Los transductores más usuales en los circuitos neumáticos se localizan entre el circuito de control y los actuadores. Estos reciben la información del circuito de control (usualmente señales eléctricas o neumáticas de baja intensidad), para convertirla en las señales neumáticas de fuerza necesarias para que el actuador realice la acción deseada.
Dado que su función es controlar la dirección del flujo de aire comprimido hacia ambos lados del actuador, también se les conoce como válvulas direccionales o simplemente como distribuidores. Para entender mejor su funcionamiento, se presenta un esquema en la figura 3.
A B
C
Fig. 3: Esquemático de una válvula direccional
Esta válvula se utiliza para controlar el movimiento de cilindros de simple efecto. El aire del compresor se conecta a la entrada A. El cilindro a la salida B y el orificio C constituye un escape a la atmósfera.
En la posición trada en la figura, la salida hacia el cilindro B queda conectada a la atmósfera a través del orificio C, provocando que el cilindro se encuentre retraído. Al operarse manualmente esta válvula oprimiendo el botón negro, se desplaza el bloque gris dentro del sistema, bloqueando la salida a la atmósfera y comunicando la toma A con la B. De esta manera se permite el paso del aire comprimido al cilindro para que pueda extenderse. Luego, al quitarse la acción manual sobre la válvula, y debido a la acción del resorte, el bloque gris regresará a su posición original, quedando B nuevamente conectada a la atmósfera y el cilindro se retraerá.
A la válvula descrita se le conoce como válvula de 3 vías/2 posiciones normalmente cerrada (3/2 NC), porque conecta tres vías (A, B y C) en dos formas diferentes, dependiendo de la posición del vástago. En su posición normal, cuando el botón no se encuentra presionado, la entrada de aire comprimido A se encuentra cerrada.
La figura anterior muestra detalladamente el comportamiento de la válvula, sin embargo, al hacer los diagramas de instrumentación no sería práctico dibujar cada válvula con tanto detalle, por lo que se utiliza una simbología más sencilla que ilustra de otra forma el comportamiento de la válvula. La simbología para la válvula anterior, conectada a un cilindro de simple efecto, será la siguiente:
Fig. 4: Válvula 3/2 NC (Válvula de tres vías, dos posiciones, normalmente cerrada)
Como se observa en este diagrama, en la posición normal, la válvula permite el paso del aire del cilindro, conectado a la vía B, hacia la atmósfera a través de la vía C, mientras que la entrada de aire en la vía A queda bloqueada.
Al presionar el botón pulsador, todo el rectángulo se desplaza hacia la izquierda, colocando la flecha vertical entre A y B, lo que representa que permite el paso de aire comprimido de A hacia B, mientras que la salida a la atmósfera C se bloquea. Cuando el botón pulsador se suelta, la válvula regresa nuevamente a su posición normal debido a la acción del resorte. SIMBOLOGÍA PARA VÁLVULAS DIRECCIONALES
Del símbolo anterior, se pueden entender fácilmente las reglas que se siguen para elaborar los símbolos de las válvulas direccionales:
1) Las posiciones que puede tomar la válvula se representan por cuadros. 2) Las conexiones al exterior (vías) se representan en uno de los cuadros (el de posición normal o reposo) de la manera siguiente:
- Un triángulo entrante si es conexión al suministro de presión. - Un triángulo saliente si es escape a la atmósfera.
- Una línea recta si es conexión a otro dispositivo.
3) La dirección del flujo del aire en cada posición se representa por:
- Flechas ( ). - Puntos de bloqueo (T).
- Puntos (
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) para indicar conexiones internas entre líneas que se cruzan.4) El tipo de señal que provoca el cambio de estado de la válvula, definida como señal de accionamiento o piloteo, pueden ser de diferentes tipos: manual, eléctrica (a través de un solenoide), neumática, mecánica, por resorte, etc. Estas señales de accionamiento se indican en la parte exterior de la válvula mediante símbolos como los trados en la figura 5.
Fig. 5: Señales de accionamiento
Además de la válvula mencionada anteriormente, existen otras que se utilizan como interfaces de potencia de actuadores neumáticos. A continuación, se presentan algunas de las más comunes y sus aplicaciones más usuales:
3/2 NC Monoestable 5/2 Monoestable
Control de cilindros de simple efecto Control de cilindros de doble efecto
5/2 Biestable 5/3 Con posición central de bloqueo
Control de cilindros de doble efecto. Si no existe señal permanece en la última posición ordenada
Control de cilindros de doble efecto. Si no existe señal se detendrá en la posición intermedia
Para conocer otros tipos de señales de accionamiento y su simbología, se recomienda consultar algún catalogo comercial de componentes neumáticos. Nota:
a) Se usa el término monoestable, para indicar una válvula que en ausencia de señal tiene solo una posición de estado estable. Por el contrario, una válvula biestable, en ausencia de señal puede tomar cualquiera de dos estados posibles. Esto puede interpretarse como que recuerda la última posición ordenada. Por esta razón a las válvulas biestables se les conoce como válvulas con memoria.
b) Para conocer otros tipos de válvulas consulte un catálogo de
componentes neumáticos. REGULADORES DE FUERZA Y VELOCIDAD
Con las válvulas vistas en la sección anterior, se ha logrado controlar la dirección del movimiento del cilindro, avance o retroceso. Sin embargo, en muchas aplicaciones esto no es suficiente, pues se requiere además regular la velocidad o la fuerza del cilindro. Para esto se utilizan dos tipos de válvulas, las cuales al incorporarse al circuito de fuerza de aire comprimido, nos permiten regular estas variables.
A) REGULACIÓN DE VELOCIDAD
La regulación de la velocidad se logra restringiendo el flujo de aire que sale del cilindro mediante una válvula de estrangulamiento. La más usual es la restricción unidireccional. Esta, además de la válvula de estrangulamiento, incorpora una válvula check. Esto le permite restringir el flujo del aire solo en una dirección (cuando el aire intenta circular en sentido contrario, fluye libremente a través de la check). En la figura 6 se muestra su símbolo y la forma en que se incorporaría a un circuito de fuerza neumático para regular la velocidad de su avance.
Fig. 6: Regulador de velocidad
b) Regulación de fuerza
La regulación de fuerza se logra controlando la presión máxima que se aplica al cilindro. Para ello, se utiliza una válvula reguladora de presión. Esta válvula permite el paso de aire, mientras la presión de salida no alcance un valor determinado, denominada presión de corte. Cuando esto sucede la válvula cierra el paso del aire evitando que la presión aumente.
Fig. 7: Regulador de velocidad
Para entender su funcionamiento, piense en la flecha interior como un conducto entrada - salida (ver en la figura anterior) que puede desplazarse hacia abajo empujado por la presión neumática de salida. Si dicha presión es menor a la presión de corte, el resorte mantendrá el conducto en la posición indicada, permitiendo de esa manera el paso del aire. Pero cuando la presión de salida alcanza la presión de corte, ésta vencerá la oposición que ofrece el resorte, desplazando el conducto hacia abajo, cerrando el paso del aire y evitando que la presión aumente. La presión de corte se ajusta regulando la presión del resorte.
SENSORES
Existe una gran variedad de sensores que detectan la posición de los cilindros y/u otras variables importantes. Esta información es aprovechada por ejemplo, para enviarla al controlador, ya sea en forma neumática o eléctrica, dependiendo del tipo de circuito de control empleado. Sólo mencionare que cuando el circuito es todo neumático, es usual que para detectar la posición del cilindro, se utilicen válvulas 3/2 NC como las vistas anteriormente, pero accionadas por rodillos, de tal manera que cuando el cilindro toca el rodillo, este último activa la válvula y una señal neumática es enviada al controlador.
Fig. 8: Sensores