NEUMÁTICA
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Tema B-4:
ELEMENTOS DE TRABAJO O DE CONSUMO 4.1- INTRODUCCIÓN Los elementos de Trabajo o de Consumo son los que realizan el trabajo final, es decir, que son los encargados de cumplir el objetivo para el cual se ha creado el circuito neumático. Se llaman de Consumo porque son los elementos que consumen la mayoría del aire producido por el circuito, también se les suele llamar Actuadores. La primera clasificación que podemos hacer de ellos es en función del tipo de movimiento, así tendremos 2 tipos de Actuadores: • •
Movimiento Lineal: Cilindros Movimiento Giratorio: Motores
4.2- CILINDROS NEUMÁTICOS Solamente realizan movimientos o esfuerzos lineales. Se pueden dividir en 2 grandes grupos: • Cilindros de Simple efecto: Realizan el esfuerzo en un solo sentido y el retorno depende de un muelle o membrana que devuelve el émbolo a su posición inicial. • Cilindros de Doble efecto: Pueden realizar el esfuerzo en los 2 sentidos. 4.2.1- Cilindros de Simple Efecto El aire comprimido actúa sólo en una de las cámaras que delimita el émbolo en el interior del cilindro, por lo que sólo pueden realizar el trabajo en un sentido. En general, la carrera activa de un cilindro de simple efecto es la del vástago saliente y la carrera de retorno se puede realizar fundamentalmente de dos maneras: • •
Por la acción de una fuerza interna (muelle). Por la acción de una fuerza externa (carga).
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Suelen ser de diámetros pequeños y carreras cortas (menores de 100 mm) y se emplean para trabajos tales como sujeción, expulsión, accionamiento, prensado, alimentación en sistemas automatizados, etc. Se caracterizan por tener un único conducto de E/S (entrada/salida) de aire. El aire comprimido entra en la cámara posterior y avanza el pistón venciendo la resistencia del muelle. El retroceso se produce cuando se evacua el aire de la parte posterior, permitiendo al muelle recuperar su posición inicial empujando al émbolo. Para aplicaciones de fijación o bloqueo, se emplean también cilindros de membrana, donde ésta hace las funciones de émbolo, vástago y muelle. Su funcionamiento consiste en que cuando el aire entra en la cámara, la membrana cede y se desplaza, junto con la placa de presión, hacia el exterior; mientras que cuando se evacua el aire, la membrana vuelve a su posición normal. 4.2.2- Cilindros de Doble Efecto Se construyen siempre en forma de cilindro de émbolo y tiene 2 tomas de (E/S) de aire situadas a ambos lados del émbolo. No llevan muelle y el avance y el retroceso son activos. La ventaja de éstos respecto a los de simple efecto es que pueden realizar trabajo en ambos sentidos.
Su funcionamiento es el siguiente: Al dar aire en la cámara posterior del cilindro el vástago avanza, evacuando el aire en la cámara anterior y si se realiza la misma operación inversa el vástago retrocede. Son los mas utilizados, construyéndose modelos de hasta 2000 mm de carrera.
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4.2.3- Otros Tipos de Cilindros En el mercado podemos encontrar gran cantidad de cilindros distintos según la finalidad o necesidad requerida en cada momento, pero siempre partiendo de los 2 grupos principales, es decir, un Cilindro “Siempre” será de simple o de doble efecto, aparte de cualquier otra característica que necesitemos para nuestro trabajo. Algunos de los tipos principales de cilindro que podemos encontrar son: 1) Cilindros de doble efecto y doble vástago: Es una variante del de doble efecto. El émbolo tiene 2 vástagos, uno a cada lado, de modo que cuando uno avanza el otro, naturalmente retrocede. Se utiliza en lugares donde hay poco espacio, colocando el final de carrera sobre el vástago auxiliar. 2) C. De doble efecto con amortiguador Este cilindro es utilizado para amortiguar masas con gran inercia, asegurando una disminución de la velocidad al final de su recorrido (en 1 o en los 2 sentidos) para evitar golpes bruscos que podrían afectar el propio cilindro y a los útiles o elementos que transporta. 3) Unidad Oleoneumática En trabajos mecánicos de precisión con arranque de viruta se exigen velocidades de trabajo constantes, y a veces lentas, imposibles de conseguir neumáticamente. Para ello se recurre a la hidráulica, mediante el acoplamiento de un freno oleohidráulico. El cilindro neumático da la fuerza y el freno hidráulico controla la velocidad. 4) C. De impacto Recibe este nombre debido a su elevada velocidad de avance; ésta se produce gracias a una precámara en la que el aire se acumula hasta alcanzar una determinada presión, momento en el que pasa a la parte posterior del émbolo. 5) C. De Rotación El movimiento rectilíneo del émbolo se transforma en giratorio por la transmisión a una rueda dentada a través de una cremallera situada en el vástago. En estos cilindros se indica el ángulo de rotación además de las características neumáticas. 6) C. Sin vástago Consiste en un C.de D.E. en el que se ha eliminado el vástago y se le ha acoplado al émbolo unos imanes permanentes, de tal forma que el émbolo al moverse dentro del cilindro, desplaza el objeto deseado situado en el exterior por medio de los imanes. Se utiliza principalmente para carreras muy largas, de hasta 10 m.
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4.2.4- Fuerza Ejercida por los Cilindros Además de la carrera, otro criterio importante a la hora de elegir el cilindro adecuado es la fuerza ejercida durante su recorrido. Como dijimos en temas anteriores: F= P x S , es decir, en un cilindro la fuerza será el resultado de multiplicar la presión del circuito por la superficie del émbolo. Este resultado no es del todo cierto ya que en realidad deberíamos descontar la fuerza de rozamiento (y la fuerza del muelle en un cilindro de simple efecto) ya que actúan en sentido contrario, sin embargo, en la práctica despreciaremos estas fuerzas contrarias. Otra consideración importante a tener en cuenta es que en un C.D.E. la fuerza en el retroceso es menor que en el avance ya que la superficie del émbolo es menor, al tener que descontar la superficie ocupada por el vástago.
4.3- MOTORES DE AIRE COMPRIMIDO Los motores transforman la energía comunicada al aire por el compresor en movimiento rotativo. Se emplean especialmente en aquellos casos o situaciones en que resulta difícil el uso o el mantenimiento de motores eléctricos, como por ejemplo en ambientes deflagrantes, corrosivos, de elevada temperatura, o cuando se precisen condiciones de funcionamiento muy exigentes, como arranques y paros instantáneos, fuertes sobrecargas, variaciones constantes de velocidad, etc. Por estos motivos se suele usar en minería, en las industrias del petróleo, químicas, siderurgicas, etc. Se pueden hacer 2 clasificaciones distintas de los motores: según su funcionamiento y según su construcción: Los diferentes tipos de motores, según su funcionamiento, que podemos encontrar son: a) M. De 1 sentido de giro y caudal constante. b) M. De 1 sentido de giro y caudal variable c) M. De 2 sentidos de giro y caudal constante. d) M. De 2 sentidos de giro y caudal variable e) M. De giro limitado.
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Según su forma constructiva, existen 3 tipos fundamentales de motores neumáticos: •
Los motores rotativos de pistones están constituidos por varios émbolos, unidos por medio de bielas a un eje principal en forma de cigüeñal. Las potencias van desde algunos vatios hasta 50/60 CV y la velocidad desde pocas r.p.m. hasta varios miles.
•
Los motores de paletas son de menor peso y de construcción más sencilla que los anteriores. Su forma constructiva es similar al compresor de paletas, solo que su funcionamiento es al revés, es decir, en el compresor su función es comprimir el aire y en el motor su función es hacer girar un eje. Constan de una carcasa y un rotor excéntrico con paletas. Las paletas se adaptan a la superficie de la carcasa debido a un muelle situado en las ranuras del rotor y también a causa de la fuerza centrífuga.
•
Los motores de turbina se emplean cuando se requieren altas velocidades de giro (del orden de 500.000 r.p.m.) y pequeñas potencias. El aire comprimido actúa sobre unas paletas que sobresalen del eje principal, denominadas álabes, dotadas de una geometría especial para provocar el giro del eje. Su forma constructiva es similar a la de los turbocompresores.
4.4- DIAGRAMA ESPACIO-FASE Este diagrama, también llamado diagrama de pasos o diagrama de funciones, tiene la misión de representar esquemáticamente la secuencia de movimientos de los elementos de trabajo. Se trata de una retícula formada por cuadrículas en la que se representan a la izquierda en la vertical los dos posible estados de un cilindro: “0”= Vástago metido (cilindro a menos) “1”= Vástago fuera (cilindro a más) En la parte superior, sobre la línea que separa los cuadrados, a partir de la primera línea se representa numéricamente en orden creciente y a partir de –1 las fases. Si hay más de un elemento (cosa normal), se representan uno por debajo del otro. De esta forma se puede establecer una relación entre ellos.
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