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Neumática Industrial. Generalidades. El Circuito

Neumático. Aplicaciones Industriales.

Dr. Raúl Martín – Universidade do Algarve

raul.martin@uca.es – Septiembre 2010

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Contenido

1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

1.2. Propiedades más relevantes.

2. El circuito neumático.

2.1. Estructura.

2.2. Componentes: Características y

funcionamiento.

3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.

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Contenido

1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

1.2. Propiedades más relevantes.

2. El circuito neumático.

2.1. Estructura.

2.2. Componentes: Características y

funcionamiento.

3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

Griegos

Pneuma: soplido, aliento, alma

Pneumatica: técnica que utiliza el aire

como vehículo para transmitir energía

Navegación a vela

Molinos de viento: moliendas y bombeo

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

2500 a.C. – Muelles de soplado

1500 a.c. – Fuelle de mano y de

pie (fundición no ferrosa)

s I. a.C. – el Griego Tesibios

inventa el cañón neumático

s. XVII - Estudio de los gases:

Torricelli, Pascal, Mariotte,

Boyle, Gay Lussac

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

Portada de la "Cyclopaedia" de Ephraim Chambers (1728), y Tabla de Neumática

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

1688 – Máquinas de émbolos (Papín)

1762 – Cilindro soplante (John Smeaton)

1776 – Prototipo compresor (John Wilkinson)

s. XIX – Se empieza a usar la neumática en la

industria de forma sistémica

1857 – Perforación túnel Mont Celis

1869 – Freno de aire para FFCC

1880 – Primer martillo neumático

1888 – Red de distribución de aire en París

s. XX – Incorporación de la neumática en mecanismos

y automatización

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

Actualidad - Nueva generación tecnológica s.XXI:

la electrónica como mandoRobots, manipulación, autómatas programables

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

Actualidad - Nueva generación tecnológica s.XXI:

la electrónica como mandoRobots, manipulación, autómatas programables

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1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

Ventajas para la automatización:

- Elasticidad, puesto que puede ser almacenada en

recipientes una vez comprimido

- No posee características explosivas, aún habiendo sido

comprimido

- La velocidad de los actuadores es elevada (1m/s)

- Los cambios de temperatura no alteran sus prestaciones

- Es una técnica limpia (desde el punto de vista

macroscópico)

- Su coste no es elevado

- Simplifica enormemente la mecánica.

Sectores: alimentación, ensamblaje y manipulación,

sistemas robotizados o industrias de proceso continuo

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1. El aire comprimido.

1.2. Propiedades más relevantes.

El aire se concentra en la troposfera, que va desde el

nivel del mar hasta unos 18 km en el ecuador y hasta

unos 8 km sobre los polos.

El aire es una mezcla de gases compuesto

principalmente de nitrógeno, oxígeno, helio, neón,

argón, dióxido de carbono, vapor de agua y algunas

partículas sólidas en suspensión.

Su densidad es de 1,293 kg/m3.

N 78%

O 20%

He, Ne, Ar. 1,3%

dioxido de carbono, vapor de agua,

partículas sólidasResto

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1. El aire comprimido.

1.2. Propiedades más relevantes.

Disponibilidad

Almacenamiento

Simplicidad de diseño y control

Elección del movimiento

Economía

Fiabilidad

Resistencia al entorno

Limpieza del entorno

Seguridad

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1. El aire comprimido.

1.2. Propiedades más relevantes.

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2. La ley de Gay-Lussac

El volumen de aire varía en función de la temperatura.

V1 / V2 = T1 / T2

3. La ley de los Gases Ideales

El volumen de aire varía en función de la temperatura.

P1 · V1 / T1 = P2 · V2 / T2

1. El aire comprimido.

1.2. Propiedades más relevantes.

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Inconveniente principal del a.c.: la humedad

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Contenido

1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

1.2. Propiedades más relevantes.

2. El circuito neumático.

2.1. Estructura.

2.2. Componentes: Características y

funcionamiento.

3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.

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2. El circuito neumático.

2.1. Estructura.

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2. El circuito neumático.

2.1. Estructura.

Válvulas

Actuadores

Compresor

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Compresor.

Acumulador.

Válvulas.

Actuadores.

Tuberías.

Accesorios.

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Compresores

De émbolo

De paletas

De tornillo

- Rooths

- Etc.

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Acumuladores

Almacenan el aire comprimido que

proporciona el compresor.

Su fin principal consiste en adaptar el

caudal del compresor al consumo de la

red.

Accesorios: puerta para inspección

interior, grifo de purga, manómetro,

válvula de seguridad, válvula de cierre, e

indicador de temperatura.

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Válvulas

Gobiernan los circuitos

neumáticos

Las válvulas se clasifican en:

Válvulas distribuidoras (de vías).

Válvulas de bloqueo.

Válvulas de presión.

Válvulas de estrangulación.

Válvulas de cierre

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Válvulas Distribuidoras

Abren, cierran y dirigen el fluido en un sentido u otro a través de las distintas conexiones

Identificables por:

Número de entradas y salidas

Número de posiciones

Accionamiento manual, eléctrico, neumático

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Válvulas Distribuidoras de Vías Múltiples

Pueden ser:

Válvula distribuidora 2/2,

cerrada en reposo, junta de

bola.

Válvula distribuidora 3/2,

cerrada en reposo, junta de

bola.

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Válvula distribuidora 3/2,

abierta en reposo, junta

de asiento plano

Válvula distribuidora 3/2,

accionamiento

neumático

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Válvula distribuidora 4/2,

accionamiento

neumático

Válvula distribuidora 5/2,

accionamiento

neumático

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Válvulas de Presión

Limitan o regulan la

presión del circuito o de

parte del mismo.

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Válvulas de Estrangulación (Caudal)

Limitan o regulan el caudal

del circuito o de parte del

mismo

Influyen en la velocidad de los

actuadores

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Actuadores

Convierten la energía de

presión en energía

mecánica

Pueden ser

Actuadores lineales

Motores

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Actuadores Lineales

Simple efecto

- Con membrana

- Con membrana arrollable

Doble efecto- Con doble vástago

- Con amortiguación interna

De émbolo giratorio

Giratorio

Telecóspico

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Motores Neumáticos

De engranajes

De aletas

Turbomotores

De émbolos

Axiales

Radiales

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Tuberías

Líneas de conducción del aire comprimido

Procurar caída del 2% para conducir condensados

a las purgas

Sistema abierto o cerrado

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2. El circuito neumático.

2.2. Componentes: Características y funcionamiento.

Accesorios

Elementos secundarios del circuito, pero no por ello menos importantes que los componentes principales.

Enfriadores, Secadores, Unidad de mantenimiento, filtros, temporizadores, lubricadores, manómetros, etc.

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Compresor + Enfriador + Acumulador + Secador

Enfriador: enfrían el aire para permitir que vuelva a ser comprimido (compresor multietapas)

Evitan el calentamiento del aire y por tanto que coja humedad

Secador: eliminan el vapor de agua contenido en el aire

Pueden ser: en frío, por absorción, y por adsorción

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Filtros

Limpian el aire de

impurezas

Eliminan condensados

Suponen pérdida de

carga

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Lubricador

El aire es dotado de una

fina neblina de aceite.

Así, las piezas móviles de

los elementos

neumáticos se proveen

de lubricante,

disminuyéndose el

rozamiento y el desgaste.

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Unidad de Mantenimiento

Filtro + Reductor +

Lubrificador

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Manómetros

Miden la presión en un

punto o parte del circuito

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Simbología

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Contenido

1. El aire comprimido.

1.1. Historia.

1.2. Propiedades más relevantes.

2. El circuito neumático.

2.1. Estructura.

2.2. Componentes: Características y

funcionamiento.

3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

¿QUE PUEDE HACER LA NEUMÁTICA?

Las aplicaciones del aire comprimido no tienen límites: desde la utilización,

por parte del óptico, de aire a baja presión para comprobar la presión del

fluido en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos

en máquinas con procesos robóticos, hasta las grandes fuerzas necesarias

para las prensas neumáticas y martillos neumáticos que rompen el hormigón.

El ser humano posee el compresor más

antiguo: los pulmones, capaces de

bombear 100 l/min a una presión entre

0,02 y 0,08 bar

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos

químicos

Accionamiento de puertas pesadas o calientes

Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de acero,

minería e industrias químicas

Apisionamiento en la colocación de hormigón

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

Elevación y movimiento en maquinas de moldeo

Pulverización en la cosecha y accionamiento de otro

equipamiento tractor

Pintura por pulverización

Sujeción y movimiento en el trabajo de la madera y la

fabricación de muebles

Montaje de plantillas y fijación en la maquinaria de ensamblado

y maquinas herramientas

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

Sujeción para encolar, pegar en caliente o soldar plásticos

Sujeción para soldadura fuerte y normal

Operaciones de conformado para curvado, trazado y alisado

Maquinas de soldadura eléctrica por puntos.

Ribeteado

Accionamiento de cuchillas de guillotina

Maquinas de embotellado y envasado

Accionamiento y alimentación de maquinaria para trabajar la

madera

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

Plantillas de ensayo

Maquinas herramientas mecanizado o alimentación de

herramientas

Transportadores de componentes y materiales.

Manipuladores neumáticos

Calibrado automático o verificación

Extracción del aire y elevación por vació de placas finas.

Tornos de dentista

Y muchos mas....

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

1. Agricultura y explotación forestal

2. Industria de producción de energía

3. Explotación minera

4. Industria Química

5. Industria petrolífera

6. Industria del plástico

7. Áridos, vidrio

8. Industria metalúrgica

9. Industria de productos no metálicos

10. Construcción de máquinas

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

2. Industria de producción de energía

2.01. Centrales eléctricasdispositivos de ventilación para edificios de caldera

correderas telemandadas

mandos de interruptores neumáticos

2.02. Centrales nuclearesentrada y salida de barras de combustibles y dispositivos de

frenado

cierres de compuertas

dispositivos de control y de medición

2.03. Abastecimiento de aguacontrol de nivel y servomecanismos de corredera

accionamiento de válvulas y rejillas en instalaciones de

depuradoras y suministros

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

4. Industria Química

Dispositivos para cierre de tapas

Instalaciones de dosificación

Accionamiento de rodillos mezcladores de laboratorio

Dispositivos de elevación y descenso para baños

Accionamiento de compuertas

Mandos de balanzas

Técnica de embalaje

Reguladores de nivel

Dispositivos de regulación de procesos

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

6. Industria del plástico

6.01. Producción de plásticoDispositivos de mando para el transporte y la

distribución de material fluido

Accionamiento de válvulas y cierre de silos

6.02. Fabricación de piezas de plásticoAjuste de los rodillo de la calandra

Accionamiento de cuchillas

Dispositivos de cierre para embutición profunda

Etc.

6.03. Fabricación de piezas de goma.Dispositivos de seguridad

Etc.

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

8. Industria metalúrgica

8.01. Siderurgia.Dispositivos auxiliares en laminadoras

Accionamientos para máquinas separadoras

Etc.

8.02. Metalurgia – Materia primaDispositivos auxiliares en hornos de fusión

Dispositivos de sujección y de accionamiento de cizallas y

sierras

Etc.

8.03. Fundición.Dispositivos de transporte y de almacenamiento

Máquinas de desbarbado

Cierres de lingoteras

Etc.

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

9. Industria de productos no metálicos.

9.1. Industrial del papel.

Dispositivos para el desplazamiento de rodillos y

tensores, y de apilar

Dispositivos de transporte, sujeción, corte, plegado,

prensado, empaquetado

Accionamiento de prensas de recortes

Accionamiento de dosificadores de grapas

Control de cinta

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.1. Campo de actuación.

9. Industria de productos no metálicos.

9.5. Construcción.

Mandos de cierre de silos para material de construcción

Mandos para mezcladores según peso

Prensas moldeadoras para bloques de materiales sintéticos

Dispositivos de transporte para hornos de ladrillos y la

industria de materiales prefabricados

Instalaciones de dosificación para materiales de

construcción y asfalto

Instalaciones para pintar a pistola

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3. Aplicaciones de la neumática.

3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.

- Transporte:

Cojines Neumáticos

Sistema de frenado

- Motor de Aire Comprimido

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Transporte: Cojines neumáticos

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Funcionamiento del Cojín Neumático

El coeficiente de fricción se reduce a niveles de 0,001 !!!!!!!!

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Características

El cojín admite una Presión máxima que evita que ésta se dispare.

Las dimensiones de anchura y longitud le confieren una gran

adaptabilidad con la carga.

Altura de construcción (variable a petición del cliente).

Altura de elevación (con una tolerancia de 5 mm).

Válido para suelos revestidos con resina sintética.

Consumo energético específico, calculado para un compresor con

una absorción de energía de 5,5 a 6 Kw min/m3.

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Ventajas

ahorran energía

requieren poca inversión

están protegidos contra explosiones

son flexibles

silenciosos

fáciles de utilizar

respetuosos con el medio ambiente

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Trasnsporte interior

Pueden reducir los gastos de producción hasta un 40 %, ya que ofrece las siguientes ventajas:

Medio de transporte de gran flexibilidad, móvil en todas las direcciones.

Fácil adaptación a nuevos productos.

Menor superficie necesaria que con la técnica de transporte convencional.

Ausencia de costosos equipos con pesados sistemas de elevación.

Desaparición de los carriles y de las grúas.

Menor consumo energético gracias a la eliminación casi completa de la fricción.

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Transporte interior

Inversión rentable también para la producción de series pequeñas.

Posibilidad de utilizar los sistemas de cojines neumáticos con una carga desde 0,1 a más de 1000 toneladas.

Exactitud de posicionamiento.

Adquisición económica.

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Aplicaciones

Fabricación de grandes transformadores.

Gracias a la combinación de varios pallets “pequeños” e iguales es

posible abarcar fácil y económicamente la gama completa de

producción desde las 10 tons hasta más de 560 tons.

Sistema de transporte basado en cojines neumáticos

deslizantes aplicado a la industria aeronáutica.

Se consigue un montaje final integrado, es decir, se realizan en un

mismo lugar el montaje final y el equipamiento interior, asimismo, el

montaje en el interior y en el exterior del avión pueden realizarse al

mismo tiempo.

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Aplicaciones

Fabricación de vehículos sobre carriles.

Se permite un ahorro del 50% en los gastos de inversión y un

aumento de la productividad entre un 20% y un 40%.

Gracias a esta técnica ha sido posible conseguir por primera vez

una planta de montaje realmente flexible.

Accionamiento de sistemas de elevación.

Mecanismos de elevación (carretillas elevadoras, plataformas

elevadoras o grúas) equipados con sistemas de cojines neumáticos

deslizantes permiten una gran libertad de movimiento en cualquier

dirección y, al contrario de los mecanismos de traslación utilizados

hasta ahora, permiten que una sola persona mueva cargas muy

pesadas.

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Aplicaciones

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Transporte: Sistema de Frenado

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La grúa-cama NICOLAS

Velocidad de 4 km/h hasta 200 toneladas de carga

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NICOLAS

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Compresor NICOLAS

De Paletas

Accionado por correa desde el

motor

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Calderines NICOLAS

2 calderines, de 45 y 60

litros, para la parte

delantera

Idem para la parte trasera

TOTAL 4 calderines

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Válvulas de NICOLAS

Válvula de antirretorno [2]

Válvula de presión proporcional [12]

Electroválvula 3/2 – [15]

Válvula selectora (“O”) – [17]

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Actuadores NICOLAS

Cilindro de doble cámara por muelle

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Accesorios NICOLAS

Filtro de conducción

Desecador de aire

Indicador de presión mínima

Válvulas de purga automática

Etc.

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Circuito Neumático. NICOLAS.

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Circuito Neumático. NICOLAS.

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NICOLAS. Estructura.

Abastecimiento de energía.

Sensores. Señales de entrada.

Procesadores.

Válvulas de control.Señales de mando.

Actuadores. Señales de salida.

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En Marcha. Desbloqueo de frenos.

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En Marcha. Frenamos.

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Frenado de Estacionamiento / Emergencia

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Motor de aire comprimido

http://www.motordeaire.com/

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Motor de aire comprimido

http://www.motordeaire.com/Pdf/Comparativo_motores.pdf

Las nuevas aplicaciones del motor MDI abren

multitud de posibilidades en campos como:

-la náutica

- co-generación

- motores auxiliares

- grupos electrógenos

-etc.

El aire comprimido es un nuevo vector

energético que permite, de forma viable, la

acumulación y el transporte de la energía.

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Gracias,

raul.martin@uca.es