CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN A LA NEUMÁTICA
1.3.- INSTALACIONES NEUMÁTICAS: COMPONENTES
Desde el año 1885 en París, hubo que enfrentarse realmente con el problema que significaba hacer llegar el aire comprimido a larga distancia a cada boca de consumo. El problema reviste bastante importancia pues con él están relacionados muchos diferentes aspectos: tipo de red, material de la tubería, tipos de unión, dimensiones, pérdidas de carga, accesorios, formas de montaje,...
En este apartado vamos a analizar detalladamente cada uno de los componentes que conforman una red de aire comprimido, desde la generación hasta el consumo.
Vemos en la figura siguiente (Fig.11), los elementos principales de una red neumática. En los apartados siguientes iremos detallando y pormenorizando cada uno de ellos.
Fig. 1. 12 - Principales elementos de una instalación neumática [8].
 
1.3.1.- Generación del aire comprimido: El compresor
Para producir aire comprimido se utilizan compresores, que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. Todos los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central de generación. De esta manera no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada consumidor. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.
Las centrales de generación pueden ser fijas, como en la mayoría de las industrias, o móviles, como en la construcción o en máquinas que se desplazan frecuentemente.
Como norma general, al planificar una instalación, es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionarla, con el fin de que el compresor no resulte más tarde insuficiente, puesto que toda ampliación posterior en el equipo generador supone gastos mayores que si se tiene en cuenta desde un principio.
1) Elementos y funcionamiento básico del compresor
Los compresores son máquinas cuya finalidad es aportar energía a los fluidos compresibles, para hacerlos fluir aumentando al tiempo su presión. Esta característica los distingue de las soplantes y ventiladores, que manejan grandes cantidades de fluidos compresibles sin modificar sensiblemente su presión, de forma similar a las bombas.
Veamos primero los elementos principales del compresor en los puntos muertos superiores en las etapas de aspiración y de compresión (Fig.12).
Fig. 1. 13 - Elementos principales del compresor [9].
Básicamente, un compresor admite gas o vapor a una presión pl dada, descargándolo a una presión p2 superior, comprimiéndolo en una cámara y haciéndolo pasar a través de un conducto de menor sección (para poder vencer la fuerza en la válvula generada por la sobrepresión conseguida). La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico, de combustión o una turbina de vapor (ver Fig.13).
Fig. 1. 14 - Esquema y partes de un compresor alternativo hermético [10].
La energía es suministrada mediante un motor eléctrico trifásico
2) Tipos de compresores
Los compresores se clasifican por la forma de obtener el aumento de energía interna en el gas. Hay dos grandes grupos: los de desplazamiento positivo y los dinámicos.
En los del primer grupo el aumento de presión se consigue disminuyendo el volumen de una determinada masa de gas. En los del segundo, el concepto cambia, el aumento de presión surge como consecuencia del aumento de energía cinética, que ha conseguido comunicársele al gas. Dentro de estos grandes, existen subgrupos con características bien definidas, en cuanto a su principio de funcionamiento y a su comportamiento. Se nombran en la figura siguiente todos los tipos.
Fig. 1. 15 - Tipos de compresores [11].
Cada uno con su respectiva representación esquemática
3) Selección del compresor
Los puntos que intervienen en la elección son numerosos e importantes: presión máxima y mínima pretendidas, caudal necesario, crecimiento previsto de la demanda, condiciones geográficas (altitud, temperatura, etc.), tipo de regulación, espacio necesario, tipo de refrigeración, accionamiento, lugar de emplazamiento exacto…
Es muy importante diferenciar a la hora de elegir si el compresor va a ser estacionario o de tipo portátil. Esta segunda situación se suele dar en los casos de campaña donde deben realizarse operaciones con la ayuda del aire comprimido.
 
1.3.2.- Depósitos
El aire comprimido es, quizás la única forma de energía fácilmente almacenable. Suelen utilizarse para este propósito tanques o depósitos de muy variados tamaños.
Todas las plantas de producción de aire comprimido tienen normalmente uno o más depósitos de aire. Sus dimensiones se establecen según la capacidad del compresor, sistema de regu-lación, presión de trabajo y variaciones estimadas en el consu¬mo de aire.
El depósito de aire sirve para:

- Almacenar el aire comprimido necesario para atender de¬mandas punta que excedan de la capacidad del compresor.
- Incrementar la refrigeración (por la superficie de este) y recoger posibles residuos de condensado y aceite.
- Igualar las variaciones de presión en la red de aire.
- Evitar ciclos de carga y de descarga en el compresor dema¬siado cortos.

Fig. 1. 16 - Elementos principales de un depósito.
El depósito debe diseñarse y dimensionarse de acuerdo con las disposiciones de las autoridades locales (regulaciones sobre recipientes a presión). En la determinación del tamaño del depósito se debe tener en cuenta la capacidad del compresor y el sistema de regulación. El ciclo de regulación del compresor no deberá ser demasiado por el excesivo desgaste en algunos compo¬nentes del compresor y el equipo eléctrico, así como excesivas variaciones en carga, del suministro de energía eléctrica.
Para compresores con una presión efectiva de trabajo de hasta 9 bares, en condiciones normales de funcionamiento, el tama¬ño del tanque o depósito, en volumen, ha de ser aproximada¬mente unas seis veces la capacidad del compresor en las mis¬mas unidades en segundos. Esto se aplica a la válvula automáti¬ca de descarga, es decir, el motor girará continuamente, mientras que el compresor será periódicamente descargado. La diferencia entre la presión de carga y la de descarga no debe ser menor, en sus límites de 0,4 bares para cada etapa de descarga.
En compresores que funcionen con arranque y parada automáti¬co, la capacidad del depósito debe ser seleccionada según la capacidad del compresor y el consumo de aire en la red, de forma que arranque un máximo de 10 veces por hora, unifor¬memente repartidos en intervalos de seis minutos. En este caso la diferencia de presión entre la de parada y la de arran¬que debería ser mayor, del orden de 1 bar.
A presiones superiores, por encima de 9 bares, se permiten generalmente mayores diferencias de presión. Por esta razón la capacidad del depósito puede reducirse. Las reglas expuestas para calcular el volumen del depósito, presuponen una demanda uniforme de aire. El consumo ins-tantáneo no debe sobrepasar la capacidad de la planta com¬presora.
En el caso de circuitos de aire comprimido con mu¬chos puntos de consumo, es normal que se produzca un cierto equilibrio llegándose a una uniformidad en el consumo. A menos puntos de consumo la uniformidad será inferior y nece¬sitaremos un depósito de mayor capacidad. Debido a que el depósito de aire es también un colector de agua y aceite, debe ser dotado de una válvula de drenaje (manual o automática).
Resumiendo, el tamaño de un depósito o acumulador de aire comprimido depende:

- Del caudal de suministro del compresor
- Del consumo de aire
- De la red de tuberías (volumen suplementario)
- Del tipo de regulación
- De la diferencia de presión admisible en el interior de la red

 
1.3.3.- Redes neumáticas. Instalación de tuberías
La red de distribución de aire comprimido es el sistema de tubos que permite transportar la energía de presión neumática hasta el punto de utilización. Sobre esta definición cabe realizar una serie de aclaraciones, pues desde el punto de vista del ambiente podemos dividir la instalación en: externa (instalada a la intemperie) o interna (corre bajo cubierta). Desde el punto de vista de la posición, esta puede ser aérea o subterránea y desde la óptica de la importancia de distribución puede ser primaria o secundaria.
Aquí nos ocuparemos de la res primaria y secundaria y en principio asumiremos que la red es aérea e interna. Adelantamos que los principios que se aplican para este caso son generales y se aproximan significativamente a los que habría que usar para los otros.
Las redes de distribución se dividen en tres grandes grupos típicos. (Aunque en la realidad pueden aparecer combinados total o parcialmente), dependiendo de la finalidad elegiremos uno u otro.
Fig. 1. 17 - Tipos de redes neumáticas.
Después de los tratamientos necesarios a realizar sobre el aire, que aclararemos más adelante, el aire evoluciona por la tubería de distribución, que debe cumplir unos requisitos importantes para el correcto funcionamiento del sistema.
Fig. 1. 18 - Disposición de la línea principal y zonas de presión.
Esta debe presentar una leve caída hacia la parte posterior de alrededor de un 2% (0.5%). para permitir el escurrimiento del agua. Que eventualmente podría haberse condensado, hacia un lugar de evacuación.
Como la continua pendiente haría descender el tubo de distribución, más allá de lo aceptable si la planta es muy larga, se acude a la solución que se muestra, que consiste en retornar la altura de distribución y continuar la pendiente. El punto más bajo debe ser siempre utilizado para instalar un conducto de purga y nunca para realizar una “bajada”. El motivo es obvio; queremos aire comprimido y no agua a presión.
La bajada pertenece a lo que hemos llamado instalación secundaria y puede ocurrir que, si el ambiente estuviera a una temperatura más o menos baja, ocurra alguna condensación. Es conveniente entonces permitir que el aire desemboque directamente en un recipiente sin purga y la derivación a la máquina se realice directamente a 90º como se indica. Este es el lugar donde debemos instalar las unidades de mantenimiento que veremos después.
1) Pérdidas de carga
El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente. Siempre debe preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo deberán sobredimensionarse las tuberías. El montaje posterior de una red más importante supone grandes sobrecostes.
2) Dimensionado de las tuberías
El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad con: el caudal, la longitud de las tuberías, la pérdida de presión (admisible), la presión de servicio, la cantidad de estrangulamientos en la red,…
En la práctica se utilizan los valores reunidos con la experiencia. Existen nomogramas que ayudan a encontrar el diámetro de la tubería de una forma rápida y sencilla. En el capítulo 2 se verá con detalle este aspecto.
 
1.3.4.- Acondicionamiento y tratamiento del aire comprimido
En toda instalación neumática se hace necesario tratar el aire por varias circunstancias, no necesariamente ajenas a la propia instalación. El aire atmosférico lleva consigo partículas nocivas para los dispositivos de la instalación neumática. El compresor lleva filtros previos, pero no depura el aire. Además, el aire también tiene cierta cantidad de vapor de agua, que puede llegar a condensar y es necesario evacuar (purgar), si no, los componentes mecánicos del circuito sufrirán una oxidación, además del desgaste por otras partículas.
Otro aspecto muy importante es que los actuadores también ensucian el circuito, ya que son los componentes que enlazan el circuito con el exterior. En el desplazamiento del vástago de un cilindro, en la carrera de retorno puede traer consigo partículas del exterior (polvo, virutas, etc.) e introducirlas en el interior del cilindro. Ocurrido esto, podemos considerar que el aire del circuito queda contaminado. Los cilindros están dotados de juntas rascadoras para evitar este suceso, pero cuando el cilindro no es nuevo, la junta pierde eficacia por desgaste. Con esto queda claro la importancia de un buen tratamiento del aire, para evitar desgastes y corrosiones de los componentes.
Una vez que el aire ha superado al compresor, comienza la etapa de acondicionamiento industrial, entendiendo por esto, los procesos a que debe ser sometido para que pueda ser utilizado sin ningún riesgo mecánico ni químico, consiguiendo las prestaciones deseadas.
Vemos a continuación un sistema tipo para el acondicionamiento del aire, con sus componentes (Fig.26).
Fig. 1. 19 - Esquema de elementos principales para acondicionamiento del aire [12].
Revisemos las tres partes en que se divide este esquema: la primera parte corresponde a la línea principal, la segunda a la sub-línea y la tercera a la línea local.
• Línea Principal
Son los equipos A, B, C, D y E. Estos equipos podemos pensarlos como de uso obligatorio para cualquier instalación.
Cuando el compresor aspira aire, se inicia un proceso de comprensión que siempre viene acompañado por un aumento de la temperatura y por ciertas modificaciones en la humedad relativa, densidad, etc.… para acondicionar previamente este aire, utilizamos estos componentes.
• Sub - Línea
Son los equipos F, G y H. Aquí comienza una primera hipotética distribución hacia tres grupos característicos según grado de humedad requerido. Toda la distribución, antes de llegar a cada rama, estaría evacuando la eventual condensación por el drenador automático. En el primer grupo no se trata el aire que se distribuye pero se colocan drenadores.
En el segundo, en cambio, aparecen los secadores, cuya misión es retirar la mayor parte posible del agua que no fue retirada por los equipos “aguas arriba”. Este proceso se conoce como “secado al aire”, de ahí su nombre.
Los secadores por refrigeración son capaces de secar el aire hasta un punto de rocío de -17ºC aproximadamente. El drenador sugerido se coloca como protección para el caso en el que el secador salga de servicio o sea eliminado momentáneamente para su mantenimiento.
El tercer grupo de la sub-línea trata el aire para un punto de rocío de -30ºC. La instalación del secador por adsorción se hace directamente en serie y se protege con un filtro J cuyas características repasaremos en el punto siguiente.
• Línea Local
Cada uno de los grupos de la sub-línea continúa por las líneas correspondientes donde, antes del consumo, se trata el aire de acuerdo con lo especificado y con respecto a sólidos, aceite y olor. La asociación de filtros que se aprecia en algunas ramas sólo se hace a los efectos de prolongar la vida útil del conjunto. De esta manera la filtración es progresiva y cada filtro trabaja dentro de su escala de filtración aceptable. Insistimos en estos conceptos pues los consideramos muy importantes.
Para finalizar, decir que estas combinaciones son las más frecuentes aunque no las únicas, seguramente pueden encontrarse otras que se adapten más a un caso específico, apoyándose en la estructura que hemos presentado. Por orea parte esa ha sido la intención al ofrecerla.
 
1) Filtro-Regulador-Lubricador. La unidad de Mantenimiento
• Filtros
El aire ambiente que aspira el compresor, contiene impurezas. A éstas, se le agregan las que el propio compresor genera y también las que pueda encontrar en camino hacia los puntos de distribución. Esas impurezas son de distinta índole y de distinto tamaño.
En un ambiente normal pueden encontrarse alrededor de 150.000.000 de partículas por m3 de aire y que cerca de un 80% de estas tienen un diámetro medio de 2 micras (µm). Existen incluso partículas como las de los aerosoles de aceite con tamaños de 0,01 µm. El tratamiento debe responde en forma directa a las necesidades de calidad de aire pretendido: un suministro central podría acondicionar el aire a la más alta calidad, pero muy probablemente esto no sea lógico ni rentable. Resulta más cómodo y más barato, preparar todo el aire para una calidad media y reacondicionarlo localmente según las necesidades.
El rol fundamental de cualquier filtro es el de “protector aguas abajo”. Con este concepto, entenderemos, no solo la importancia del filtro sino también la razón de sus eventuales combinaciones. Los filtros se dividen en dos grandes grupos: los estándares y los especiales.

Filtros Estándar

El filtro está construido de manera tal que imprime al aire comprimido entrante un movimiento de rotación por medio del deflector de paletas eliminando los contaminantes como polvo y gotas de agua por centrifugado, filtrando luego las partículas más pequeñas mediante un elemento filtrante para que el aire comprimido procesado pueda fluir hacia la salida. Un deflector ubicado debajo evita la turbulencia que podría arrastrar los contaminantes extraídos. Los elementos filtrantes se clasifican por el tamaño de las partículas que interceptan, cubriendo un amplio rango, desde 2 hasta 100 µm, según los fabricantes. Cuando las gotas de condensado se depositan en el fondo del vaso, por efecto ciclónico, se produce una acumulación de agua que debe ser eliminada. La purga de este condensado puede ser manual o automática.
La elección correcta de un filtro estándar se realiza mediante la consideración tanto de la caída de presión que origina para el caudal y presión considerado (área dispuesta para el filtrado), como del volumen del vaso (facilidad operativa para el cambio).
• Regulación
La energía disponible está directamente relacionada con la presión del sistema y el gobierno debe ejercerse controlando esta. Los componentes que permiten este control son los reguladores de presión. Gracias a ellos podemos conseguir una presión menor a la que genera el compresor, que adaptaremos a nuestras necesidades de trabajo.
Podemos distinguir dos presiones (o niveles de energía) diferentes: la que entrega la fuente compresora y la que usamos para trabajar. Observemos que la primera puede ser variable, obedeciendo en sus cambios a las posibilidades y regulación del compresor, mientras que la segunda siempre deberá ser constante, pues para un aprovechamiento racional de la energía neumática, necesitamos que esta se mantenga al mismo nivel.

Reguladores de Presión Estándar

Llamaremos así a los reguladores más comunes en automatización neumática.
Su funcionamiento se basa en el equilibrio de fuerzas en una membrana que soporta en su parte superior la tensión de un resorte, que puede variarse a voluntad del operador por la acción de un tornillo manual. Por su parte inferior, la membrana está expuesta a la presión de salida y por lo tanto a otra fuerza, que en condición de descanso, resulta ser igual a la tensión del resorte. Cuando la membrana está en equilibrio, la entrada de aire comprimido está cerrada. Si desequilibráramos el sistema por aumento voluntario de la tensión del resorte, la membrana descendería ligeramente abriendo la entrada de aire a presión hasta que se logre el equilibrio perdido, solo que esta vez a la salida la presión será ligeramente mayor.
• Lubricación
La función de estos aparatos es incorporar al aire tratado una determinada cantidad de aceite, para lubricar los actuadores neumáticos que, al fin y al cabo, son elementos mecánicos.
En todos los casos, las unidades de lubricación cuentan con un dispositivo que eleva el aceite y lo incorpora pulverizado en la vena de aire. Esta elección puede controlarse externamente y la energía para hacerlo, así como también la necesaria para su pulverización, se toma de la energía del aire en circulación. Existen dos grandes grupos de lubricadores que se distinguen por el tipo de niebla de aceite que producen: el estándar y el de microniebla.

El Lubricador Estándar

En este se produce una caída de presión provocada por la restricción del flujo. Esta caída produce un desbalance de presiones que adecuadamente dirigido provoca la elevación de la columna de aceite y su incorporación en la corriente de aire. Hay, al menos, tres dispositivos que permiten una variación proporcional, ellos son: válvula de asiento, pistón y aleta flexible.
El problema de estos elementos reside en que la caída de presión está directamente relacionada con el caudal en circulación. Esto limitaría a caudales pequeños si no existiera la posibilidad de modificar la sección transversal en relación con la variación del caudal.
El tamaño de estos aparatos está directamente relacionado con el caudal disponible. Su capacidad de lubricación está limitada aprox. a 7 m de recorrido por la tubería.
Por último, decir que normalmente encontramos siempre estos tres elementos (filtro, regulador y lubricador) tanto al principio de la red (tras el compresor) como antes de cada punto de consumo. A este conjunto de elementos se le conoce como unidad de mantenimiento, y dispone de un símbolo específico (ver apartado 1.5).
Fig. 1. 20 - Unidad de mantenimiento combinada Marca SMC Serie AC20 [13].
Esta unidad dispone de un manómetro adicional para controlar la regulación de presión
Fig. 1. 21 - Sección de una unidad de mantenimiento (FRL) de propósito general [14].
 
1.3.5.- Valvulería
Las válvulas neumáticas controlan o regulan el paso del aire comprimido y su clasificación se efectúa por la función que desarrollan. Siguiendo las recomendaciones de CETOP, la norma DIN 24300 establece la siguiente división: Los diferentes tipos de válvulas existentes son: direccionales o distribuidoras, de bloqueo, de presión, de caudal y de cierre. Veamos a continuación los principales tipos de válvulas.
1) Válvulas direccionales o distribuidoras
Estas válvulas controlan el arranque, detención de la dirección del flujo neumático y con ello la dirección del movimiento y las posiciones de detención de los motores o cilindros. La identificación de las válvulas direccionales se realiza sobre la base de: Su constitución interna. Nº de posiciones, Nº de vías (u orificios), accionamientos y Talla (caudal, presión, temperatura, marca, etc.)
Constitución
Las características constructivas de las válvulas son la que determinan su duración, fuerza de accionamiento, modos de inversión, racordaje y fijación.
Segur la construcción de sus cierres, distinguimos los siguientes tipos:
Fig. 1. 22 - Clasificación válvulas direccionales.
Las válvulas direccionales por asiento son las más comunes; se abren o cierran por medio de bolas, discos o conos de cierre perfecto. Los elementos de desgaste son pocos y de gran duración, siendo insensibles al polvo y muy robustos. Permiten sólo dos posiciones y la fuerza de maniobra es elevada.
Según su construcción, disponemos de tres tipos o subclases: de corredera, de disco y de asiento. Cada una responde a una necesidad:
- De corredera: Con un émbolo móvil, encargado de obturar o liberar el paso del aire. Como gran ventaja, necesitan poca energía para accionar la válvula, aunque tenga que vencer al rozamiento por sus características constructivas.
- De disco: De accionamiento puramente manual, es un disco que se coloca manualmente sobre el (los) orificio(s) de paso del aire al accionar una palanca.
- De asiento: Disponen en su constitución física de un obturador que se mueve en la misma dirección del aire. Se usan para caudales o muy grandes o muy pequeños, para el resto de caudales se suele usar las válvulas de corredera.
Representación esquemática
Para representar las válvulas direccionales en los esquemas, se utilizan los símbolos; éstos no dan orientación alguna sobre su constitución interna, sólo indican su función.
Los conceptos principales en este apartado son la vía y las posiciones. El primero es orificio de conexión externa que dispone la válvula. El número de vías coincide con las que encontramos recorriendo la válvula perimetralmente. No se deben tener en cuenta los orificios de purga, o las conexiones que disponga la válvula para su pilotaje. Las posiciones se refieren a las conexiones internas que puede realizar según su diseño. Este número será el número de posiciones posibles.
Las válvulas distribuidoras se representan por cajas. La cantidad de cajas yuxtapuestas indica las posibles posiciones, y las vías quedan representadas por las entradas y salidas de las líneas interiores que atraviesan dichas cajas. Existen toda clase de combinaciones de canalizaciones: “doble mando”, obturaciones, conexiones, escape común,…
Con el fin de reconocer cada conexión se identifican con números ó antiguamente con letras, pero independientemente que nos encontremos planos antiguos o actuales, siempre veremos esta nomenclatura escrita en la posición de reposo o inicial, y nunca se vuelve a escribir la nomenclatura en la otra u otras posiciones (por claridad) y se utilizan de la siguiente forma:

- 1 ó P : Suministro de presión
- 3, 5 ó R, S : Escapes
- 2, 4 ó A, B : Utilización

En definitiva, con estos elementos, tenemos la posibilidad de “armar” una válvula.
Fig. 1. 23 - Ejemplos de diferentes válvulas distribuidoras.
El primer número representa las vías y el segundo las posiciones
Para definir completamente una válvula a través de su símbolo, es necesario incorporarle la forma en que será accionada. Estos accionamientos pueden ser de tipo muscular, mecánico, eléctrico, neumático o combinado.
Disponemos de dos tipos de accionamiento, los realizados de forma indirecta, mediante electricidad o mecánica, y los accionamientos manuales o directos, con algún tipo de mecanismo para que un operario interactúe. Asimismo, existen accionamientos mixtos: Manual o directo; Servopilotado, semi-directo o semi-indirecto; e Indirecto (o pilotado).
En la figura siguiente observamos una válvula distribuidora completamente definida.
Fig. 1. 24 - Válvula 4/2 NC (Normalmente Cerrada).
Accionada por esfuerzo manual y retorno por muelle.
2) Válvulas de bloqueo
En primer lugar, diremos que este tipo de válvulas tienen la peculiaridad de accionarse ante unas determinadas condiciones. Son válvulas con la capacidad de bloquear o permitir el paso del aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el circuito. En este tipo de válvulas encontraremos:

- Antirretorno
- De simultaneidad
- De selección de circuito (selectoras)
- De escape.

En el bloque 3 veremos en detalle simulaciones de estos, con lo que no se explicarán aquí.
3) Válvulas de regulación
Son las válvulas para regular caudal y presión. En esta clase de válvula, nos encontramos con dos maneras diferentes de regular la cantidad de aire o fluido: Por la entrada o por la salida, según actuemos sobre el fluido entrante o saliente del actuador.
Sí quisiéramos controlar la velocidad de un cilindro, siempre lo haríamos mediante la regulación de salida, porque admite todo tipo de carga, mientras que por la entrada no.
El funcionamiento de las válvulas reguladoras de caudal lo veremos en detalle en la simulación del bloque 3. Las reguladoras de presión basan su funcionamiento en la deformación de una membrana, que por un lado tiene la presión de entrada y por otro un resorte posicionable mediante tornillo para controlar la regulación.
 
1.3.6.- Actuadores neumáticos
Los elementos que permiten efectuar la transformación de la energía de presión transmitida por el aire, en energía mecánica, es decir en trabajo, se denominan actuadores neumáticos. Existe una clásica división, entre los elementos de trabajo neumático, basadas en sus posibilidades de actuación: los elementos o actuadores de acción lineal y los de acción rotativa. Aunque, por otra parte, se han desarrollado tantas formas y modelos que prácticamente todas las industrias han encontrado una aplicación insustituible de los mismos.
Al tratar de generar un movimiento rectilíneo sin partir de uno de rotación, vemos bastante limitado nuestro campo de acción. Entre los elementos posibles, después de un prolijo análisis, se encuentran: el electroimán, el resorte, el plano inclinado (aprovechamiento de la gravedad) y finalmente la energía de presión. Cada uno de los casos anteriores, salvo el último, no permite un control sencillo del movimiento.
Un actuador neumático estándar adecuado para una instalación debe cumplir:

- Que exista en el tamaño que lo necesito (diámetro y longitud)
- Que su rozamiento interno sea lo más bajo posible y su vida útil sea lo más larga posible
- Que su montaje o instalación sea simple y rápida
- Que existan gran variedad de diseños para adaptarlos a nuestra necesidad
- Que pueda utilizase con o sin lubricación
- Que resista los esfuerzos de tracción, compresión y térmicos sin deformarse.

1) Tipos de cilindros
• Cilindro simple efecto
Es un actuador capaz de recibir en una cámara una determinada cantidad de aire comprimido que al expandirse, mueve un eje o vástago que realiza un trabajo mecánico. Se denomina de simple efecto porque su “efecto”, es decir, el trabajo que origina, sólo se produce en un sentido. Este trabajo se manifiesta a partir del movimiento de un eje o vástago del pistón, es así que, si el eje está adentro saldrá y si está afuera entrará.
Fig. 1. 25 - Cilindro de simple efecto con retorno por muelle. Sección longitudinal.
El movimiento de reposición del vástago a su condición de equilibrio se realiza a través de un resorte, que almacenó energía en la carrera de ida y lo devuelve en la de vuelta. Constatemos que, en todos los casos, el cilindro de simple efecto recibe aire en una sola de las cámaras mientras que la otra está constantemente conectada a la atmósfera.
Por otra parte, no siempre un actuador rectilíneo realiza su trabajo por desplazamiento de un pistón, también puede hacerlo por deformación de una membrana. La figura siguiente nos muestra un actuador construido con membrana. El área útil es significativamente grande y las cámaras de estos aparatos son muy cortas. Reconocemos inmediatamente un par de aplicaciones para este tipo de actuador: apertura y cierre de válvulas globo o esclusa y frenos de aire de camiones y acoplados.
Fig. 1. 26 - Cilindros de membrana. Sección longitudinal [15].
No nos detendremos más aquí ya que en el bloque 3 se verá en profundidad este componente.
• Cilindro doble efecto
Este tipo de actuador es el más utilizado en automatización neumática, pues es muy versátil en sus aplicaciones y muy sencillo de controlar. Su denominación obedece a la característica que tienen de posibilitar el trabajo en los dos sentidos (avance y retroceso). Su construcción es similar a los de simple efecto, pero sin resorte de reposición y requieren obligatoriamente estanqueizar las dos cámaras.
Sus recorridos están normalizados y la fuerza que debe realizar es uno de los factores que limitan esta carrera debido al fenómeno de pandeo. Por otra parte, diremos también que, la fuerza que puede realizar en la carrera de avance es ligeramente mayor que la que realiza durante el retroceso debido a la diferencia de área útil.
Fig. 1. 27 - Cilindro de doble efecto. Sección longitudinal.
Dispone de amortiguamiento en avance y retroceso
La figura anterior nos muestra un cilindro de doble efecto en posición de descanso (Fig.42). Haciendo ingresar aire a presión en la cámara trasera y liberando el de la delantera a la atmósfera logramos la salida del eje. La fuerza que desarrolla durante el movimiento dependerá de la presión de alimentación y de la carga que deba mover. Su recuperación se consigue entregando aire a presión en la cámara delantera y liberando el de la trasera.
Es importante tener en cuenta la inercia cuando las cargas son importantes. Por otra parte, el inicio del movimiento no ofrece mayores problemas. No es así al final del movimiento, cuando se produce un choque, que puede ocasionar daños graves.
Para evitarlo, se suele recurrir al “amortiguador de final de carrera”, que consiste en un montaje interno del actuador con dos caminos para el aire, que hace que un instante antes de terminar la carrera, el vástago, que transporta consigo un “buje-tapón” que lo rodea y está junto al pistón, obtura completamente el camino fácil de salida del aire, permitiéndole su escape por un orificio de sección generalmente regulable, que hace que la cámara contraria al movimiento eleve su presión para generar una fuerza resistente capaz de frenarlo. Podríamos decir que es un artificio obligatorio para actuadores cuyos diámetros superen los 50 mm.
• Otros tipos de cilindros
Existen otras configuraciones para cilindros neumáticos según las aplicaciones. Podemos encontrar:

- Cilindros de doble vástago
- Cilindros tándem
- Cilindros de impacto
- Cilindros de giro
- …

Es importante conocer su existencia, aunque no se explicaran aquí para no ampliar en demasía este apartado.
 
1.3.7.- Motores neumáticos
Los motores neumáticos son unos elementos capaces de transformar la energía neumática en energía mecánica. Existen muchas herramientas que funcionan con aire comprimido y necesitan un motor, por ejemplo, taladradoras. Los motores neumáticos no solamente son útiles como herramientas de trabajo, también tienen un uso industrial, aunque no sea lo más común, porque ya existen los motores eléctricos, entre otras cosas. Sin embargo, en ciertas industrias, pueden llegar a ser necesarios, por temas de seguridad o higiene.
Las principales ventajas que obtenemos del uso de motores neumáticos son:

- Compactos y livianos: Un motor neumático con la misma potencia que un motor eléctrico pesa sólo una cuarta parte que éste y ocupa sólo una sexta parte de espacio. Además, desarrollan mucha más potencia con relación a su tamaño y peso que la mayoría de los otros tipos de motor.
- Sencilla instalación: Debido a lo dicho anteriormente.
- Fácil inversión del giro: Por medio de una válvula de control, funcionando con la máxima eficiencia a derechas o a izquierdas.
- Par creciente con la carga: La potencia de un motor neumático es relativamente constante dentro de una amplia gama de velocidad - cuando la velocidad se reduce debido a un incremento de la carga, el par aumenta.
- Sin daños por sobrecargas: Los motores neumáticos se pueden ahogar indefinidamente sin que se recalienten ni experimenten ningún otro tipo de daño. También se pueden arrancar y parar repetidamente sin límite.
- Potencia ajustable: El par y la potencia de un motor neumático se pueden ajustar progresivamente variando la presión de trabajo. Además, la velocidad también se puede ajustar progresivamente en toda su gama variando el caudal de aire.
- Robustez: Los motores neumáticos no se ven afectados por el calor, vibración, corrosión o golpes. Su rendimiento en ambientes hostiles no puede ser igualado por ningún otro tipo de motor. El diseño y construcción sencillos, con muy pocas piezas móviles, aseguran una fiabilidad óptima y un mantenimiento mínimo.
- Resistencia a ambientes hostiles y agresivos: Al no generar chispas, resultan ideales para zonas con riesgo de explosión y/o incendio. Además, su construcción los hace ideales en ambientes salinos y otras atmósferas corrosivas.

1) Tipos de motores neumáticos
Los motores neumáticos más típicos son de engranaje, de pistones y de paletas.
Los primeros son los más comunes, y son capaces de dar hasta 60CV de potencia. Están considerados de bajo rendimiento, porque consume más energía que la que transmite.
Fig. 1. 28 - Esquema motor de engranaje [16].
Los de pistones consiguen potencias de hasta 30CV y los de paletas son el tipo de motor que se usan en las herramientas, como lijadoras y taladradoras. Dan una potencia máxima de 20 CV, y tienen unas velocidades de 3000 hasta 9000 r.p.m.
Fig. 1. 29 - Esquema motor de paletas [17].

 

 
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