Oposita FP Tema Muestra Mecanizado Y Mantenimiento De Máquinas, Tema 3 PDF

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opositafp.com ©2025 TEMA 3. Sistemas neumáticos y electro-neumáticos: Simbología gráfica. Generación y alimentación de aire comprimido. Válvulas, actuadores. Tipos, funcionamiento, aplicación y mantenimiento. Configuración de sistemas. INDICE 1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................... 2 2. SIMBOLOGIA GRÁFICA...................................................................................... 3 3. GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO....................... 4 4. VÁLVULAS O ELEMENTOS DE CONTROL................................................... 5 5. ELEMENTOS RECEPTORES DE TRABAJO.................................................. 8 6. TIPOS, FUNCIONAMIENTO, APLICACIÓN Y MANTENIMIENTO.............. 9 7. CONFIGURACIÓN DE SISTEMAS.................................................................. 10 8. ELECTRONEUMÁTICA...................................................................................... 11 9. CONCLUSIÓN...................................................................................................... 12 10. BIBLIOGRAFÍA Ó WEBGRAFÍA.................................................................. 12 1 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 1. INTRODUCCIÓN El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce el hombre. Se tiene constancia que el primero en utilizar el aire comprimido como elemento de trabajo fue el griego KTESIBIOS hace más de 2000 años, el cual construyó una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como energía procede del siglo I de nuestra era, donde ya describe mecanismos accionados por medio del aire caliente. La expresión PNEUMA procede de los griegos que designa la respiración, el viento y también el alma en un contexto más filosófico. De esa expresión se obtuvo el concepto NEUMATICA que trata los movimientos y procesos del aire. Como he comentado, hace siglos que el hombre utiliza el aire comprimido, pero no fue hasta el siglo pasado cuando se empezó a investigar su comportamiento y sus reglas, y aproximadamente desde 1950 se puede hablar de una verdadera aplicación industrial de la neumática en los procesos de fabricación. Los sistemas neumáticos están en una constante transformación acorde a los nuevos avances tecnológicos, hoy en día la digitalización de la neumática es una realidad, donde la fusión de la mecánica, la electrónica y el software permiten controlar los componentes neumáticos desde cualquier equipo informático. Todo esto permite descargar aplicaciones para actualizar el sistema periódicamente: aplicaciones para control de fugas, aplicaciones destinadas a la eficiencia energética, etc. Consiguiendo dispositivos que utilizan un 70% menos de aire que las válvulas convencionales. La empresa alemana FESTO es un referente en lo que se refiere a tecnología neumática. Son varios los libros y las publicaciones que Festo pone a disposición de los ususarios para entender los sistemas neumáticos, siendo “Introducción en la Neumática” uno de los libros en los que me he apoyado para desarrollar el tema que nos ocupa. La inteligencia artificial es el reto propuesto para el sector, adaptarse a las demandas de la INDUSTRIA 4.0, la cual exige una nueva interacción entre las personas, las máquinas y los datos. En función a esto la empresa FESTO ya trabaja con brazos robóticos, capaces de poder ejecutar diferentes movimientos, como agarrar con fuerza o levantar algo con cuidado, apretar firmemente o rozar con los dedos. 2 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 2. SIMBOLOGIA GRÁFICA Los símbolos son la representación gráfica de los componentes neumáticos y representan esquemáticamente su funcionamiento interno y su sistema de control o regulación. A nivel internacional la norma ISO 1219 - 1 y que se ha adoptado en España como la norma UNE-101 -149 - 86, se encarga de representar los símbolos que se utilizan en los esquemas neumáticos e hidráulicos. En esta norma, se encuentran representadas tuberías, válvulas, actuadores, grupos compresores, depósitos, etc… Se trata de una representación funcional, alejándose de reflejar detalles constructivos. A continuación paso a representar los componentes más utilizados: 3 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 3. GENERACIÓN Y ALIMENTACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO El aire utilizado en neumática debe ser un aire limpio, seco y debe tener una presión determinada. Dado que el aire de la atmósfera no cumple estas especificaciones deberá ser transformado en diferentes etapas. Compresor. Es el elemento más importante en el tratamiento del aire, éste aspira el aire atmosférico y eleva su presión hasta conseguir el valor de trabajo que requiera toda la planta. El compresor recibe movimiento de un motor eléctrico ó de combustión interna por medio de poleas y correas. Tipos de compresores. - Compresores de émbolo: o De pistón o De diafragma - Compresores rotativos o De paletas o De tornillo helicoidal o Compresores roots - Turbocompresores o Axiales o Radiales La unidad compresora más sencilla es el compresor de émbolo de una etapa. Este compresor aspira el aire a presión atmosférica y lo comprime a la presión deseada en una sola compresión. Cuando el émbolo se mueve hacia abajo crea una presión más baja que la de la atmósfera forzando la entrada de aire en el cilindro a través de la válvula de admisión. Cuando el émbolo se desplaza hacia arriba, la válvula de admisión se cierra y el aire se comprime forzando a que la válvula de escape se abra para descargar el aire comprimido dentro del depósito. Cabe destacar también, que el aire al comprimirse genera una cantidad de calor importante, se calienta el aire pero también el compresor, por ello es necesario evacuar el calor generado. Podrá hacerse con una refrigeración por aire o por agua. Como último apunte sobre el compresor, éste debe colocarse en un lugar cerrado, a poder ser insonorizado, pero imprescindible que esté ventilado y limpio. Sistemas de regulación. La presión suministrada por un compresor debe mantenerse dentro de unos límites prefijados de antemano, cualquiera que sea el caudal demandado por la instalación. Para realizar esta función, se dispone de un regulador de presión, cuya acción se ejecuta actuando sobre el propio compresor ó sobre el motor de arrastre. En los compresores arrastrados por un motor eléctrico que es lo habitual en la industria, el regulador actúa sobre el motor eléctrico. Para ello se dispone de un presostato ó interruptor de presión. Cuando la presión del sistema 4 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 alcanza su nivel máximo, el interruptor corta la corriente que va al motor del compresor. Cuando la presión desciende a un nivel dado, el interruptor vuelve a arrancar el compresor. Depósito o acumulador. A la salida del compresor se dispone de un depósito capaz de acumular una cantidad de aire comprimido, además sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido, compensa las oscilaciones de presión provocadas por la distinta necesidad de aire en cada momento del ciclo de trabajo. Evita el trabajo continuo del compresor, colabora en la refrigeración del aire. El acumulador dispone de una válvula de seguridad (limitadora de presión), tarada a una determinada presión que permite el vertido del aire hacia la atmósfera cuando se supera el valor de presión establecido. Unidad de mantenimiento. El aire comprimido por el compresor debe ser tratado para que llegue a los puntos de trabajo en las mejores condiciones de limpieza, presión, secado y lubricación, por lo que antes de la conexión a una máquina o circuito, el aire es tratado por esta unidad. Antes de la conexión a una máquina ó circuito, el aire se trata instalando esta unidad. Consta de 3 partes: - Un filtro separador de agua y eliminador de impurezas. Para evitar que la humedad del aire se introduzca en el circuito provocando posibles averías por efecto de la oxidación, además de intentar que el aire esté lo más libre posible de partículas sólidas. - Manómetro y regulador de presión. Se encargan de mantener una presión estable en el circuito a la presión seleccionada e indicada mediante el manómetro. - Lubricador. Actúa según el efecto venturi. Las diminutas gotas de aceite pulverizado viajan con el aire y lubrican las partes móviles de los mecanismos del circuito. 4. VÁLVULAS O ELEMENTOS DE CONTROL Casi todos los elementos no de fuerza se denominan válvulas, por ello y porque pueden estar construidas de diversa manera y pilotadas también de formas distintas, la variedad de válvulas es extensa. Podemos clasificarlas según su función en el circuito:  Emisores de señal, detectan posición de cilindros (finales de carrera), deseos del operario (pulsadores), presencia de piezas, etc. Se puede decir que emiten una señal que informará al circuito de una situación y le hará responder de una u otra forma.  Órganos de control o mando, proporcionan pilotaje a otras válvulas, en determinados circuitos funcionan como relés eléctricos o memorias de situación. 5 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025  Órganos de regulación, distribuyen el aire a los actuadores (distribuidoras).  Otras con funciones muy específicas, reguladores de caudal, selectoras de circuito, simultaneidad, antirretornos, etc. Se emplean en los circuitos para controlar las presiones, los caudales y las direcciones que debe tomar el fluido. Válvulas reguladoras de presión. Se encargan de proteger el circuito manteniendo la presión entre unos límites preestablecidos. Pueden ser: - Válvula limitadora de presión. Esta válvula, también llamada de seguridad, impide la elevación de la presión por encima del valor nominal admisible del sistema donde está conectada. En caso de sobrepresión procede a liberar el aire sobrante. - Válvula de secuencia. Se emplea en los circuitos para dar preferencia a ciertos consumidores, haciendo que los restantes solo puedan suministrarse cuando haya suficiente presión. - Válvula reductora de presión. Ajusta la presión a un valor determinado de trabajo más bajo que la red general. Válvulas distribuidoras. Distribuyen el fluido dependiendo de su posición. Estas válvulas se designan según el nº de vías y el nº de posiciones. La cantidad de vías y posiciones se expresa con dos números separados por una barra (3/2). Las vías son las conexiones u orificios que tiene la válvula por las que puede circular el fluido. Lo normal son 3 vías (1 de trabajo, 1 de alimentación, 1 de escape), 4 vías (2 de trabajo, 1 de alimentación y 1 de escape) ó 5 vías (2 de trabajo, 1 de alimentación, 2 de escape). Las posiciones son las combinaciones diferentes de unión entre las vías que puede adoptar la válvula, normalmente dos ó tres. Ejemplo Válvula 2/2 en posición normalmente cerrada Las válvulas distribuidoras precisan de un sistema de accionamiento para adoptar las distintas posiciones previstas en su construcción. El sistema de accionamiento puede ser de cuatro tipos: Accionamiento manual General Botón, pulsador o seta Botón o seta extraíble Con bloqueo Por pedal Palanca 6 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 Accionamiento mecánico Palpador Resorte Leva o rodillo Rodillo escamoteable Accionamiento neumático Por presión Accionamiento eléctrico 1 arrollamiento (electroválvula) Estos dos últimos permiten un accionamiento a distancia. Válvulas reguladoras de caudal. Se utilizan para impedir ó reducir el paso del fluido en los dos sentidos ó en uno solo, dejándolo libre en el contrario. Pueden ser: - Válvula de cierre. Se emplean para abrir o cerrar, de forma total, el paso de fluido. - Válvulas antirretorno. Permite el paso del aire en una sola dirección. - Válvulas reguladoras de caudal unidireccional. El fluido pasa libremente en un sentido y en el sentido contrario el paso de fluido está regulado. Se utiliza para regular la velocidad de los cilindros.  Válvulas de estrangulación. Regulador de caudal bidireccional. Esta válvula disminuye la sección del conducto por el que circula el aire, de esta forma se puede regular el caudal o cantidad de aire que pasa. - Válvulas de purga rápida. Su misión es la de vaciar rápidamente de fluido el elemento de trabajo, poniéndolo a escape evitando su paso por diferentes válvulas hasta llegar al retorno. - Válvulas selectoras. Consta de dos entradas y una salida. El aire llega a la salida cuando pasa por cualquiera de sus entradas. Se utiliza para activar cilindros desde dos lugares distintos. - Válvulas de simultaneidad. Consta de dos entradas y una salida. Sólo permite pasar el aire a la salida cuando hay aire con presión por las dos entradas a la vez. Se utiliza para activar cilindros desde dos lugares distintos. 7 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 5. ELEMENTOS RECEPTORES DE TRABAJO Se encargan de realizar el trabajo mecánico. Pueden ser cilindros ó motores. - Cilindros. Transforman la energía de presión en movimiento lineal. Se dividen en dos grandes grupos: de simple efecto y retorno por muelle Los de simple efecto realizan el esfuerzo activo en un solo sentido y el retorno lo efectúa un muelle que devuelve el émbolo a su posición inicial cuando se vacía de aire la cámara del cilindro. Pueden ser de membrana, de membrana enrollable y de émbolo que son los más utilizados. de doble efecto Los cilindros de doble efecto pueden realizar el trabajo en ambos sentidos porque se les puede aplicar la presión en ambas caras del émbolo. Hay que tener en cuenta que el trabajo de regreso siempre será inferior al de salida debido a la pérdida de superficie provocada por el vástago. En muchos casos el hecho de que sea de doble efecto no significa que vaya a trabajar en sus dos recorridos, simplemente se utiliza la cámara secundaria para provocar el retroceso del cilindro a su posición de adentro. Los cilindros de doble efecto más utilizados son:  Cilindros de doble vástago, se suelen utilizar cuando se quiere realizar trabajo en los dos sentidos.  Cilindros telescópicos, se caracterizan por conseguir largas carreras (mucha longitud de trabajo) utilizando una camisa relativamente corta, apuntar que este tipo de cilindro puede ser también de simple efecto.  Cilindros tándem, son dos cilindros de doble efecto en serie, es decir, el vástago de uno empuja sobre la superficie del émbolo del otro. Las fuerzas de los dos cilindros se suman y gracias a esto se pueden conseguir grandes fuerzas sin la necesidad de utilizar grandes presiones ni cilindros con grandes diámetros.  Cilindros de giro, los cilindros oscilantes se utilizan para mover un eje un determinado ángulo. Se utilizan en cambios de piezas, cambio automático de herramientas. - Motores. Transforman la energía de presión en movimiento circular. El efecto es el inverso al obtenido con los compresores, y su construcción resulta similar, fabricándose motores de paletas, pistones, engranajes. 8 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 6. TIPOS, FUNCIONAMIENTO, APLICACIÓN Y MANTENIMIENTO Una red de distribución neumática es el conjunto de tuberías que conduce el aire comprimido a todos los elementos del sistema o circuito neumático. Tiene su origen en el acumulador y debe garantizar la presión a la que está calibrado el sistema y la velocidad del aire comprimido a todos los puestos de trabajo. Dentro de la red de distribución se diferencian las siguientes zonas:  Tubería principal, es la línea que sale del acumulador y conduce todo el aire que consume la planta, debe tener la mayor sección posible para evitar pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red.  Tuberías secundarias, son tramos de tubería que derivan de la tubería principal para proporcionar aire comprimido a las tuberías de servicio. Circulará un caudal determinado exclusivamente para los elementos neumáticos a los que proporciona servicio.  Tuberías de servicio, son las que suministran aire comprimido a los equipos neumáticos. Suelen contar en sus extremos con conectores rápidos. Con el objeto de evitar obstrucciones no es recomendable instalar tuberías de servicio con diámetros menores de media pulgada, son tramos generalmente cortos. Las tuberías de la red de distribución deben tener un diámetro que garantice el cumplimiento de estas condiciones PRESIÓN y VELOCIDAD. En el diseño del tendido de tuberías debe cuidarse que las tuberías en su recorrido tengan un descenso o inclinación del 1% o 2% en el sentido de la corriente del aire, con el fin de evacuar el agua condensada hacia las zonas de purgado. Existen Varios tipos o configuraciones de una red de aire comprimido:  Red abierta, Se constituye de una sola línea principal de las cuales se derivan las secundarias y las de servicio. La principal ventaja de este sistema es la poca inversión inicial, pero hace trabajar más a los compresores cuando hay mucha demanda o fugas en el sistema.  Red cerrada, la red principal constituye un anillo o circuito cerrado que conduce el aire comprimido, pudiendo pasar el aire en dos direcciones. Esta configuración es la más empleada, con ella se evitan fluctuaciones y ofrece mayor velocidad de recuperación ante las fugas. La inversión inicial es mayor que si fuese una red abierta, en cambio esta configuración facilita las operaciones de mantenimiento, ya que se pueden aislar ciertas zonasde la instalación sin afectar a la producción.  Red interconectada, configuración similar a la cerrada pero con la implantación de “bypass” entre las líneas principales. Este sistema presenta una excelente predisposición a las operaciones de mantenimiento pero requiere de un elevado coste de inversión inicial. Estos circuitos a su vez se pueden dividir en cuatro tipos de sub-sistemas neumáticos: 9 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 1. Sistemas manuales 2. Sistemas semiautomáticos 3. Sistemas automáticos 4. Sistemas lógicos El aprovechamiento de la energía del aire para realizar trabajo se puede apreciar en diferentes aplicaciones como:  Sujección de herramientas en fresadoras y mandrinadoras  Sujección de piezas. Girar piezas. Separar y apilar piezas  Prensar y estampar piezas  Desplazamiento y posicionamiento de piezas  Transporte, almacenamiento y embalaje de materiales  Llenar recipientes  Abrir y cerrar puertas  Dispositivos de frenado Mantenimiento La vida útil y fiabilidad de los circuitos neumáticos aumentan si los servicios de mantenimiento se efectúan periódicamente. Es recomendable preparar un plan de mantenimiento para cada mando neumático. En dicho plan deberán especificarse los trabajos de mantenimiento y los intervalos de su ejecución. Los intervalos de mantenimiento dependen de la duración del funcionamiento del sistema, del desgaste de cada uno de los elementos y de las circunstancias ambientales. Los trabajos de mantenimiento que deben realizarse con frecuencia y en intervalos pequeños son en la unidad de mantenimiento: Controlar el filtro y evacuar el agua condensada. Rellenar el depósito de aceite si se trabaja con lubricación. Los trabajos de mantenimiento que se realizan en intervalos más prolongados son: Controlar la estanqueidad de las conexiones. Controlar el desgaste del vástago de los cilindros. Limpiar o sustituir filtros. Controlar el funcionamiento de las válvulas de seguridad. 7. CONFIGURACIÓN DE SISTEMAS Configurar un sistema neumático implica dos fases: - Diseñar el circuito funcional. - Seleccionar los componentes y diseñar el esquema posicional Diseñar el circuito funcional. El diseño de un circuito se puede realizar por dos procedimientos, uno intuitivo y el otro metódico. El primero, como su misma palabra lo indica, se resuelve de una manera en que predomina la intuición y la experiencia frente al razonamiento metódico, se utiliza en circuitos reducidos ó por personas con cierta experiencia en el tema. En primer lugar, antes de confeccionar cualquier circuito es necesario conocer el servicio que debe cumplir, los esfuerzos que ha de vencer, en que secuencia, con qué velocidad se han de hacer los desplazamientos, cuantos 10 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 ciclos se deben realizar por unidad de tiempo etc., en una palabra se han de saber todas las condiciones a cumplir en el proceso. Conocido lo anterior conviene realizar el circuito, si fuese posible, dividiendo el problema en aquellas partes en que haya una clara separación entre las mismas. Por otra parte, se debe empezar resolviendo los movimientos básicos de cada cilindro, sin cumplir todos sus condicionamientos. Posteriormente se van incorporando los elementos que hagan cumplir cada uno de los requisitos exigidos por el proceso. Seleccionar los componentes y diseñar el esquema posicional. Una vez resuelto el circuito funcional, se seleccionan los cilindros, las válvulas, los sensores y otros elementos, así como los racores de unión y las tuberías necesarias. Las cuestiones a definir son: Tipo, sección transversal, materiales, sujeciones, etc. Lo anterior se resuelve en paralelo con lo que se denomina esquema posicional, es decir, decidir en que lugar exacto se colocan los elementos, sus fijaciones y el trazado de las conducciones. Se pondrá especial cuidado en que los vástagos de los cilindros no sufran pandeo ni flexiones superiores a lo admisible. Por otra parte, es fundamental para resolver bien el problema conocer los catálogos comerciales de las casas fabricantes, pues un circuito está constituido al 100% de elementos comerciales. Por último, resaltar que dichas empresas están continuamente desarrollando novedades por lo que es importante estar al día. 8. ELECTRONEUMÁTICA Cuando las distancias a cubrir por las conducciones neumáticas son grandes, las señales de mando se debilitan y retrasan sus efectos debido a la pérdida de carga. Por otro lado, las conducciones largas presentan un consumo muy elevado de aire y los gastos que de ello se derivan pueden resultar intolerables. 11 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 Por estas razones interesa combinar las ventajas del mando eléctrico con la simplicidad de la neumática, lo que nos lleva a las aplicaciones ELECTRONEUMATICAS. En los automatismos electroneumáticos el circuito de fuerza es neumático, así que los elementos actuadores como motores o cilindros son los que realizan el trabajo, sin embargo, el circuito de mando o maniobra es eléctrico, estos elementos eléctricos se encargaran de decir cuándo y como han de moverse los elementos de trabajo. La parte eléctrica del circuito recibirá señales de los sensores que pueden ser (finales de carrera, magnéticos, inductivos, capacitivos, ópticos, ultrasónicos, o los presostatos) las tratará y enviará señales a las bobinas eléctricas que pilotan a las distribuidoras de los cilindros. 9. CONCLUSIÓN La Industria 4.0 es una realidad donde todos los procesos de producción se digitalizan, basándose en las tecnologías de la información, la conexión mediante Internet de las cosas (IOT) y los nuevos materiales. El objetivo es interconectar todos los puntos de una industria para conseguir una producción mucho más inteligente, automatizada y efectiva. 10. BIBLIOGRAFÍA Ó WEBGRAFÍA. -Neumática e hidráulica. EoEdiciones -https://sarapowerrragel.wordpress.com/simbología-neumática/ -https://josemateo.wprdpress.com/2012/09/22/resumen-neumatica/ -Biblioteca Fluidsim 4.3 -Festo Didactics -Sistemas Neumaticos e hidráulicos. Jose Manuel Monje. 12 José María Méndez Sordo Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas