accion de este hacia la izquierda, se conecta la presion a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1 queda dreana al tanque. La corriente electrica debe ser mantenida sobre el solenoide para que este a su vez mantenga a la corredera empujada totalmente hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente y la solenoide se desenergiza, el resorte empuja energicamente a su vez a la corredera hacia la derecha conectandose entonces las puertas del cuerpo de la valvula de la manera demostrada en la figura

Las valvulas solenoides siempre se representan en los esquemas de circuiteria con el conexionado correspondiente a su posiciondesenergizada 

Reelevadores 

Con los relevadores fue posible establecer automaticamente una secuencia de operaciones, programas tiempos de retardo o conteo de eventos, pero aun con todas sus ventajas, por su naturaleza electromecanica, tienen un solo periodo de vida, sus partes conductoras de corriente en algun momento pueden dañarse y mas aun, la inconveniencia mas importante de la logica con relevadores, es su naturaleza fija, es decir, la logica de un panel de reles es establecida por los diseñadores desde un principio y mientras la maquina dirigida por este panel este llevando los mismo pasos en la misma secuencia, todo esta perfecto. Pero cuando se necesite un cambio de produccion en las operaciones de ese proceso, la logica del panel debe ser re-diseñada, y si el cambio es muy grande puede ser maseconomico desechar el panel actual y construir uno nuevo involucrando gran cantidad de tiempo, trabajo y materiales, a parte de las perdidas ocasionadas en la produccion. 

El modulo incluye tres reles con conexiones y dos barras colectoraspara la alimentacion de tension. Todos los conectores de seguridad son de 4mm. La unidad se monta sobre un bastidor o en el panel de practicas perfilado mediantre cuatro adaptadores enchufables.

tipos de dispositivos electricos

Botoneras

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INDICE DE CIR. HIDR. Y NEU.

UNIDAD 3 CIRCUITOS NEUMATICOS Y ELECTRONEUMATICOS

3.1 desarrollo de circuitos neumáticos 

Los elementos básicos de un circuito neumático son:

· El generador de aire comprimido, es el dispositivo que comprime el aire de la atmósfera hasta que alcanza la presión de funcionamiento de la instalación. Generalmente se asocia con un tanque donde se almacena el aire para su posterior utilización. 

Símbolo del compresor

La mayor parte de los compresores suministran un caudal discontinuo de aire, de manera que se debe almacenar en un depósito, este sirve para evitar que los compresores estén en funcionamiento constantemente, incluso cuando no se necesita gran caudal de aire, también ayudan a enfriar el aire. Los depósitos generalmente disponen de manómetro que indica la presión interior, una válvula de seguridad que se dispara en caso de sobrepresiones y una espita para el desagüe de las condensaciones que se producen en el interior del depósito.

Las tuberías y los conductos. Para transportar el aire es necesario utilizar conductores. Los conductores utilizados son tuberías metálicas o de polietileno de presión. El diámetro de las tuberías depende de las necesidades de caudal que requiere la instalación, teniendo en cuenta la caída de presión producida por las pérdidas y la longitud de las tuberías.

Para conectar los tubos nos ayudamos de una regleta de derivación con enchufes rápidos, sobre la que conectamos los tubos para obtener las toma de presión necesaria. Se trata de conexiones de seguridad, debe introducirse el tubo profundamente, y para extraerlos debemos pulsar el tapón azul hacia abajo.

Generalmente entre el depósito y el circuito se suele incluir una unidad de mantenimiento que cuenta con un regulador de presión, un filtro y un lubricador de aire.

                         

Los actuadores, como cilindros y motores, que son los encargados de transformar la presión del aire en trabajo útil.

· Los elementos de mando y control con el objetivo de controlar la circulación del aire en una dirección u otra.

Válvula 3/2: una de sus principales aplicaciones es permitir la circulación de aire hasta un cilindro de simple efecto, así como su evacuación cuando deja de estar activado.

Válvula 5/2: una de sus principales aplicaciones es controlarlos cilindros de doble efecto.

Diseño de circuitos neumáticos. 

Existen dos maneras de controlar un cilindro, control directo y control indirecto, y nosotros elegiremos el tipo de control según sea nuestra necesidad, aunque cabe destacar que en el control indirecto no hay perdidas depresión y por tanto más exactitud. 

Control directo.-

En este tipo de control el pistón esta directamente controlado por la válvula, en el cual existen pérdidas de presión debidas a que la válvula tiene un consumo de aire, lo que ocasiona que el cilindro salga con menor presión a la suministrada inicialmente. 

Control indirecto.-

Este tipo de control utiliza una válvula cuyos accionamientos son neumáticos, lo que nos permite controlar la presión y con esto hay mayor exactitud y el vástago del cilindro sale a la presión deseada Cada elemento debe tener una numeración así como cada una de sus conexiones.

Por ejemplo: la representación completa de las válvulas puede ser:

3.1.1 Circuitos Combinatorios (c.c.)

Un circuito combinatorio es un arreglo de compuertas lógicas con un conjunto de entradas y salidas, el análisis de un c.c. inicia con un diagrama de circuito lógico y termina con el conjunto de funciones booleanas o una tabla de verdad.

El álgebra de boole sólo opera con dos números (valores), el 0 y el 1, en base a esto, pueden calcularse analíticamente las funciones lógicas para luego utilizarlas en el equipo neumático de mando. Las funciones básicas de esta álgebra son las funciones and, or y not.

Función and (y):

La función y produce una señal de salida y cuando están presentes todas las señales de entrada, si falta una de las señales de entrada, no se produce ninguna señal de salida, se puede realizarse en un equipo neumático mediante la conexión en serie de dos válvulas de 3/2 vías o con una válvula de simultaneidad (solo para 2 entradas).

Tabla de verdad and (y):

Su función algebraica se denomina de la siguiente manera: f = x y

Ejemplo fluidsim usando elemento and (y):



1) El punto principal ha conocer es elemento and (y), dentro del programa fluidsim lo reconoceremos de la siguiente manera: 

3.1.2 Circuitos Secuenciales:

El fin de este es mantener el orden en el que deben ejecutarse varias acciones de una automatización, asignando a los actuadores finales (cilindros neumáticos) una letra mayúscula. Así mismo, se utiliza un signo + si el vástago del cilindro está extendido y un signo – si el vástago está retraído.





MÉTODO DE CASCADA:

Es un método no intuitivo de desarrollar circuitos neumáticos a partir de una secuencia dada. El método consiste en separar la secuencia en grupos donde, no se repita ninguna letra de la secuencia, con el fin de utilizar el menor número de válvulas de alimentación y tener un orden estructurado al desarrollar dicho circuito.es nombrada así debido a que sus válvulas de presión (4/2 ó 5/2) se conectan en serie.



A continuación se describen los pasos necesarios para resolver una secuencia de operaciones que involucra actuadores neumáticos o electro neumáticos:

1) Analizar el problema y establecer el número de actuadores referenciándolos con letras a cada uno, es decir, para el primer actuador se referenciaría con la letra ‘A’, para el segundo con la letra ‘B’, y así sucesivamente y a su vez identificar los sensores; para estos se usa la letra ‘S’, y para diferenciarlos, se enumeran de manera consecutiva, ‘S0’ para el primer sensor, ‘S1’ para el segundo y así sucesivamente





2) Determinar la secuencia correcta a diseñar teniendo en cuenta que para el desplazamiento hacia afuera de los actuadores se simboliza con el signo (+), y para el retorno de los actuadores se simboliza con el signo (-).

3) Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta que: un grupo no puede contener más de un movimiento del mismo actuador , no se puede tener A+ y A- en el mismo grupo y además, cada grupo debe contener la mayor cantidad de movimientos de actuadores posible.

4) Identificar cuáles son los sensores que hacen los cambios de grupos y al mismo tiempo generan el primer movimiento del grupo simbolizado con una flecha por debajo con la referencia del sensor correspondiente, y también identificar que sensores generan los movimientos internos del grupo simbolizados con una flecha por arriba con la referencia del sensor adecuado. 

5) Establecer el número de válvulas de memoria (5/2) que se necesitan para generar los grupos obtenidos con la siguiente fórmula: 

Nv: es el número de válvulas 

Ng. es el número de grupos 

6) Ya teniendo el número de válvulas de memoria y los cambios de movimiento se crea el esquema general de funcionamiento del circuito.

3.2 DESARROLLO DE CIRCUTOS ELECTRONEUMATICOS 

En los siguientes circuitos electro neumáticos se muestra a detalle el cómo realizar un circuito electroneumático realizando primeramente los más básicos y posteriormente los más complejos.CIRCUITOS ELECTRONEUMATICOS.(CIRCUITOS BASICOS).I.MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.El vástago de un cilindro de simple efecto ha de salir al ser accionado de un pulsador. AlSoltar el pulsador, el émbolo ha de regresar a la posición final trasera 

SOLUCIÓN 1.

–

MANDO DIRECTOPor el contacto del pulsador S1, el circuito queda cerrado. En la bobina 1Y se genera un campomagnético. La armadura en la bobina invierte la válvula y franquea el paso para el aire comprimido.Este fluye de (1) hacia (2) llegando al cilindro, cuyo émbolo es enviado a la posición de salida delvástago.Soltando el pulsador S1, el circuito queda interrumpido. El (1Y) campo magnético en la bobinadesaparece, la válvula distribuidora 3/2 vuelve a la posición inicial, el émbolo regresa a la posiciónretraída.SOLUCIÓN 2.- MANDO INDIRECTOEn la segunda solución, un relé K1 es pilotado por el pulsador S1. A través de un contacto de cierrede K1 queda pilotada la bobina 1Y (pilotaje indirecto). Por lo demás el desarrollo es idéntico a lasolución 1.II.MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.El vástago de un cilindro de doble efecto ha de salir, como en el caso anterior, accionando unpulsador; soltando el pulsador ha de regresar a la posición inicia

Solución:El mando del cilindro de doble efecto tiene lugar a través de una válvula distribuidora 5/2.Por el accionamiento del pulsador S1, la bobina 1Y se excita. A través de un servo pilotaje por airecomprimido es gobernada la válvula distribuidora. El émbolo marcha a la posición anterior. Al soltar S1 surte efecto el muelle recuperador de la válvula distribuidora. El émbolo regresa a la posicióninicial. 

III.CONEXIÓN EN PARALELO “O” (CILINDRO DE SIMPLE Ó DE DOBLE EFECTO). 

La posición de reposo del cilindro es con el vástago fuera. El envío del émbolo a la posición posterior ha de ser posible desde dos punto

3.2.1 CIRCUITOS COMBINATORIOS:

En una computadora únicamente existe dos posibilidades: utilizar el 0 o bien el 1 para representar elobjeto más pequeño e indivisible.1 = voltaje alto0 = voltaje bajoLos datos de salida de un circuito combinatorio están determinados por la combinación de datos deentrada. Un circuito combinatorio no tiene memoria por lo tanto los datos de entrada anteriores yestado existente no afectan los datos de salida del circuito.Ejemplo:Dado el circuito:La expresión booleana que la representa será:

La expresión booleana que la representa será:(x1 ^ x2) ^ (x1 v x3)

EJEMPLO DE CIRCUITO DE ALGEBRA BOOLEANA EN EL FLUIDSIM. 

se desea un circuito para implementar la alarma de seguridad de un carro de 2 puertas se disponede un conjunto de interruptores los cuales se han dispuesto de la sig, manera.a) un interruptor se ha de prenderse si ponemos el carro en velocidad.b) un interruptor se ha puesto bajo cada uno de los asientos y prendera si alguien se sientac) un interruptor se ha puesto en cada asiento y prendera si el cinturón es abrochado.la alarma funcionara cuando se prende la lleva y pongamos un cambio de velocidad y se compruebaque cualquier de los asientos se ocupa y el correspondiente cinturón no este ajustado.m= alarmaa= asiento derechob= asiento izquierdoc= sensor de asientod= sensor de caja de velocidadg= sensor de cinto derechoh= sensor de cinto izquierdo.Solución.Diagrama eléctrico.

3.2.2.- CIRCUITOS SECUENSIALES USANDO METODO DE CASCADA PASO A PASO:

SOLUCIÓN 1 (MEMORIA NEUMÁTICA) 

Paso 1: 

Trazado de los circuitos de mando y principal (1 y 5). En el circuito de mando, el relé K1 es excitado a través del pulsador S1 y a través de la “consulta” por medio del final de carrera 2S1. Se denomina “consulta” a conocer de alguna manera si se ha producido un hecho antes de verificarse el siguiente. En este caso se trata de saber si el vástago de 2A ha retornado a su posición inicial antes de que salga el de 1A. En el circuito principal, el contacto de cierre de K1 cierra el circuito. La bobina 1Y1 se excita, invierte la válvula 1V y el vástago del cilindro 1A sale.

Paso 2:

Trazado de los segundos circuitos de mando y principal (2 y 6). En la posición anterior del cilindro 1A es accionado el final de carrera 1S2. A través de éste se excita el relé K2. Un contacto de cierre de K2 excita la bobina 2Y1, la válvula 2V se invierte, el vástago del cilindro 2A sale.

Paso 3:

Trazado de los terceros circuitos de mando y principal (3 y 7). El cilindro 2A ha empujado el paquete hacia la rampa. En su posición anterior el cilindro 2A acciona y cierra el final de carrera 2S2, se excita el relé K3 y el contacto de cierre de K3 conecta la bobina 1Y2. La válvula 1V vuelve a su posición de dibujo. El émbolo del cilindro 1A puede regresar a su posición posterior.

Paso 4:

Trazado de los cuartos circuitos de mando y principal (4 y 8). El cilindro 1A acciona el final de carrera 1S1 situado en la posición posterior. Se excita el relé K4. El contacto de cierre de K4 conecta a la bobina 2Y2. La válvula 2V regresa a su posición de dibujo. El cilindro 2A regresa y vuelve a accionar el final de carrera 2S1. Al llegar un nuevo paquete todo se encuentra como al

Principio dispuesto a comenzar un nuevo ciclo cuando se pulse S1.

Situación de inicio y final de ciclo.

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INDICE DE CIR. HIDR. Y NEU.

Unidad 2. Elementos neumáticos e hidráulicos.

2.1 Producción y Distribución del aire comprimido

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevanla presión del aire al valor de trabajo deseado. El aire comprimido viene de laestación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberíasen máquinas que se desplazan frecuentemente. Si el aire es puro el generador de aire comprimido tendrá una larga duración.También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tiposde compresores.El aire comprimido puede producirse mediante dos procesos:Compresión dinámica (conversión de la velocidad del aire en presión):compresores radiales y axiales.Compresión por desplazamiento (reducción del volumen de aire):compresores alternativos (de tipo pistón) y compresores rotativos(compresores helicoidales, de paletas, Roots o de anillo líquido).Tipos de compresores

Se distinguen dos tipos básicos de compresores:El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresiónse obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde sereduce luego elvolumen.Se utiliza en el compresor de émbolo(oscilante o rotativo).El otro trabaja según el principio de ladinámicade los fluidos. El aire esaspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleraciónde la masa (turbina).

Compresor de membrana

Este tipo forma parte delgrupode compresores de émbolo. Una membranasepara el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con laspiezas móviles. El aire comprimido estará exento deaceite.

Turbocompresores

El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina.Esta energía cinética se convierte en una energía elástica de compresión. Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia afuera; elaire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a acelerar hacia afuera.

2.1.1 TUBERIAS, FILTROS, DEPOSITO, ACUMULADORES, MANGUERAS, UNIONES

El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada.

Filtro de entrada, tiene como misión el eliminar las impurezas contenidas en el aire de aspiración. 

· Compresor, que como su nombre indica comprime el aire a la presión deseada, y cuyo tamaño puede oscilar desde pequeños compresores portatatiles a grandes compresores. 

· Fundación, sirve de anclaje al compresor. 

· Refrigerador de aire, que tiene como misión el enfriar el aire, calentado al comprimirse. 

· Separador de condensados, elimina las condensaciones de agua, etc, producidas al enfriarse el aire. 

· Acumulador de aire, constituido por el depósito acumulador del aire proporcionado por el compresor. 

· Líneas de conducción hasta los lugares de utilización del aire comprimido. 

· Puntos de toma del aire comprimido. 

En la siguiente figura, se indica de forma resumida, los anteriormente citados.

2.1.2 DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTOS DE ACUERDO A LOS REQUERIMIENTOS DEL FLUJO

el correcto dimensionado de las líneas que unen el sistema de bombeo con el recinto de proceso es por lo menos tan importante como determinar correctamente la velocidad de bombeo necesaria para el proceso. 

Un incorrecto dimensionado de las líneas puede llevar a que, aun cuando la velocidad del sistema de bombeo instalado sea mucho mayor que la requerida, no se alcance la presión de trabajo o se tenga una presión inestable durante el proceso. 

Para poder plantear soluciones que contemplen en forma balanceada lo técnico y lo económico, es necesario aplicar adecuadamente algunos conceptos básicos de la técnica del vacío.

2.2 PRODUCCION Y DISTRIBUCION DE POTENCIA HIDRAULICA

Una medida de la energía por unidad de tiempo que se consume en las boquillas de la barrena. Se calcula generalmente con la ecuación HHP=P*Q/1714, donde P representa la presión en libras por pulgada cuadrada, Q la tasa de flujo en galones por minuto, y 1714 es un factor de conversión necesario para arrojar el valor de HHP en términos de caballos de potencia.

2.2.1 TUVERIAS, FILTROS, DEPOSITOS, ACUMULADORES, MANNGUERAS Y UNIONES, SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

FILTROS

Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico.

Los filtros pueden ser ubicados en las líneas de retorno, en la línea de presión, o en cualquier otra ubicación en el sistema donde el usuario del mismo decida que sea necesario para salvaguardar el sistema contra impurezas.

El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de válvulas y servovalvulas.

Los filtros son clasificados como de flujo pleno o total y flujo proporcional o parcial. En el tipo de filtro de flujo pleno o total, todo el fluido que ingresa a la unidad pasa a través del elemento filtrante, mientras que en el tipo de filtro de flujo proporcional, sólo una porción del fluido pasa a través del elemento.

Filtro de flujo pleno

El filtro de flujo pleno proporciona una acción positiva de filtrado; sin embargo, el mismo ofrece resistencia al filtrado, particularmente, cuando el elemento de ensucia. El fluido hidráulico entra al filtro a través del puerto de entrada en el cuerpo y fluye alrededor del elemento de filtro dentro del vaso de filtro. El filtrado tiene lugar a medida que el fluido pasa a través del elemento de filtrado y hacia dentro del núcleo hueco, dejando la suciedad y las impurezas en la parte exterior del elemento de filtro. 

El fluido filtrado luego circula desde el núcleo hueco a través del puerto de salida y hacia el interior del sistema.

                 Flitrohidraulico de flujo pleno

Descripcion de un filtro

DEPOSITOS O TANQUES 

La función natural de un tanque hidráulico o tanque de reserva es contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico. Un tanque de hidráulico almacena un líquido que no está siendo usado en un sistema hidráulico. El mismo además permite la extracción de los gases y materiales extraños del líquido. 

Además de funcionar como un contenedor de fluido, un tanque también sirve para enfriar el fluido, permitir asentarse a los contaminantes y el escape del aire retenido. 

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque. 

La figura siguiente muestra algunas de las características de diseño de un tanque de reserva. El mismo debería ser alto y angosto en lugar de profundo y ancho. El nivel de aceite deberá estar tan alto como sea posible sobre la apertura de la línea de succión de la bomba. Esto evita que el vacío en la apertura de la línea cause efectos de remolino o vórtices, lo que significaría que el sistema está probablemente tomando aire. El aceite aireado no transmitirá potencia correctamente debido a que el aire es compresible. Al aceite aireado tiene una tendencia a deteriorarse y perder su habilidad de lubricación.

Descripcion de un tanque hidraulico

Tanque hidraulico 

ACUMULADORES 

Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa. 

El fluido hidráulico bajo presión entra a las cámaras del acumulador y hace una de estas tres funciones: comprime un resorte, comprime un gas o levanta un peso, y posteriormente cualquier caída de presión en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez. 

Funciones:

Acumuladores de contrapeso 

El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el líquido almacenado, por medio de grandes pesos que actúan sobre el pistón o émbolo. Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado, como hierro, concreto e incluso agua. Es el único tipo de acumulador en que la presión se mantiene constante, hasta que la cámara del acumulador quede prácticamente vacía. . 

Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamaño; en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidráulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fábricas y sistemas hidráulicos centrales. 

Acumuladores de resorte

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al líquido almacenado por medio de un pistón sobre el cual actúa un resorte. Suelen ser más pequeños que los cargados por peso y su capacidad es de sólo algunos litros. Usualmente dan servicio a sistemas hidráulicos individuales y operan a baja presión en la mayoría de los casos.

Mientras el líquido se bombea al interior del acumulador, la presión del fluido almacenado se determina por la compresión del resorte. Si el pistón se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presión almacenada sería mayor que en el caso de un resorte comprimido tan sólo cuatro pulgadas.

Acumulador de pistón 

Un acumulador de tipo pistón consiste en un cuerpo cilíndrico y un pistón móvil con sellos elásticos. El gas ocupa el volumen por encima del pistón y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilíndrico. Al salir el fluido del acumulador la presión del gas desciende. Una vez que todo el líquido ha sido descargado, el pistón alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador. 

Aplicaciones hidráulicas en que es necesaria una gran cantidad de fluido para efectuar el trabajo pero este se realiza solo intermitentemente en el ciclo de la maquina.

Acumulador de Diafragma 

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metálicos atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se halla separado por un diafragma de hule sintético, el gas ocupa el hemisferio superior. Cuando el fluido entra en el espacio inferior, el gas se comprime. Al descargar todo el líquido, el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del acumulador. 

Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeños y presiones medias.

Acumulador de vejiga 

El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo interior se encuentra una vejiga de hule sintético que contiene al gas. Cuando el fluido entra al interior del casco, el gas en la vejiga se comprime. 

La presión disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el líquido ha sido descargado, la presión del gas intenta empujar la vejiga a través de la salida del acumulador. Sin embargo, una válvula colocada encima del puerto de salida, interrumpe automáticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapón de la misma.

Mangueras hidráulicas

Recomendaciones de instalación:

a.- Recuerde que los flexibles sometidos a trabajo sufren una elongación o estiramiento entre un 2% a 4% de su longitud inicial, por lo que se recomienda dejarlos de un largo apropiado.

b.- Siempre se debe mantener un radio de curvatura lo más amplio posible, con el fin de evitar el colapso o restricción del fluido.

c.- Evite al instalar un flexible que este quede con alguna torcedura, por lo cual tome algún punto como referencia .

d.- Evite el contacto o el roce entre flexibles para que no produzcan desgastes de las superficies, para lo cual se recomienda el uso de adaptadores, codo o curvas apropiados.

e.- Procure evitar el contacto con pieza móviles o fuentes de calor, por ejemplo el tubo de escape, cardan.

f.- Los flexibles deben tener la longitud apropiada para que cumplan con su función de “flexible”.

Selección del diámetro interior de la manguera (caudal y velocidad)

2.2.2 CALCULO DE FUERZA, PRESION, POTENCIA, CAUDAL

En un sistema hidráulico la velocidad queda indicada por el caudal, en litros por minuto, y la fuerza, por la presión. De esta forma podemos expresar la potencia hidráulica como sigue:

Esta fórmula corresponde a la potencia hidráulica a la salida de la bomba. La potencia requerida para accionaría ser algo mayor puesto que el rendimiento del sistema no es del 100 % Si suponemos un rendimiento medio del 80%, la potencia mecánica para el accionamiento de la bomba será

2.2.3 TIPOS DE TUBERIAS Y CALCULO DEL ESPESOR DE LA PARED DEL CONDUCTO Y SELECCIÓN DE SU TAMAÑO 

En un sistema hidráulico la velocidad queda indicada por el caudal, en litros por minuto, y la fuerza, por la presión. De esta forma podemos expresar la potencia hidráulica como sigue:

El mínimo espesor de pared para cualquier tubo sometido a presión interna o externa es una función de: 

a. El esfuerzo permisible para el material del tubo 

b. Presión de diseño 

c. Diámetro de diseño del tubo 

d. Diámetro de la corrosión y/o erosión 

Además, el espesor de pared de un tubo sometido a presión externa es una función de la longitud del tubo, pues ésta influye en la resistencia al colapso del tubo. El mínimo espesor de pared de cualquier tubo debe incluir la tolerancia apropiada de fabrica

2.3. Actuadores neumáticos e hidráulicos. 

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Pueden ser hidráulicos, neumáticos o eléctricos. 

Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento. 

El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de émbolo (éstos también proporcionan movimiento rotativo con variedad de ángulos por medio de actuadores del tipo piñón-cremallera). También encontramos actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos), movimientos combinados e incluso alguna transformación mecánica de movimiento que lo hace parecer de un tipo especial. 

Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.

2.3.1 Clasificación y características de los actuadores



Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Pueden ser hidráulicos, neumáticos o eléctricos.

Los actuadores se dividen en 2 grandes grupos: cilindros y motores



Clasificación



Aunque en esencia los actuadores neumáticos e hidráulicos son idénticos, los neumáticos tienen un mayor rango de compresión y además existen diferencias en cuanto al uso y estructura.



Se clasifican en actuadores lineales y giratorios.



ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES



El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago. Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de la suciedad.



Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores más comunes que se utilizan en los circuitos neumáticos. Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales.



· Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido.

· Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.



Tipos de cilindros de simple efecto:



Cilindros de émbolo, cilindros de membrana, cilindros de membrana enrollable.

Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí pueden realizar trabajo en ambos sentidos.

ACTUADORES NEUMÁTICOS GIRATORIOS.



Los actuadores rotativos o giratorios son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:



Actuadores de giro limitado



Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón –cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).



Motores neumáticos



Proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.





ACTUADORES DE GIRO LIMITADO



Actuador de paleta:



El actuador de giro de tipo paleta quizá sea el más representativo dentro del grupo que forman los actuadores de giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que rara vez supera los 270º, incorporando unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro. Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cámaras.



Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior.

Tipos de motores



-embolo

-aletas

-engranajes



Motores de émbolo



Su accionamiento se realiza por medio de cilindros de movimiento alternativo, el aire comprimido acciona a través de una biela el cigüeñal del motor.



La potencia de estos motores depende:



a.- de la presión de entrada

b.- del número de émbolos

c.- de la superficie y velocidad de los émbolos.

Existen dos tipos de motores de émbolos

a.- Motor de émbolo axial

b.- Motor de émbolo radial





ACTUADORES HIDRÁULICOS LINEALES



Los cilindros hidráulicos de movimiento lineal son utilizados comúnmente en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados.



Los cilindros hidráulicos pueden ser de simple efecto, de doble efecto y telescópicos.



- En el primer tipo, el fluido hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario. El cuerpo del cilindro es la caja externa tubular y contiene el pistón, el sello del pistón y el vástago. “Calibre” es el término usado para indicar el diámetro del pistón. El extremo del pistón del cilindro (algunas veces llamado “extremo ciego”) se conoce como el extremo de la cabeza. El extremo desde el cual el vástago se extiende y se retrae se conoce como el extremo del vástago.

El cilindro de acción doble utiliza la fuerza generada por el fluido hidráulico para mover el pistón en los dos sentidos, mediante una válvula de solenoide. El cilindro de acción doble es el accionador hidráulico más común utilizado actualmente y se usa en los sistemas del implemento, la dirección y otros sistemas donde se requiera que el cilindro funcione en ambas direcciones.



- El cilindro telescópico contiene otros de menos diámetro en su interior y se expanden en etapas, son muy utilizados en grúas. Está constituido por los tubos cilíndricos y vástago de émbolo. En el avance sale primero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera los siguientes vástagos o tubos. La reposición de las barras telescópicas se realiza por fuerzas externas. La fuerza de aplicación está determinada por la superficie del émbolo menor.



ACTUADORES HIDRÁULICOS ROTATIVOS



Motor hidráulico



El motor hidráulico convierte la energía hidráulica en energía mecánica. El motor hidráulico usa el flujo de aceite enviado por la bomba y lo convierte en un movimiento rotatorio para impulsar otro dispositivo (por ejemplo, mandos finales, diferencial, transmisión, rueda, ventilador, otra bomba, etc.).Varios tipos de motores hidráulicos se usan en la industria. Proporcionan una velocidad determinada relativamente constante a través de su variada gama de presiones. Cuando alcanzan su máximo par, su velocidad cae rápidamente debido a que el fluido hidráulico se escapa a través de una válvula de alivio dejando el motor sin alimentar. Entre los tipos de motores hidráulicos se encuentran: los motores de paletas, de pistón axial o radial, de engranajes y gerotor.

2.3.2 Selección de actuadores

Analizaremos brevemente los principales aspectos a tener en cuenta a la hora de calcular un cilindro. No obstante, lo más recomendable es acudir siempre a los datos aportados por el fabricante donde se nos mostraran tablas para los esfuerzos desarrollados, máximas longitudes de flexión y pandeo, etc.

FUERZA DEL ÉMBOLO.

La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende principalmente de la presión del aire, del diámetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula:

F teórica = P · A

Donde:

F t Fuerza teórica del vástago en Kgf.

P Presión relativa en Kg. / cm 2

A Superficie del émbolo en cm 2

En la práctica, es necesario conocer la fuerza real que ejercen los actuadores. Para determinarla, también hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 400 a 800 kPa. / 4 a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza calculada.

LONGITUD DE CARRERA

La longitud de carrera en cilindros neumáticos no debe exceder de 2000 mm. Con émbolos de gran tamaño y carrera larga, el sistema neumático no resulta económico por el elevado consumo de aire y precio de los actuadores.

Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánico del vástago y de los cojinetes de guía, es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes, deben adoptarse vástagos de diámetro superior a lo normal. Además, al prolongar la carrera, la distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora la guía del vástago. Otra solución la aportan los cilindros de vástago guiado, mucho más resistentes a los esfuerzos mecánicos.

VELOCIDAD DEL ÉMBOLO.

La velocidad del émbolo, en cilindros neumáticos depende de la fuerza antagonista, de la presión del aire, de la longitud de la tubería, de la sección entre los elementos de mando y trabajo y del caudal que circula por el elemento de mando. Además, influye en la velocidad la amortiguación de final de carrera. Cuando el émbolo abandona la zona de amortiguación, el aire entra por una válvula antirretorno y de estrangulación y produce un aumento de la velocidad.

La velocidad media del émbolo, en cilindros estándar, está comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. Con cilindros especiales (cilindros de impacto) se alcanzan velocidades de hasta 10 m/s.

La velocidad del émbolo puede regularse con válvulas especiales. Las válvulas de estrangulación, las antirretorno y de estrangulación, y las de escape rápido, proporcionan velocidades mayores o menores, dependiendo de su regulación.

CONSUMO DE AIRE.

Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación, cálculo que comenzará por los actuadores (potencia). Para una presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinado, el consumo de aire se calcula como sigue:

La formula de cálculo por embolada, resulta:

Q = 2 (S ⋅ n ⋅ q)

Con ayuda de tablas, se puede establecer los datos del consumo de aire de una manera más sencilla y rápida. Los valores están expresados por cm de carrera para los diámetros más corrientes de cilindros y para presiones de 100 a 1500 kPa. (1-15 bar).

Donde:

Q Caudal nominal ( Nl / min)

S Carrera en cm.

n Carreras por minuto q Consumo por carrera.

2.4 Válvulas de vías neumáticas e hidráulicas

Válvulas Neumáticas:


Las válvulas neumáticas las utilizamos para cortar o permitir el flujo de aire.
Son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección de funcionamiento de los actuadores, así como la presión o el caudal del airecomprimido que circula por el circuito.

Funciones de las válvulas:

* Distribuir el fluido

* Regular el caudal

* Regular la presión

Aplicaciones:

* Existen válvulas de carácter especial como las de descarga rápida, las válvulas de caudal variable y las válvulas de pilotaje interno.

* Existen también válvulas de carácter normal como las de secuencia, y las válvulas de seguridad.

* Una válvula normal podría estar clasificada en otras categorías dependiendo de la función.

Tipos de válvulas: Se subdividen en cinco grupos

* Válvulas de vías o de distribución

* Válvulas de bloqueo

* Válvulas de presión

* Válvulas de caudal

* Válvulas de cierre 

Válvulas de distribución:

La distribución del aire comprimido a distintas caminos de un circuito neumático es la función más importante de las válvulas. Para llevar el aire por uno u otro camino las válvulas cuentan con unos orificios que sirven de guía para conducir el aire. Estos orificios se denominan vías.

La válvula 3/2 es una válvula que posee tres vías y dos posiciones. En la siguiente figura aparece el símbolo de una válvula 3/2 con accionamiento eléctrico y retornopor resorte y la fotografía de algunas válvulas comerciales. Con esta válvula se puede realizar el control o mando directo de un cilindro de simple efecto.

Válvulas de bloqueo:

Estas válvulas se usan para controlar el flujo de aire por los conductos, más que para direccionarlo como las válvulas de distribución. Los tipos más comunes son:

* Anti-retorno

* Selectiva

* Simultaneas

* De escape

Válvulas anti-retorno:

Este tipo de válvula está diseñada para que deje fluir el aire en un sentido, mientras bloquea el sentido contrario. Las válvulas anti-retorno se colocan antes que las válvulas de distribución, de esta forma protegen al circuito de posibles cortes de aire y de interferencias entre componentes.

Válvulas simultáneas:

Las válvulas simultáneas tienen dos entradas, una salida y un elemento móvil, en forma de corredera, que se desplaza por la acción del aire al entrar por dos de sus orificios, dejando libre el tercer orificio. Sí solamente entra aire por un orificio, el orificio que debería dejar paso al fluido, queda cerrado.

Válvulas de presión: Son utilizadas para: 

* Limitar la presión máxima de un sistema 

* Regular la presión reducida en ciertos circuitos

* Evitar sobrecargas en la bomba

* Absorber picos de presión

Se clasifican según su función:

* Alivio

* Secuencia

* Descarga

* Reductora de presión 

* Frenado

* Alivio y descarga de acumuladores

* Contrabalancee

Válvulas de alivio:

* La presión de un sistema puede ser controlada mediante el uso de una válvula de presión normalmente cerrada. 

* Con la vía primaria de la válvula conectada al sistema y la secundaria al tanque. 

* Cuando el sistema alcance la presión ajustadas su cuerpo, esta abrirá y desviara al tanque el caudal excedente, manteniendo la presión en la línea.

Válvula de alivio de acción directa

Válvula de secuencia:

* Es una válvula normalmente cerrada que permite la realización de una operación antes que otra.

* El fluido se dirige primero a la parte del circuito que esta sin restricción alguna, al alcanzar la presión ajustada de la válvula, esta se abre y efectúa la segunda fase del trabajo.

Válvulas de caudal:

Regulan la cantidad de fluido que las atraviesa por unidad de tiempo (caudal).

Es una válvula que produce un estrechamiento en la conducción, de forma que origina una disminución del caudal que la atraviesa.

Accionamientos:

El órgano de mando esta directamente montado sobre la válvula y actúa sobre su sistema de apertura o cierre. Se dividen en:

* Mecánicos

* Musculares

* Neumáticos

* Eléctricos

Válvulas hidráulicas:

Las válvulas hidráulicas sirven para detener, y/o controlar y/o derivar el paso del fluido que viene de la bomba hacia los actuadores o hacia donde sea requerida la acción del fluido. 

Las válvulas en hidráulica tienen varios cometidos, según la funcionalidad que tengan se les denomina de una manera u otra, además de esto, se las puede sub-clasificar. Por este motivo, se ha diseñado una sección exclusivamente para explicar todas las válvulas y sus diferentes categorías.

2.4.1 Características de las válvulas según el tipo de construcción 

Externamente, las válvulas pueden considerarse como una caja negra con una serie de orificios que sirven para la entrada y salida del aire comprimido. La forma en que se conectan dichos orificios, en una posición estable, constituye un estado de la válvula, lo que habitualmente se denomina posición. Los orificios se llaman vías. 

Las válvulas se componen de dos o más posiciones, esto es, dos o mas formas de conectar las vías. De la contrario, no tendrían mucho sentido, ya que funcionarían como simples tuberías. Para cambiar de una posición a otra se dispone de unos mandos en la propia válvula. Por lo general, existe una posición de reposo, que es aquella en la que no se actúa sobre los mandos. 

El número de vías y de posiciones de la válvula identifica el funcionamiento de la misma, independientemente de la forma constructiva y del tipo de mando que la active. Por este motivo, las válvulas se representan simbólicamente mediante esquemas que dan una idea clara y concisa de su funcionamiento. De hecho, en la nomenclatura de las válvulas se dice primero el número de vías, seguido del de posiciones. Posteriormente, se menciona el tipo de funcionamiento en reposo, si procede (normalmente abierta o normalmente cerrada), y los dos tipos de mandos que permutan la válvula (primero el que cambia la posición de reposo a la activa, y luego el que pasa de nuevo a la posición de reposo). Opcionalmente, se puede mencionar la forma constructiva antes de toda la nomenclatura. 

Representación esquemática de válvulas 

Para representar las válvulas se utilizan símbolos; estos símbolos de ninguna manera representan el sentido constructivo del elemento, su labor es únicamente dar una

 

 

 

 

 

 

 

Válvula 3/2 vías. 

En donde el numerador, es éste caso tres, indica el número de vías y el denominador dos, indica el número de posiciones. 

También se debe aclarar si en la posición cero, existe o no flujo de aire. Esto se indica de la siguiente manera: 

Para las válvulas de dos posiciones, la posición de reposo esta indicada por el cuadro de la derecha. 

En el caso de una válvula de tres posiciones, la posición de reposo es representada por el cuadro central. 

Las conexiones con tomas de presión (unión de tuberías que enlazan con el compresor) y escape (unión directa o por tubería a la atmósfera) son muy comunes y por este motivo se muestran en la siguiente figura. 

 

Si en la posición de reposo existe flujo de aire se dice que se trata de una válvula normalmente abierta (N.A.) y si no existe flujo de aire se trata de una válvula normalmente cerrada (N.C.). 

En la siguiente figura se representa una válvula de 3 vías 2 posiciones, accionada manualmente, con retorno por muelle y normalmente cerrada. 

 

Como la posición de reposo es la que manda el muelle, esta válvula está normalmente cerrada en dicha posición porque se bloquea el paso de aire de la vía 1 y se comunica la vía 2 al escape 3. Al presionar el pulsador manual, se activa la otra posición, que transfiere el aire comprimido de la vía 1 a la 2. En cuanto se suelta el pulsador, el muelle retorna la válvula a su posición de reposo. Por este motivo, se denomina normalmente cerrada. 

Forma constructiva de algunas válvulas distribuidoras 

Válvulas distribuidoras 2/2 

Las válvulas 2/2 sirven para gobernar el paso del fluido. La denominación 2/2 significa que este elemento tiene dos vías, P y A, adopta dos posiciones (paso y cierre), respectivamente. 

La figura siguiente representa una de estas válvulas en reposo. En esta posición el paso de P hacia A esta cerrado. Cuando se acciona el pulsador, el distribuidor pone en comunicación la entrada P con la utilización A; entonces, se dice que la válvula está abierta. 

Al dejar de apretar el pulsador, el muelle obliga al distribuidor a recuperar la posición de partida, con lo que la válvula se cierra. 

Válvulas distribuidoras 3/2 

Estas válvulas permiten la circulación de aire en una dirección y, al mismo tiempo, cortan el paso en la otra dirección. Se emplean para gobernar cilindros de simple efecto. 

La corredera de la válvula 3/2, sin accionar cierra el paso de P hacia A, y deja abierto el paso de A hacia R. Cuando se acciona la válvula, la corredera comunica la entrada de presión P con la vía de utilización A, mientras el escape R queda bloqueado. 

Válvulas distribuidoras 4/2 

Las válvulas 4/2 permiten el paso del fluido en ambas direcciones. Cuando la válvula esta en reposo, la vía de entrada está conectada con la utilización A, mientras que la otra utilización B esta puesta de escape R. Estas válvulas se usan para gobernar cilindros hidráulicos de doble efecto. 

Al accionar la válvula se vence la acción del muelle y la corredora cambia de posición, es decir, el fluido circula de P hacia B y de A hacia R. 

Válvulas distribuidoras 5/2 

Estas válvulas de 5 vías y 2 posiciones, se pueden considerar como una ampliación de las válvulas 4/2 .la diferencia consiste en que las válvulas 5/2 poseen una vía más, con lo que el escape de un cilindro de doble efecto puede ser independiente para cada lado, pudiendo realizar otras funciones de mando. 

Cuando la válvula esta en reposo, la corredora permite el paso de P hacia B y el escape del aire que produce de A. Al accionar la válvula, se comunica P con A y, al mismo tiempo, se pone B a escape por la otra salida T. Estas válvulas se utilizan para gobernar cilindros de doble efecto. 

Válvulas distribuidoras 4/3 

Las válvulas distribuidoras de 4 vías y 3 posiciones, al igual que las válvulas 4/2 y 5/2, sirven para gobernar cilindros de doble efecto. Tienen, sin embargo, una posición intermedia, que se utiliza para varias posibilidades de mando. 

Cuando la válvula adopta la posición media , el aire circula de P hacia R, cerrando el paso de A y de B ; es decir, la válvula esta puesta a escape.

Este tipo de válvulas no llevan muelle, incorporándose un sistema mecánico o eléctrico de enclavamiento para poder fijar las tres posiciones. 

Como se puede observar en la animación siguiente la posición de reposo es la intermedia. 

Las tres posiciones permiten accionar varios elementos de trabajo. Su característica principal es que en la posición intermedia se puede originar un bloqueo o una liberación del elemento de trabajo, además de otras posibilidades. 

Válvulas de bloqueo 

El funcionamiento de las válvulas de bloqueo se basa en cortar el aire comprimido. Se construyen de forma que la presión del aire actúa sobre la pieza de bloqueo y así refuerza el cierre. 

Se pueden considerar válvulas de bloqueo, por su principio de funcionamiento, las siguientes: 

· Válvula antirretorno o de retención

· Válvula selectora de circuito

· Válvula de simultaneidad

· Válvula de purga o escape rápido

· Válvula estranguladora de retención 

Válvula antirretorno 

La válvula antirretorno es la más simple de todas. Cierra por completo el paso en un sentido y lo deja libre en el contrario, con la perdida de presión lo mas pequeña posible. 

Los antirretornos se sitúan dentro de los circuitos, allí donde se agrupan los elementos en los que no interesa la mutua influencia. También sirven para puentear un aparato en un sentido de la circulación por motivos de la seguridad. En este caso, la resistencia interna del sentido libre de la válvula de retención debe ser menor que la resistencia del elemento. 

Válvula selectora. 

Esta válvula cumple la función lógica O en los circuitos neumáticos. Tiene dos entradas y una salida, por lo que se le denominaba anteriormente Válvula de doble retención. El bloqueo siempre se realiza sobre la entrada de menor presión, generalmente purgada, esto es, con que haya presión en alguna entrada, habrá presión a la salida. 

Se usa cuando un actuador o una válvula distribuidora debe gobernarse indistintamente desde dos puntos por separado, distantes físicamente uno del otro. 

Para los equipos en que un órgano debe ser accionado desde varios sitios, siempre se precisarán tantas válvulas selectoras como número de puntos de accionamientos menos 1. 

Válvula de simultaneidad. 

Esta válvula cumple la función lógica Y en los circuitos neumáticos. También tiene dos entradas y una salida. El bloque siempre se realiza sobre la entrada que no esté purgada. Para que exista señal a la salida, debe haber presión necesariamente en las dos entradas. 

En todo caso, lo interesante de esta válvula es que para obtener señal a la salida debe haber señal en las dos entradas. Por este motivo, se usa preferentemente en equipos de enclavamiento y de control, como el accionamiento de una prensa neumática por un operario. Por razones de seguridad, sólo debe bajar la prensa si el operario mantiene activadas dos válvulas a la vez. 

Válvula estranguladora unidireccional. 

La válvula estranguladora unidireccional o estranguladora de retención es una válvula híbrida que reúne características de funcionamiento de las válvulas de bloqueo y de las de flujo. En los equipos neumáticos se usan como válvulas de flujo, para regular la velocidad de los actuadores, pero sólo en un sentido de su movimiento. 

Si interesa disponer de velocidades de avance y retroceso diferentes y controladas, en los cilindro de doble efecto, se disponen dos válvulas, una en cada vía del cilindro. Si interesa que la velocidad de avance y retroceso sea la misma, basta con utilizar una válvula estranguladora normal, no unidireccional; o regularlas al mismo valor. 

En la regulación de la velocidad de los cilindros neumáticos con válvulas estranguladoras unidireccionales, se distingue entre la regulación a la salida y la regulación a la entrada. 

En la regulación de la entrada o alimentación al cilindro, se controla el caudal de aire que entra al cilindro, pero el aire de salida circula libremente hacia el escape. 

Válvula reguladora de flujo o caudal. 

Las válvulas reguladoras de flujo ajustan el caudal circulante a un valor fijo o variable. Su principio de funcionamiento es la estrangulación del aire. Estas válvulas sólo pueden reducir la sección de paso del aire, esto es, sólo pueden disminuir el caudal circulante. El máximo caudal disponible en un circuito, cuando no actúan estas válvulas, es función del paso nominal de las válvulas y de las tuberías. 

Existen dos tipos de válvulas de flujo: 

· Válvulas estranguladoras, que actúan sobre el caudal en cualquiera de los dos sentidos.

· Válvulas estranguladoras unidireccionales, que actúan sobre el caudal en un solo sentido del flujo. 

El mecanismo de estrangulación puede ser por diafragma o por estrechamiento del conducto de paso. Los estrechamientos pueden ser constantes o variables. En la práctica se usan cotidianamente los estranguladores regulables y el ajuste mecánico se reserva para los estranguladores unidireccionales. 

También se pueden considerar válvulas de flujo a los silenciadores y reguladores de escape si actúan sobre el caudal. 

Válvulas reguladoras de presión. 

Las válvulas reguladoras de presión actúan sobre la presión del aire en circulación, controlándola desde un valor nulo hasta el máximo valor de alimentación. La construcción de todas ellas es muy parecida, pero según su colocación en el circuito cumplen diferentes funciones que las identifican. 

Los diferentes tipos de válvulas reguladoras de presión son: 

· Válvula limitadora de presión o de seguridad.

· Válvula de secuencia.

· Válvula reguladora de presión o reductora. 

El ajuste del valor nominal de control se puede realizar a mano o mediante electricidad. En general se usan poco en neumática aunque son necesarias en los equipos de producción de aire comprimido. 

Válvula limitadora de presión. 

La válvula limitadora impide que la presión de un sistema sea mayor que la fijada manualmente a través de un tornillo. Al sobrepasarse esta presión máxima permitida, la válvula abre la conexión con la atmósfera, con lo que se reduce la presión hasta el valor nominal. Entonces se vuelve a cerrar el orificio de purga. 

Se usa en todo equipo de producción de aire con válvula de seguridad. 

Válvula de secuencia. 

El principio de funcionamiento es el mismo que el de la válvula limitadora. La diferencia reside en que en vez de conectar a escape, se conecta a una vía de trabajo. 

Válvula reductora. 

Estas válvulas basan su funcionamiento en una membrana cuyo movimiento se encarga de regular la presión de salida. Esta presión siempre es menor que la de entrada. El objeto es regular la presión de trabajo deseada a un valor predeterminado y constante, independiente de la presión de entrada y del consumidor. 

2.4.2 Accionamiento de las válvulas 

Se tienen dos tipos de mandos: según la representación de la información y según el funcionamiento. 

Según la representación de la información se tienen dos tipos: analógica y digital. 

Analógica

2.4.3 Determinación del tamaño de las válvulas 

Método para determinar el tamaño de las válvulas de control

 

2.5. Válvulas de bloqueo, de presión y de flujo.

Válvula de bloqueo.

Válvula de flujo

Válvulas 

Están constituidas en general por: un cuerpo, un vástago solidario a una pieza de cierre u obturador, un volante o manija, un bonete y los sellos que impiden la fuga del fluido hacia el exterior. 

Válvulas de bloqueo. 

Las válvulas de bloqueo o antirretorno impiden el paso de fluido a presión en un sentido y le dejan pasar en el otro. Se emplea para evitar el retorno del líquido del sistema hidráulico (o del aire en un sistema neumático) a la bomba hidráulica (o al depósito de aire comprimido). 

Estas válvulas están intercaladas en el circuito y constan de un muelle que está tarado a una cierta tensión que empuja a una bola o un disco contra un asiento cónico. Cuando la presión del fluido supera la fuerza del muelle, la bola se separa del asiento cónico y el fluido circula. 

Una variante de la válvula antirretorno es la válvula selectora de circuito también llamada válvula “O” que tienen 2 conductos de entrada y uno de salida. Se representan por: 

Válvula de estrangulación con retención que sirven para regular la velocidad del cilindro. Disponen de un tornillo de regulación. Sólo regulan la velocidad en un sentido, en el otro la circulación es libre. 

Las válvulas de compuerta o esclusa se diseñan en dos tipos. La compuerta de cuña, del tipo de asiento inclinado, es la que más se utiliza. La compuerta de cuña suele ser sólida pero es posible que sea también flexible (cortada parcialmente en mitades por un plano en ángulo recto con la tubería) o dividida (cortada completamente por ese plano). Las cuñas flexibles y divididas minimizan el raspado de la superficie de sellado, al distorsionarse con mayor facilidad paracoincidir con los asientos con mala alineación angular. En el tipo de asiento paralelo y disco doble, un dispositivo de plano inclinado montado entre los discos convierte la fuerza del vástago en fuerza axial, oprimiendo los discos contra los asientos, después que se sitúan en su posición adecuada en el cierre. Este ensamblaje de compuerta se distorsiona automáticamente para adaptarse tanto a la mala alineación angular de los asientos como al encogimiento longitudinal del cuerpo de válvula al enfriarse. 

Cuando cortan el flujo a alta velocidad, de fluidos densos, los ensamblajes de compuerta oscilan violentamente y, para este servicio, son preferibles las válvulas de cuña sólida o flexible, Cuando el manejo de la válvula sea manual, se pueden utilizar pequeñas válvulas de paso, instaladas en paralelo con la principal, para eliminar el problema de la agitación y minimizar el esfuerzo manual de abertura y cierre de las válvulas. Se deben instalar válvulas de asiento paralelo y disco doble con el vástago esencialmente vertical. 

Válvulas de presión 

Estas válvulas limitan la presión máxima de un circuito. Su funcionamiento se basa en el equilibrio entre la presión y la fuerza de un muelle. Se utilizan en todos los circuitos hidráulicos y neumáticos como sistema de seguridad; se taran a un valor predeterminado y desvían el caudal hacia retorno cuando se alcanza el valor de presión estipulado. 

Válvulas de alivio de presión 

Para la instalación de válvulas de seguridad en las destilerías se siguen las recomendaciones de la Norma API 520. 

Definiciones 

Válvula de alivio (Reliefvalve), es un artefacto automático que actúa en función de la presión estática aguas arriba. La válvula abre en forma proporcional al incremento de presión por encima de la presión de apertura. Se usa principalmente con líquidos. 

Válvula de seguridad (Safety valve), es un artefacto automático que actúa en función de la presión estática aguas arriba. Se caracteriza por una rápida apertura. Se usa principalmente con gases y vapores. (en la industria del petróleo se usa normalmente para vapor de agua y gas natural). 

Máxima presión de trabajo admisible (Maximumallowableworkingpressure). Es la máxima presión, a la temperatura de trabajo a la que se puede operar el equipo. Es la presión a la que debe ajustarse la primera válvula de seguridad. 

Presión de operación (Operatingpressure). Es la presión a la que normalmente se opera el equipo. Debe ser menor que la máxima presión de trabajo admisible (generalmente 90% de la MAWP). 

Presión de ajuste (Set Pressure). Es la presión a la que se debe ajustar la válvula de seguridad o alivio. 

Presión de prueba en frio (Cold-Differential Test Pressure). Es la presión a la que se debe ajustar la válvula en el banco de pruebas. Para fijar esta presión se deben tener en cuenta la temperatura de trabajo y la contrapresión que se genera en la apertura. 

Acumulación (Accumulation). Es el incremento de presión por sobre la MAWP que se produce durante la descarga de la válvula. La acumulación máxima permisible está establecida en los códigos ASME para operación y contingencias. 

Sobrepresión (Overpressure). Incremento de presión por sobre la de ajuste. Coincide con la acumulación si la válvula se ajusta a la MAWP del recipiente. La sobrepresión será mayor que la acumulación si la válvula se ajusta a una presión menor que la MAWP. 

Depresión (Blowdown). Es la diferencia entre la presión de ajuste y la presión en que la válvula vuelve a cerrarse. 

Contrapresión (Back pressure), es la presión que existe en el lado de la descarga de la válvula. 

Contrapresión existente (Superimposed Back pressure). Es la presión existente en la descarga de la válvula antes de que esta se abra. 

Contrapresión originada (Built-up back presure) es la presión que se desarrolla en la descarga de la válvula debido a la apertura de la misma 

Válvulas de flujo 

Regula y controla la velocidad de un actuador. Los actuadores hidráulicos dependen exclusivamente de la cantidad de fluido, así que utilizando una válvula de flujo podemos manipular el tiempo de llenado o vaciado del actuador. 

Tipos de válvulas de flujo 

Las Válvulas estranguladoras y de cierre, tipo DV permiten una graduación exacta del flujo de ambos sentidos y un cierre sin fugas. 

Las Válvulas estranguladoras-antirretorno, tipo NDRV permiten la graduación del flujo en un solo sentido(A--B). El flujo en el sentido opuesto es libre a través del antirretorno. 

Las Válvulas reductoras han sido diseñadas para su colocación en tubería y permiten un ajuste sin fin del flujo de aceite por medio de su anillo exterior. La válvula reductora puede ser usada en ambas direcciones. 

Las válvulas dependen de la presión y de la viscosidad. 

Las Válvulas reductoras antirretorno han sido diseñadas para colocación en tubería y permiten un ajuste sin fin por medio de su anillo exterior. 

La válvula de bloqueo incorporada permite en el sentido del bloqueo un flujo reducido del líquido, mientras en el sentido contrario el paso libre.

2.6 Sensores mecánicos.

¿Qué es un sensor?

Es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

¿Qué es un sensor mecánico? 

Son dispositivos que cambian su comportamiento bajo la acción de una magnitud física que pueden directa o indirectamente transmitir una señal que indica cambio. 

· Directamente: la conversión de una forma de energía a otra se llaman transductores. 

· Indirecta: Sus propiedades como la resistencia, la capacitancia o inductancia. 

· La señal de un sensor puede ser usada para detectar y corregir las desviaciones de los sistemas de control, e instrumentos de medición. 

· Son interruptores que se activan por la pieza de seguimiento. 

· Estos sensores tienen dos posiciones diferentes, dentro y fuera, abierta o cerrada y que sirven para definir el estado del monitor de escenario. 

Los sensores mecánicos son utilizados para medir: Desplazamiento, posición, tensión, movimiento, presión, flujo.

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