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OPERADORES NEUMATICOS

La neumática (del griego πνεῦμα "aire") es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.

Mandos neumáticos

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Los sistemas neumáticos e hidráulicos están constituidos por:

• Elementos de información.
• Órganos de mando.
• Elementos de trabajo.
• Elementos artísticos.

Para el tratamiento de la información de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el fluido de forma prestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo del aire comprimido.

En los principios de la automatización, los elementos rediseñados se mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizan elementos de comando por símbolo neumático (cuervo).

Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos, electro-neumáticos y automáticos que efectúan en su totalidad el tratamiento de la información y de la amplificación de señales.

La gran evolución de la neumática y la hidráulica han hecho, a su vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto, hoy en día se dispone de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las necesidades.

Hay veces que el comando se realiza manualmente, y otras nos obliga a recurrir a la electricidad (para automatizar) por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son importantes y no existen circunstancias adversas.

Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones:

• Distribuir el fluido
• Regular caudal
• Regular presión

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por el compresor o almacenado en un depósito. Ésta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques).

Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:

1. Válvulas de vías o distribuidoras

La válvula se representa por una serie de cuadrados, cada cuadrado de la válvula representa una posición que la válvula puede adoptar. Lo más común es encontrarse con válvulas de dos posiciones. Cuando se representa una válvula en un esquema o plano neumático, siempre se hace respecto a su posición de reposo o inicial, nos referimos a las líneas externas que representan los tubos de conexión y que aquí no estarán dibujadas para no confundir.



Las vías se dibujan en el interior de cada posición o cuadrado. Las vías que se hallen cerradas, se representan con una T, y las vías conectadas entre sí las veréis unidas por una línea con una o dos flechas. Las flechas nos indican el sentido de circulación del aire, de aquí podemos deducir que dos flechas nos informan de doble sentido de circulación del aire.



Ahora bien, hemos dicho "líneas cerradas", esto entendido literalmente no es correcto. Estas líneas pueden ser tubos que sean de escape, con lo cual, habrá que hacerle el dibujo correspondiente; o bien, pueden ser tubos que lleven a la red de aire, a lo cual, habrá que hacerle su dibujo externo. De todos modos, en el símbolo de la válvula se representa con una T.
En la sección de simbología, disponéis de los dibujos a los que hacemos referencia.

Ahora, vamos a liarlo un poco más. Antiguamente las vías estaban representadas o nombradas con letras mayúsculas; en la actualidad esto no sucede, se nombran con números. 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, principalmente para no complicar la comprensión del plano o esquema.

Así, nos encontramos con diferentes tipos de válvulas, por ejemplo, la válvula 2/2. Pero en este 2/2, ¿qué significa cada 2? Perfecto, vamos a explicarlo. El primer 2, nos indica el número de vías, y el segundo 2, nos dice el número de posiciones. Otro ejemplo más claro: La válvula 3/2, es una válvula de tres vías y dos posiciones.

Con estas sencillas explicaciones, ya podemos entender que significan los símbolos que están dibujados en la sección de simbología.

2. Válvulas de bloqueo

Este tipo de válvula esta diseñada para que deje fluir el aire en un sentido, mientras bloquea el sentido contrario.

Aquí podéis observar representadas los tres tipos de válvula antirretorno que existen. El símbolo de la derecha representa una válvula antirretorno pilotada. La diferencia que tiene respecto a los otros dos tipos, es que cuando no esta siendo pilotada actúa como una válvula antirretorno normal, mientras que cuando se la comanda o pilota, permite el paso del fluido en el sentido contrario.
En cambio, los otros dos símbolos, representan a válvulas antirretorno que solo admiten un sentido de paso de fluido o aire. El símbolo central, quiere decir que funciona con un muelle.
Las válvulas antirretorno se colocan antes que las válvulas de distribución, de esta forma protege al circuito de posibles cortes de aire y de interferencias entre componentes.

Válvulas simultáneas.                                                                                                                 Las válvulas simultáneas tienen dos entradas, una salida y un elemento móvil, en forma de corredera, que se desplaza por la acción del fluido al entrar por dos de sus orificios, dejando libre el tercer orificio. Sí solamente entra fluido por un orificio, el orificio que debería dejar paso al fluido, queda cerrado.

Válvulas selectivas.

Las válvulas selectivas tienen 2 entradas y una salida. Su elemento móvil suele ser una bola metálica. Cada una de las entradas esta conectada a un circuito diferente, por este motivo se llaman válvulas selectivas. Este tipo de válvula se utiliza cuando deseamos accionar una máquina desde más de un sitio de mando. El funcionamiento es sencillo de entender, si entra aire por una entrada, la bola se desplazará obturando la otra entrada y dejando salir el fluido por la salida. Alguien se preguntará que sucede si se da la casualidad de que entre aire por las dos entradas a la vez, pues se cerrará la que menos presión tenga, y si tiene igual presión continuará cerrada la salida porque esta no es la condición de servicio de la válvula.

Válvulas de escape.

Este tipo de válvulas tiene dos funciones que desempeñar. Uno para liberar el aire lo antes posible, pues sí el aire tiene que pasar por gran cantidad de tubería, tardaría mucho en salir al exterior. La otra utilidad, es que a veces quedan restos de presión en las tuberías, lo cual facilita que se den errores de funcionalidad en el circuito, con este tipo de válvula se elimina esta posibilidad.

Válvulas de presión Las válvulas de alivio se pueden encontrar a nivel industrial, comercial y doméstico. En general en cualquier lugar donde circule o se mantenga un fluido que esté sometido a cambios de presión y/o temperatura se puede observar este tipo de válvulas.

Entre los ejemplos más comunes y a la vista de todos nosotros están los calentadores de agua. Las válvulas de alivio instalados en los calentadores o en la línea del calentador están diseñadas para abrirse y liberar la presión en caso de que la presión supere los 120-150 PSI (8-10 bar) para evitar una explosión en caso de fallo del termostato.

En la industria también sobran los ejemplos como los compresores de aire o estaciones de reducción de presión para suministro de gas natural.

Otros usos habituales de estas válvulas son el alivio de presión en un bloqueo en el sistema de impulsión de una bomba, o para aliviar el aumento de presión debido a una expansión térmica de un fluido confinado en un sistema cerrado.

A nivel industrial no todas las válvulas liberan el fluido al exterior, en el caso de gases o líquidos peligrosos la liberación se hace hacia contenedores especiales.

Las válvulas de alivio de presión también son utilizadas para controlar procesos, en estos casos las válvulas actúan enviando los fluidos a determinados lugares dependiendo de presión del sistema.

Tipos

Mecánicos

Válvula de alivio para calentadores de agua.

‎El mecanismo de alivio consiste en un tapón que mantiene cerrado el escape. Un resorte conserva este tapón en posición evitando que el fluido se escape del contenedor o tubería. Cuando la presión interna del fluido supera la presión del resorte el tapón cede y el fluido es expulsado a través del escape. Una vez que la presión interna disminuye el tapón regresa a su posición original.

El umbral de presión que determina el punto de liberación del fluido se ajusta aumentando o reduciendo la presión que el resorte ejerce sobre el tapón con un tornillo que lo atraviesa por su centro.

Válvula de alivio para oxígeno.

Las válvulas de alivio de presión y temperatura tienen un segundo mecanismo para liberar la presión que es activado cuando se alcanza determinada temperatura. Estás válvulas se abrirán cuando ocurra uno de estos dos eventos: presión por arriba del umbral o temperatura por arriba del umbral, lo que ocurra primero.

Eléctricos

Las válvulas eléctricas de alivio cuentan con los dos módulos, un presostato y una electroválvula. El presostato se puede ajustar para que dispare la electroválvula a la presión deseada.

Electrónicos

Los sistemas más avanzados en lugar de un presostato tienen un transductor de presión que envía una señal a un cuarto de control. Aquí un operador de manera manual o programando una computadora decide a que presión se abra o cierre la electroválvula.

3. Válvulas de caudal
4. Válvulas de cierre

OPERADORES HIDRAULICOS

La hidráulica: La hidráulica estudia el comportamiento del agua. Ultimamente esta se sustituye por aceite en muchas aplicaciones industriales, pero su estudio recibe el mismo nombre.

Circuito eléctrico: Conjunto de operadores unidos de tal forma que permiten el paso o circulación de la corriente hidráulica para conseguir algún efecto útil.

Componentes

Tuberías: De plástico flexible. En el mercado puedes encontrar una gran variedad de gamas, diámetros y colores que te permitirán acoplar, unir, modificar, adaptar y construir de forma rápida y sencilla cualquiera de nuestros diseños.

Válvulas: Son uno de los elementos fundamentales de los circuitos en los que intervienen fluidos. Se encargan de dirigir la energía dentro del circuito siguiendo un recorrido previamente establecido, para cumplir una función determinada.

Las válvulas, en general, se pueden considerar como operadores que tienen por finalidad regular el paso de los fluidos. En la industria existe una gran variedad de válvulas que de forma global, y como primera aproximación, podemos clasificar en:

Válvulas distribuidoras: Se encargan de controlar el paso y el sentido de circulación del fluido dentro del circuito.

Válvulas de seguridad: Existen varios tipos: unas se encargan de bloquear e impedir el retorno del fluido en uno de los sentidos de circulación, mientras que otras regulan el caudal, la presión, etc..., en el interior de los circuitos.

Dispositivos con agua a presión: El agua que cae a gran velocidad produce el giro de la rueda hidráulica.
Bomba de agua de vaivén simple: Se basa en el empleo de una válvula unidireccional y de una jeringuilla.
Aunque con ella no se puede obtener un flujo de liquido continuo, las presiones que se obtienen y, por tanto, la altura a la que puede subir el liquido suele ser mayor que la obtenida con bombas de agua que emplean motor eléctrico.
Válvula unidireccional: Permiten el paso del fluido en un solo sentido, impidiendo la circulación del mismo en el sentido contrario. Consiste en una caja o recipiente de plástico, no muy duro, cuya forma puede ser diversa, que dispone de tres agujeros:

En el primero de ellos, por la cara interna, se ha pegado solamente por la parte superior y por la inferior una goma fina.

En otro agujero se ha colocado un tubo que se conecta a la jeringuilla. Suele ser flexible, del que venden en casi todas las tiendas de plásticos.

Por la parte superior se coloca un tubo por donde sale el agua, al que al final se le conecta otro que conduzca el agua al deposito que se quiere bombear.

Válvula reguladora de caudal: Permite el paso de una mayor o menor cantidad de caudal en función de la obturación o abertura con la que la hayamos programado.
Bombas de impulsión hidráulica: El ser humano utiliza y aprovecha la energía que le proporcionan los recursos hidráulicos de tres formas distintas:

Transformando la velocidad y peso del agua en energía útil.

Aprovechando la presión que tiene un fluido debido a la diferencia de alturas o desnivel.

Utilizando la presión obtenida de forma artificial en un fluido mediante el empleo de bombas de impulsión hidráulica.

Existen distintos métodos y diseños que permiten obtener y fabricar bombas de impulsión hidráulica. A continuación te presentamos algunas
de estas maquinas, aquellos modelos que pueden tener un mayor interés para ciertas aplicaciones dentro del aula.

• Bomba de pistón: Bomba de movimiento lineal más sencilla. Para que pueda funcionar se debe utilizar junto con la válvula unidireccional, de forma que en su carrera de aspiración la válvula se abre; mientras que en la carrera de compresión la válvula se cierra por el efecto de la presión interior, con lo que se impulsa el fluido hacia el punto deseado.

• Bomba aspirante-impelente: El funcionamiento de este tipo de bombas se basa en intercalar en una bomba de pistón dos válvulas antirretorno dispuestas en posición favorable, de forma que mientras una se cierra en la aspiración, la otra se abre, invirtiéndose su funcionamiento cuando se produce la compresión.

• Bombas de paletas centrífugas: Las bombas de paletas centrífugas son unos operadores cuyo diseño esta formado por una cámara de sección circular, en cuyo interior gira a gran velocidad un rotor excéntrico provisto de paletas impulsadoras. La gran velocidad de giro hace que el liquido sea aspirado hacia el centro de la cámara y proyectado a gran velocidad contra sus paredes. De esta forma el fluido alcanza la presión suficiente y sale al exterior por la abertura lateral que se ha practicado en la cámara para tal fin.

Temporizador
Por llenado de un recipiente: La temporización para el encendido de un punto de luz y desconexión de la bomba de agua se efectuara según el volumen del recipiente, posición de los sensores y caudal aportado por la bomba.

OPERADORES MECANICOS

Son operadores y van conectados entre si para permitir el funcionamiento de una maquina; teniendo en cuenta la fuerza que ejerce sobre ellos. Los operadores mecánicos convierten la fuerza en movimiento.

Entre estos están:

Palanca                                                                                     Es la máquina simple de transmisión lineal que puede girar alrededor de un punto de apoyo. En esta barra hasta un punto de aplicación de la fuerza (F), y un punto de aplicación de la resistencia, (R). Para resolver una palanca en equilibrio empleamos la expresión llamada ley de la palanca: F.d=R.r                                                                                                                                                                        Donde "d" es la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza y "r" la distancia desde el punto de apoyo respecto a F y R. Tenemos tres tipos de palancas:

Palancas de primer género o de primer grado                                                         Tiene el punto de apoyo entre la fuerza y la resistencia.

Palancas de segundo género o de segundo grado                                                     Tienen la resistencia entre el punto de apoyo y la fuerza.

Palancas de tercer género o de tercer grado                                                       Son las que tienen la fuerza entre el punto de apoyo y la resistencia.

 

Polea

La polea es una rueda que gira libremente alrededor de su eje, esta provista de un canal en su superficie para que sirva de guía a una cuerda, correa o cadena. A la que recibe o a la que le da el movimiento. Y también se ve como una maquina simple, formada por una cuerda, cable, correa, cadena, etc.

F=R

Tipos de polea

Polea simple: Polea simple fija, polea simple móvil

Polea compuesta: Polipasto

Polea simple fija

En las poleas fijas, las tensiones (fuerzas) a ambos lados de la cuerda son iguales (T1 = T2) por lo tanto no reduce la fuerza necesaria para levantar un cuerpo. Sin embargo permite cambiar el ángulo en el que se aplique esa fuerza y transmitirla hacia el otro lado de la cuerda.

Polea simple móvil

La polea móvil no es otra cosa que una polea de gancho conectada a una cuerda que tiene uno de sus extremos anclados a un punto fijo y el otro (extremo móvil) conectado a un mecanismo de tracción.

Estas poleas disponen de un sistema armadura-eje que les permite permanecer unidas a la carga y arrastrarla en su movimiento (al tirar de la cuerda la polea se mueve arrastrando la carga).

Polea compuesta

Polipasto                                                                                                                                                                    Es una combinación de poleas fijas y móviles recorridas por una sola cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo.

Mecanismos de transmisión circular                                                                                               Tanto como el movimiento de entrada como el de salida son circulares. Tienen por objeto fundamental variar la velocidad, lo que hace que varíe el par (fuerza que realizan), en algunos casos sirven para transmitir el movimiento a ciertas distancias (correas y poleas).

Biela-manivela                                                                                                                                Ambos sistemas (biela-manivela y excéntrica-biela) permiten convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno giratorio continuo en el eje al que está conectada la excéntrica o la manivela (aunque para esto tienen que introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro.).

OPERADORES ELECTRICOS

Sistema eléctrico: a todo conjunto organizado de elementos interconectados con el fin de transmitir, controlar y transformar energía eléctrica. Si un sistema utiliza energía eléctrica, circulara por el corriente eléctrica.
• Distintos tipos de sistemas eléctricos
Los sistemas eléctricos se diferencian por el origen de su fuente de energía. Los hay conectados a la red eléctrica y otros que utilizan baterías o pilas. Los conectados a la red de distribución eléctrica son aquellos donde aparecen enchufes, como la heladera o el televisor.
Otros funcionan con pilas o baterías. No obstante muchos de ellos también pueden conectarse a la red eléctrica para economizar.
Muchos artefactos como teléfonos celulares, videocámaras, afeitadoras utilizan pilas recargables.
• Circuitos simples
Los circuitos simples son los que tienen solo un elemento cuya función es la transformación de la energía eléctrica.
Veamos un ejemplo de artefacto de uso cotidiano que utiliza un circuito eléctrico sencillo: una linterna.
Para que funcione un circuito eléctrico se necesita, además de los materiales apropiados, cierta forma de unir, relacionar o conectar los distintos elementos de un sistema.

BIOMECANICA

Es una área de conocimiento interdisciplinaria que estudia los modelos, fenómenos y leyes que sean relevantes en el movimiento (incluyendo el estático) de los seres vivos. Es una disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras de carácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humano. Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas, para estudiar el comportamiento del cuerpo humano y resolver los problemas derivados de las diversas condiciones a las que puede verse sometido.

La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y usa algunos de sus principios, ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.

Una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la práctica médica; desde la clásica pata de palo, a las sofisticadas ortopédias con mando mioeléctrico y de las válvulas cardiacas a los modernos marcapasos existe toda una tradición e implantación de prótesis.

Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores, con el control de un gran número de parámetros o con la repetición de su comportamiento.