DISPOSITIVOS Y ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LA PRENSA NEUMATICA

El uso y diseño de circuitos neumáticos se adecúa perfectamente a trabajos de baja capacidad, entendiéndose como baja capacidad presiones que no excedan a los 9 bares, presión suficiente para doblar o incluso punzonar láminas con calibre muy bajo; en ese sentido el circuito neumático debe estar protegido contra agentes externos, como polvo y humedad, y además de esa protección de tipo ambiental se debe contar con una protección o válvula de desfogue en caso de una variación inesperada en la presión debida a su vez a una variación en el voltaje.

INTRODUCCIÓN

En este capítulo se describen tanto los elementos que constituyen la prensa, así como los dispositivos neumáticos ya manufacturados, que hacen funcionar la prensa. Todo tipo de prensa, independientemente del tipo forma o función, consiste básicamente de un bastidor, mesa de trabajo, elemento que transmite energía cinética, dispositivos de control, motor eléctrico y / o hidráulico. 

En este caso se trata de una prensa neumática para la cual se requiere una instalación adecuada a la necesidad, es decir, toda instalación neumática requiere de un equipo motocompresor y una línea de alimentación además de dispositivos especiales requeridos para la limpieza, secado y lubricación del aire. 

El equipo para accionar un pistón neumático o actuador, que en el presente caso es de doble efecto, está constituido principalmente por un motocompresor de un paso, que alimenta aire a una presión determinada. La preparación del aire exige equipos y dispositivos para la limpieza del aire, ya que no puede usarse el aire según sale del compresor. Las impurezas, tales como polvo de la contaminación atmosférica, pueden dañar sensiblemente la línea de conducción y todos los demás aditamentos neumáticos.

La unidad de mantenimiento es un conjunto de tres elementos para limpiar y secar el aire comprimido, y se conectan e incorporan en línea según sale el aire comprimido del motocompresor: 

• Filtro de aire comprimido. 
• Regulador de presión. 
• Lubricador de aire comprimido. 

Después de ser lubricado el aire, y en serie, se coloca un regulador de presión, el cual tiene por objeto mantener la presión estable, es decir, tener siempre una presión sin variaciones en la alimentación. Posteriormente se tiene propiamente el circuito neumático, consistente en dos válvulas direccionales 3 vías 2 posiciones constituyendo el doble mando neumático para activar otra válvula intermedia 5 vías 2 posiciones, la cual sirve para conmutar la señal, que pasa a otra válvula llamada de escape rápido, cuyo objetivo es elevar la energía cinética del actuador, esto es, un cilindro de doble efecto con una determinada carrera, tiene en su extremo la herramienta de doblez o de corte. 

La prensa tiene integrada una alarma, cuya señal auditiva está conectada a las dos válvulas distribuidoras con objeto de desactivar el mando y hacer regresar el vástago a su posición original. El temporizador junto con la alarma constituyen un tipo de control que sirve para determinar automáticamente el tiempo de actuación y regreso del vástago a su posición original. 

Desde el punto de vista estructural, la prensa está armada con dos bastidores que pueden estar manufacturados en acero según código SAE 4320, una pequeña mesa de trabajo y dos soportes que fijan la prensa a los bastidores.

En los próximos párrafos se menciona los dispositivos neumáticos, que protegen y activan la prensa, así mismo, en el diagrama Núm 1(11) , por ejemplo, se presenta el esquema de los dispositivos de protección y mantenimiento: 

• A : Alimentación y válvula 3/2. 
• B : Filtro con purga. 
• C : Reductor de presión. 
• D : Manómetro. 
• E : Toma de aire sin lubricación. 
• F : Lubricador. 
• G : Presostato.

El diagrama Núm. 2 muestra todos los elementos que participan en el accionamiento de la prensa que posteriormente se automatizará. Los elementos son los enlistados abajo: 

• Alimentación de aire y unidad de mantenimiento ( ya mencionado ). 
• 2 Válvulas 3/2 con botón y regreso por resorte. 
• 1 Válvula 4/2 piloteada neumáticamente. 
• 1 Válvula regulable anti-retorno 
• 1 Temporizador. 
• Actuador doble efecto.

COMPRESORES DE ÉMBOLO 

Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos 100 kPa. (1 bar) a varios miles de kPa (bar).

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad con la relación, más pequeña. Durante el trabajo de compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema de refrigeración.(12) 

Los compresores de émbolo oscilante (Ver figura 2.1.) pueden refrigerarse por aire o por agua, según las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son: 

Hasta 400 kPa (4 bar), una etapa 

Hasta 1.500 kPa (15 bar), dos etapas 

Más de 1.500 kPa (15 bar), tres etapas o más.

No resulta siempre económico, pero también pueden utilizarse compresores 

De una etapa, hasta 1.200 kPa (12bar) 

De dos etapas, hasta 3.000 kPa (30 bar) 

De tres etapas, hasta 22.000 kPa (220 bar)

UNIDAD DE MANTENIMIENTO. 

La unidad de mantenimiento representa una combinación de los siguientes elementos: 

Filtro de aire comprimido 

Regulador de presión 

Lubricador de aire comprimido 

Debe tenerse en cuenta los siguientes puntos: 

a) El caudal total de aire en m3 /h es decisivo para la elección del tamaño de unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una caída de presión demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los valores indicados por el fabricante. 

b ) La presión de trabajo no debe sobre pasar el valor estipulado en la unidad, la temperatura no deberá ser tampoco superior a 50o C (valores máximos para recipientes de plásticos). La figura 2.2. se refiere a la unidad de mantenimiento.

Filtro de aire comprimido con regulador de presión. 

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

Para entrar en el recipiente, el aire comprimido tiene que atravesar la chapa deflectora pero vista de ranuras directrices.

Como consecuencia se somete a un movimiento de rotación. Los componentes líquidos y las partículas grandes de suciedades se desprenden por el efecto de la fuerza centrífuga y se acumulan en la parte inferior del recipiente. 

En el filtro sintetizado (ancho media de poros, 40 µm) sigue la depuración del aire comprimido. 

Dicho filtro (4) separa otras partículas de suciedad. Debe ser substituido o limpiado de vez en cuando, según el grado de ensuciamiento del aire comprimido. El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presión y llega a la unidad de lubricación y de aquí a los consumidores. 

La condensación acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deberá vaciar antes de que alcance la altura máxima admisible, a través del tornillo de purga. Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga automática de agua. 

Funcionamiento de la purga automática de agua. 

El agua condensada es separada por el filtro. De vez en cuando hay que vaciar la purga, porque de lo contrario el agua será arrastrada por el aire comprimido hasta los elementos de mando. En la purga de agua mostrada en la figura 2.3. , el vaciado tiene lugar de forma automática. 

El condensado del filtro llega a través del tubo de unión (1), a la cámara del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2) sube y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una tobera (10). Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra cámara y empuja la membrana (6) contra la válvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a medida que disminuye el nivel del condensado. El aire restante escapa a la atmósfera por la tobera (5). La purga puede realizarse también de forma manual con el perno (8).

Regulador de presión con orificio de escape. 

El regulador tiene la misión de mantener la presión de trabajo (secundaria) lo más constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red (primaria) y del consumo de aire. La presión primaria siempre ha de ser mayor que la secundaria. Es regulada por la membrana (1) figura 2.3.b), que es sometida, por un lado, a la presión de trabajo, y por el otro a la fuerza de un resorte (2), ajustable por medio de un tornillo (3). 

A medida que la presión de trabajo aumenta, la membrana actúa contra la fuerza del muelle. La sección de paso en el asiento de válvula (4) disminuye hasta que la válvula cierra el paso por completo. En otros términos, la presión es regulada por el caudal que circula. 

Al tomar aire, la presión de trabajo disminuye y el muelle abre la válvula. La regulación de la presión de salida ajustada consiste, pues, en la apertura y cierre constantes de la válvula. Con el objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de válvula (6) hay dispuesto una amortiguador neumático o de muelle (5). La presión de trabajo se visualiza en un manómetro. 

Cuando la presión secundaria aumenta demasiado, la membrana es empujada contra el muelle. Entonces se abre el orificio de escape en la parte central de la membrana y el aire puede salir a la atmósfera por los orificios de escape existentes en la caja. Regulador de presión sin orificio de escape En el comercio se encuentran válvulas de regulación de presión sin orificios de escape. Con estas válvulas no es posible evacuar el aire comprimido que se encuentra en las tuberías.

Funcionamiento: Ver Figura 2.4. a) y b). 

Por medio de un tornillo de ajuste (2) se pretensa el muelle (8) solidario a la membrana (3). Según el ajuste del muelle (8), se abre más o menos el paso del lado primario al secundario. El vástago (6) con la membrana (5) se separa más o menos del asiento de junta. 

Si no se toma aire comprimido del lado secundario, la presión aumenta y empuja la membrana (3) venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7) empuja el vástago hacia abajo, y en el asiento se cierra el paso de aire. Sólo después de haber tomado aire del lado secundario, puede afluir de nuevo aire comprimido del lado primario.

Lubricador de aire comprimido. 

El lubricador figura 2.5. tiene la misión de lubricar los elementos neumáticos en medida suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas móviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosión.

El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la salida (2). Por el estrechamiento de sección de la válvula (5), se produce una caída de presión. En el canal (8) y en la cámara de goteo (7) se produce una depresión (un efecto de succión). A través del canal (6) y del tubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a través de la cámara de goteo (7) y el canal (8) hasta el aire comprimido , que fluye hacia la salida (2). Las gotas de aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el consumidor. 

La sección de flujo varía según la cantidad de aire que pasa y varía la caída de presión, o sea, varía la cantidad de aceite. En la parte superior del tubo elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de un tornillo. 

Una determinada cantidad de aceite ejerce presión sobre el aceite que se encuentra en el depósito, a través de la válvula de retención (3).

Los lubricadores trabajan generalmente según el principio de Venturi. Ver figura 2.6. La diferencia de presión ∆p, caída de presión (h) entre la presión reinante antes de la tobera y la presión en el lugar más estrecho de esta se emplea para aspirar liquido (aceite) de un deposito y mezclarlo con el aire. 

El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente grande.

Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza para producir una depresión suficiente y aspirar el aceite del deposito. 

Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante.

Funcionamiento de un lubricador. 

El lubricador mostrado en la figura 2.5. anterior trabaja según el principio de Venturi.

VÁLVULAS 

Según la norma [DIN 24300], la definición es:(6) 

Válvulas son dispositivos para controlar o regular el arranque, parada y sentido así como la presión o el flujo del medio de presión, impulsado por una bomba hidráulica, un compresor, una bomba de vacío o acumulado en un depósito. La denominación de válvula es de significado superior correspondiendo al uso internacional del idioma para todas las formas de construcción tales como válvulas de compuerta, válvulas de bola, válvulas de plato, grifos, etcétera. 

La forma de construcción de una válvula es de una significación secundaria dentro de un equipo neumático; en él sólo importa la función que puede obtener de ella, la forma de accionamiento y el tamaño de la rosca de conexión; con está última característica queda determinado el paso correspondiente. 

Las válvulas empleadas en Neumática sirven principalmente para controlar un proceso actuando sobre las magnitudes que intervienen en él. Para poder controlar, se necesita una energía de control con la que debe intentarse conseguir el mayor efecto posible con el gasto mínimo. La energía de control viene determinada por la forma de accionamiento de una válvula y puede conseguirse manualmente o por medios mecánicos, eléctricos, hidráulicos o neumáticos. 

De acuerdo con la función que realizan, las válvulas neumáticas se clasifican en las siguientes grupos principales: 

• Válvulas distribuidoras o de vías. 
• Válvulas antirretorno o de bloqueo. 
• Válvulas reguladoras de presión. 
• Válvulas reguladoras de flujo o de velocidad.

Válvulas distribuidoras. 

Estas válvulas influyen en el camino del aire comprimido (de manera preferente arranque, parada y sentido de paso). 

Según el número de vías controladas se le llama válvula de dos vías, de tres vías, de cuatro vías o de múltiples vías. Como vías se consideran: la conexión de entrada de aire comprimido, conexión (es) de alimentación para el consumidor y orificios de purga (escape). 

Los orificios de salida se consideran siempre como una sola vía controlada, aún cuando la válvula tenga varios de ellos. Los orificios de purga de una válvula neumática de vías se consideran siempre como una vía única controlada. 

Características de las válvulas según la función. 

Al grupo de las válvulas de dos vías pertenecen todas las llaves de paso, ya que éstas poseen un orificio de entrada (1.o vía) y otro de salida (2.o vía). En ellas, si la válvula está abierta, el aire comprimido puede circular libremente de izquierda a derecha o viceversa, ver figura 2.7. La conexión del aire comprimido (alimentación) se designa con la letra P. 

Las tuberías de trabajo con letras mayúsculas en la secuencia A, B, C,... Los orificios de purga con R, S, T,.. Las tuberías de control o accionamiento con Z, Y, X,.. 

En las válvulas con reposición incorporada (por ejemplo con resorte) se llama posición de reposo a ala que adopta el elemento móvil de la válvula cuando ésta en reposo y no es accionada [definición según la norma DIN 24300]. 

Las válvulas de dos vías sólo figuran en aquellas partes de los equipos neumáticos donde no se precisa ninguna purga de un apartado conectado.

Todos los cilindros deben purgarse (dar salida al aire) después de realizar el trabajo con el fin de que puede comenzar una nueva fase. Por consiguiente, se precisa una válvula de tres vías para accionar las tres tomas siguientes: 

Vía: toma de la red (P) = alimentación. 

Vía: Conducción al consumidor (A) = utilización. 

Vía purga (R) = escape. 

En la presentación simbólica, las conexiones (alimentaciones y escapes) se refieren a la posición de reposo, o, si no hay ninguna posición preferente se refieren a al posición de partida.

Se llama posición de partida a aquella posición de maniobra que toman las partes móviles de una válvula tras incluirla en un equipo y establecer la presión de la red (o dado el caso, también la tensión eléctrica) y con la que se inicia el programa de trabajo previsto [definición según DIN 24300]. Figura 2.7 .

De acuerdo con el número de las posiciones de maniobra posibles de una válvula deben preverse en la presentación simbólica el mismo número de rectángulos para ella. Las posiciones de maniobra se designan con las letras minúsculas a, o, b, en caso de existir posición de reposo se le asigna con la letra o, ver figura 2.8.

Las válvulas de vía se designan según el número de las vías controladas y el de las posiciones de maniobra posibles. Por ejemplo, válvula de 2/2 vías, válvula de 4/2 vías, válvula de 4/3 vías. Figura 2.9.

CONSTITUCIÓN DE LOS CILINDROS. 

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como el retorno. 

Constitución de los cilindros. 

El cilindro de émbolo se compone de: tubo, tapa posterior (fondo) y tapa anterior con cojinete (manguito doble de copa), vástago, casquillo de cojinete y aro rascador; además, de piezas de unión y juntas. 

El tubo cilíndrico (1) se fabrica en la mayoría de los casos de acero embutido sin costura. Para prolongar la duración de las juntas, la superficie interior del tubo debe someterse a un mecanizado de precisión (bruñido). 

Para aplicaciones especiales, el tubo se construye de aluminio, latón o de tubo de acero con superficie de rodadura cromada. Estas ejecuciones especiales se emplean cuando los cilindros no se accionan con frecuencia o para protegerlos de influencias corrosivas. 

Para las tapas posterior de fondo (2) y anterior (3) se emplea preferentemente material de fundición (de aluminio o maleable). La fijación de ambas tapas en el tubo puede realizarse mediante tirantes, roscas o bridas. 

El vástago (4) se fabrica preferentemente de acero bonificado. Este acero contiene un determinado porcentaje de cromo que lo protege de la corrosión. A deseo, el émbolo se somete a un tratamiento de temple. Su superficie se comprime en un proceso de rodado entre discos planos. La profundidad de rugosidad del vástago es de 1µm. En general , las roscas se laminan al objeto de prevenir el riesgo de roturas.

En cilindros hidráulicos debe emplearse un vástago cromado (con cromo duro) o templado.

Para hermetizar el vástago se monta en la tapa anterior un collarín obturado (5). Ver figura 2.10. De la guía de vástago se hace cargo un casquillo de cojinete (6), que puede ser de bronce sintetizado o un casquillo metálico con revestimiento de plástico. 

Delante del casquillo de cojinete se encuentra un aro rascador (7). Este impide que entren partículas de polvo y suciedad en el interior del cilindro. Por eso, no se necesita emplear un fuelle. 

El manguito doble de copa (8) sella completamente la cámara del cilindro. 

Materia: 

Perbutano para temperaturas entre -20o C y + 80o C 

Vitón para temperaturas entre -20o C y + 190o C 

Teflón para temperaturas entre -80o C y + 200o C 

Los materiales que se mencionan se refieren al recubrimiento interno del cilindro neumático mediante los cuales se pueden resistir la temperaturas escritas. 

Las juntas tóricas o anillos toroidales (9) se emplean para obturación estática, porque deben pretensarse, y esto causa pérdidas elevadas por fricción en aplicaciones dinámicas.

Cilindros de doble efecto.

En el presente trabajo se usa un cilindro de doble efecto con sensores de fin de carrera integrados al cuerpo del actuador, a continuación se describe el cilindro de doble efecto 

Los cilindros de doble efecto mostrado en la figura 2.11. se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial. En principio, la carrera de los cilindros no está limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago salido. También este caso, sirve de empaquetadura los labios y émbolos de las membranas.

Cilindros con amortiguación interna. 

Cuando las masas que traslada un cilindro son grandes, al objeto de evitar un l aire comprimido se comprime más en la última parte de la cámara del 2 C choque brusco y daños se utiliza un sistema de amortiguación que entra en acción momentos antes de alcanzar el final de la carrera. Antes de alcanzar la posición final, un émbolo amortiguador corta la salida directa del aire a la exterior. En cambio, se dispone de una sección de escape muy pequeña, a menudo ajustable. Ver figura 2.12. 

El aire comprimido se comprime más en la última parte de la cámara del cilindro. La sobre-presión producida disminuye con el escape del aire a través de las válvulas anti-retorno y de estrangulación montadas (sección de escape pequeña). El émbolo se desliza lentamente hasta su posición final. En el cambio de dirección del émbolo, el aire entra sin obstáculos en la cámara del cilindro por la válvula anti-retorno.

SUMARIO

En este capitulo se mencionan todos los componentes básicos para una instalación neumática tales como la unidad de mantenimiento que es una unidad de protección contra el aire atmosférico contaminado, posteriormente se menciona brevemente el funcionamiento del compresor a su vez se da una descripción de las válvulas más elementales usadas en todo el circuito.

En un apartado se menciona las características de los cilindros de doble efecto.

Se presenta un diseño del diagrama neumático a utilizar.

BIBLIOGRAFÍA 

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20.- Apuntes de Neumática Avanzada Compañía SMC, International Training 2000. 

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