La neumática es una fuente de energía de fácil obtención y tratamiento para el control de máquinas y otros elementos sometidos a movimiento. La generación , almacenaje y utilización del aire comprimido resultan relativamente baratos y además ofrece un índice de peligrosidad bajo en relación a otras energías como la electricidad y los combustibles gaseosos o líquidos. Ofrece una alternativa altamente segura en lugares de riesgo de explosión por deflagración, donde otras energías suponen un riesgo importante por la producción de calor, chispas, etc.
PRINCIPIO DE PASCAL:
“La presión ejercida en un punto de un fluido se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido”.
P1=P2; P1 = F1/S1 ; P2= F2/S2; F1/S1=F2/S2
EJERCICIOS RESUELTOS:
1.- Disponemos de dos pistones de secciones S1=20 mm2 y S2 = 40 mm2 unidos por una tubería. Si necesitamos levantar un objeto con un peso de 40 N (F2=40 N) situado sobre el segundo pistón. ¿Cuál será la fuerza a aplicar sobre el primer pistón?
La estructura de los fluidos hace que en ellos se transmitan presiones. Este comportamiento fue descubierto por el físico francés Blaise Pascal, quien estableció el siguiente principio:
F1=( F2/S2) * S1= (40/40) *20= 20N
CIRCUITOS NEUMÁTICOS:
COMPONENTES DE UN SISTEMA NEUMÁTICO:
- - Compresor. Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado.
- - Depósito.
- - Elementos de control y protección.
- - Elementos de transporte.
- - Elementos de trabajo.
Al llegar la presión del aire a ellos hace que se mueva un vástago (barra), la cual acciona algún elemento que queremos mover.
Hay de varios tipos:
De simple efecto: Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Ejemplo de Aplicación: frenos de camiones y trenes. Ventaja: frenado instantáneo en cuanto falla la energía.
Cilindros de doble efecto: 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 en el retorno. Tiene entrada y salida del aire, por lo tanto tienen dos tomas o conexiones.
La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y es la que existe en las tuberías que recorren el circuito.
El compresor normalmente lleva primero el aire a un depósito para después coger el aire para el circuito desde depósito. Este depósito tiene un manómetro para regular la presión del aire y un termómetro para controlar la temperatura del mismo. El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua (humedad) que tiene el aire que se puede condensar antes de llegar al circuito.
FÍSICA DE FLUIDOS:
Los fluidos, incluido el aire tiene unas series de propiedades y magnitudes para cuantificarlo. Algunas magnitudes que definen a los fluidos son la presión, el caudal y la potencia.
PRESIÓN se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo.
Presión = Fuerza / Superficie
Las unidades que se utilizan para la presión son:1 atmósfera ≈ 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 pascal
CAUDAL: es la cantidad de fluido que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo.
Caudal = Volumen / tiempo
POTENCIA: es la presión que ejercemos multiplicada por el caudal.
W(potencia) = Presión x Caudal
El aire comprimido que se emplea en la industria procede del exterior. Se comprime hasta alcanzar una presión de unos 6 bares de presión, con respecto a la atmosférica (presión relativa). Los manómetros indican el valor de presión relativa que estamos utilizando.
COMPONENTES DE UN CIRCUITO:
A) VÁLVULA-CILINDRO:
Una válvula de tres orificios es un interruptor
empleado para controlar el flujo de aire. El tipo que se ve en la figura tiene
el componente denominado conjunto rotor, que se mueve dentro de la válvula cuando se pulsa o
se suelta el botón. Su función es dirigir el flujo de aire por la válvula. Cuando se pulsa el
botón, se deja pasar el aire comprimido del suministro de la tubería 1 a la
tubería 2 (que está conectada al cilindro).
Un cilindro de accionamiento único usa aire comprimido para producir movimiento y fuerza. Tiene un pistón que puede deslizarse "hacia
arriba" y "hacia abajo". Un muelle hace subir al pistón dentro
del cilindro. Sin embargo, cuando la válvula se acciona, como se muestra en el
dibujo, el aire comprimido entra en el cilindro y le obliga a bajar su émbolo.
El aire del otro lado sale por el orificio de escape.
B) VÁLVULA 3VÍAS
Mira la mitad inferior del símbolo, y no tengas en
cuenta la mitad superior.
Observa que el símbolo muestra la vía 1 bloqueada,
pero las vías 2 y 3 están conectadas, como en la válvula real.
Ahora no tengas en cuenta la mitad inferior del
símbolo e imagina que cuando se pulsa el botón, la parte superior del símbolo
se desliza por la mitad inferior, como se ve en el dibujo.
Esto indica que los orificios de la válvula real están
conectados cuando se pulsa el botón.
La mitad
inferior del símbolo indica las conexiones dentro de la válvula cuando no se
pulsa el botón, y la superior cuando se pulsa
C) CONTROL DUAL
A veces es necesario ser capaz de accionar una
máquina desde más de una posición. El circuito de este dibujo funciona de esta
forma. El cilindro de accionamiento único se puede activar pulsando el botón A
o el B. El circuito, no obstante, tiene que contener una válvula de doble
efecto.
Circuito neumático: Mediante un compresor generaremos aire a presión que será inyectado en un circuito. Ese aire se desplazará a través de tuberías. Por último, un actuador ejecutará algún tipo de trabajo. Todo esto debe estar dirigido por las válvulas que son elementos de mando y control.
Para que la tarjeta controladora Arduino pueda interactuar con el panel neumático se necesita que las válvulas de control sean accionables por corriente (electroválvulas) y dos finales de carrera que suministren la información a Arduino de la posición del vástago del cilindro. Una vez realizadas todas las conexiones entre los componentes del circuito neumático mediante tubos y racores necesarios según el esquema de la figura 1, se ubicarán físcamente mediante algún tipo de soporte los finales de carrera en las posiciones de inicio y fin del cilindro, como se puede observar en la figura 2.
Para simplificar el código fuente de Arduino se ha diseñado el circuito eléctrico de la siguiente forma:
Se va a utilizar una fuente de alimentación externa para el conjunto Arduino, Edubásica y las electroválvulas. Estas electroválvulas se accionarán mediante un relé que a su vez será gobernado por la salida digital D6 de Arduino. El esquema de conexiones se puede ver en la figura 3. Es decir que el relé en reposo activará una de las electroválvulas y, cuando se excite la bobina del relé mediante una salida HIGH del pin D6 de Arduino, se activará la otra electroválvula. Así se evita que ambas puedan estar excitadas a la vez. El propio interruptor de la fuente de alimentación se utilizará como interruptor de parada.
Los finales de carrera están etiquetados como FC1 para la posición del vástago más interior (-) y FC2 para la posición más exterior (+). Ambos nombres definen las variables que indican al programa la posición del cilindro neumático: si fc1 es igual a HIGH significa que el cilindro está en la posición (-) y si fc2 es igual a HIGH significa que el cilindro está en la posición (+). No podrán coincidir ambas situaciones a no ser que haya un fallo en los finales de carrera.
Las conexiones de los finales de carrera están representadas en la figura 4.
El código del programa se indica a continuación:
// Programa para movimiento de vaivén de un cilindro neumático controlado por // dos electroválvulas. Se recomienda poner interruptor de corte en la // alimentacion de las electroválvulas. Las electroválvulas se activan mediante // un relé conectado al colector de TR1 de Edubasica. // Hay que alimentar con fuente externa 7.5V. // Descripcion de tarjeta Edubasica: www.practicasconarduino.com // Publicado bajo GPL v3 #define pinBaseTransistor 6 #define pinFC1 3 #define pinFC2 4 #define fc1 LOW #define fc2 LOW void setup() { pinMode(pinBaseTransistor, OUTPUT); pinMode (pinFC1, INPUT); pinMode (pinFC2, INPUT); } void loop() { fc1 = digitalRead(pinFC1); fc2 = digitalRead(pinFC2); if (fc1 == HIGH){ digitalWrite(pinBaseTransistor, HIGH); } //Piston (+) Mantiene la salida D6 activa (HIGH) // aunque se desconecte fc1 if (fc2 == HIGH){ digitalWrite(pinBaseTransistor, LOW); } //Piston (-) Mantiene la salida D6 desactivada (LOW) // aunque se desconecte fc2 }
