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ESC ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA UELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA UELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA UELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELÉ
Y ELÉ Y ELÉ
Y ELÉCTRICA U.P.A. CTRICA U.P.A. CTRICA U.P.A. CTRICA U.P.A.
ENVASADO Y AUTOMATIZADO DE PRODUCTOS LACTEOS.
T E S I S:
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO MECANICO PRESENTADA POR:
SAEB MARTÍNEZ JOSÉ ALEJANDRO
ASESOR:
M.C. GUILLERMO AMEZQUITA MARTINEZ
MEXICO D.F. 2009
AGRADECIMIENTOS
PARA
MI FAMILIA
Por tantos años de apoyo que mi inspiraron a concluir con mis estudios y siendo un pilar de mi vida para concretar el sueño de ser ingeniero mecánico.
INDICE
PÁGINA
INTRODUCCION
7OBJETIVO
8JUSTIFICACION
9CAPITULO 1 GENERALIDADES
1.1 Generalidades de envasado 111.2 Normatividad para productos lácteos 13
1.3 Descripción del proceso de elaboración de yogurt 15
1.4 Tipos, características de maquinas envasadoras 21
CAPITULO 2 APLICACIÓN NEUMATICA
2.1 Neumática 242.2 Producción de aire comprimido 25
2.3 Tipos de compresores 28
2.4 Técnicas comparadas 30
2.5 Generalidades de mandos neumáticos 37
2.5.1 Elementos neumáticos de mando 39
2.5.2 Elementos neumáticos de trabajo 53
CAPITULO 3 PROCESO DE ENVASADO
3.1 Proceso de envasado 663.2 Elementos neumáticos utilizados 69
3.3 Opción neumática 75
3.4 Diseños alternativos 77
CAPITULO 4 CALCULOS Y RESULTADOS
4.1 Necesidades del usuario 824.2 Resultados obtenidos 85
4.3 Diseño Propuesto 90
Conclusiones 93
INDICE DE FIGURAS
NUMERO DESCRIPCION PAGINA
1 Compresor alternativo o de desplazamiento 28
2 Compresor rotativo 29
3 Ductos 39
4 Diagrama de ductos 39
5 Representación de conductos 39
6 Válvula Distribuidora 2/2 41
7 Válvula Distribuidora 3/2 41
8 Válvulas distribuidoras 41
9 Representación neumática 42
10 Válvula distribuidora 3/2 abierta 42 11 Válvula distribuidora 3/2 cerrada 42 12 Válvula distribuidora 3/2 cerrada en reposo 43 13 Válvula distribuidora 3/2 abierta en reposo 44
14 Válvula distribuidora 4/2 45
15 Mando de un cilindro de doble efecto 46
16 Válvula distribuidora 3/2 47
17 Válvula distribuidora 3/2 junta plana 47
18 Captadores de presión 49
19 Amplificador de baja tensión 50
20 Válvula con palanca y rodillo 51
21 Válvula reguladora de caudal unidireccional 52 22 Sección esquemática de un cilindro 54 23 Estructura de un cilindro neumático 57
24 Tipos de juntas 58
25 Cilindro doble efecto 60
26 Cilindro neumático 61
27 Parte delantera de un cilindro 62
28 Fijaciones 64
29 Mesa de envasado 66
30 Plano general de la planta 67
31 Arreglo general de las mesas 68
32 Válvula 5/2 de control 69
33 Diagrama de válvula 5/2 69
34 Modulo "O" selector del cto. 70 35 Modulo y válvula de simultaneidad 71
36 Válvula 5/2 de control 71
37 Válvula 3/2 de control 72
38 Modulo "Y" válvula de simultaneidad 73
39 Unidad de mantenimiento 74
INTRODUCCION
Hoy en día los consumidores están más preocupados con respecto a la seguridad e higiene que fueron elaborados los alimentos que consumen. El aumento de ésta conciencia colectiva ha hecho posible que este tema adquiera un papel de vital importancia dentro de la industria alimenticia.
El término industria alimenticia abarca un conjunto de actividades industriales dirigidas al tratamiento, transformación, preparación, conservación y envasado de productos alimenticios. En general, las materias primas utilizadas son de origen vegetal o animal y se producen en explotaciones agrarias, ganaderas y pesqueras.
La industria alimentaría actual ha experimentado un intenso proceso de automatización, en un principio, el trabajo se realizaba en el hogar, en las explotaciones agrarias o en pequeñas empresas tradicionales de gestión familiar que se caracterizaban por una utilización intensiva de mano de obra, en la actualidad se han creado procesos industriales altamente mecanizados basados en el empleo generalizado de capital lo que a dado paso a la existencia de grandes industrias en numerosos países.
En particular la industria láctea se caracteriza por la existencia de muchas fábricas relativamente pequeñas que ofrecen productos como leche, queso, requesón, nata, helados, yogurt, suero y lactosa.
A fines del siglo XIX, con el advenimiento de la industria lechera en los países occidentales, se inició el interés por los productos lácteos fermentados. Se dio gran importancia a la calidad de los fermentos y a las condiciones higiénicas de su producción, para controlar totalmente la elaboración y obtener finalmente un producto de calidad uniforme.
Las importantes inversiones realizadas en los últimos años en las plantas elaboradoras y en investigación han permitido el constante lanzamiento de nuevos productos para segmentos específicos de consumidores además las fuertes campañas de promoción y publicidad conforman un perfil de mercado competitivo y dinámico.
OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO
La necesidad de asegurar la conservación de los productos alimenticios y facilitar una mejor distribución reduciendo costos de producción y mantenimiento por medio de un sistema neumático que mejore la producción de yogurt sin la intervención de la mano humana en el proceso de envasado además de esta manera se pretende tener un mayor control en la higiene del proceso.
Con este proyecto se busca automatizar el proceso industrial de envasado de productos lácteos. Reduciendo los costos tanto de mantenimiento como mano de obra y eliminando por cuestiones de normas de higiene el contacto de dicho producto con la mano del hombre.
JUSTIFICACION
La necesidad de asegurar la conservación de los productos alimenticios y facilitar una mejor distribución atenúa la presión de mejorar las tecnologías de tratamiento y conservación y da origen a una rápida evolución técnica y mecanización de estas industrias. Las presiones económicas y comerciales constantes llevan al sector a ofrecer productos nuevos y diferentes para el mercado, mientras que, en otras industrias, puede fabricarse el mismo producto del mismo modo durante decenios, en la industria alimentaría en ocasiones suele recurrirse a técnicas aparentemente arcaicas al lanzar o iniciar nuevos productos y procesos aun en instalaciones muy industrializadas.
En este tipo de industrias para satisfacer las demandas de la población, no es necesaria únicamente una cantidad suficiente de alimentos, sino que exige un aumento de la producción y también un control estricto de la higiene con el fin de lograr la calidad indispensable para mantener la salud de la comunidad. Por cual solo la modernización de las técnicas eliminarán los riesgos de la manipulación manual.
La industria láctea está integrada por poco más de 12mil establecimientos, mas del 90 por ciento de ellos corresponden a micro y pequeñas empresas con escasos niveles de tecnología e inadecuados sistemas de control de calidad de sus productos.
El mercado mundial de yogurt tiene un valor superior a los 30,000 millones de dólares y representa el 13% del mercado total de lácteos. Europa es el mercado más importante del mundo y tiene ventas superiores a los 15,000 millones de dólares anuales. Turquía, por ejemplo, tiene ventas de casi 2,800 millones de dólares anuales, y el 80% del yogurt que se vende en ese país se utiliza para cocinar
El mercado mexicano de este producto lácteo tiene un valor superior a los 700 millones de dólares anuales y presenta un crecimiento anual de más de 13%. El consumo promedio de yogurt de los mexicanos es inferior a 2 kilogramos anuales, muy lejos de los más de 60 kilos que consumen los turcos.
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1 GENERALIDADES.
El yogurt es un producto lácteo fermentado, levemente ácido, de cultivo semisólido, resultado del crecimiento de bacterias ácido lácticas que modifican los componentes normales de la leche, provocando su coagulación, formando una masa más o menos homogénea de aspecto viscoso, sabor ácido agradable y refrescante; es producido por homogeneización y pasteurización.
De acuerdo al Códex Alimentarius el yogurt se define como el producto de leche coagulada obtenida por fermentación láctica mediante la acción de Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus y Streptococcus salivarius subsp thermophilus a partir de la leche y productos lácteos. Los microorganismos presentes en el producto deberán ser apropiados y abundantes.
La legislación mexicana en el Reglamento de Control Sanitario de Productos y Servicios, en su Apéndice, apartado III.1.7 Inciso d Define como yogurt, “al producto obtenido por la fermentación de la leche estandarizada entera, parcialmente descremada o descremada, pasteurizada, producida por cultivos de las bacterias lácticas viables Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus termophyllus, adicionado o no de aditivos”
El yogurt en México ha tenido una amplia aceptación y un crecimiento acelerado;
actualmente se le encuentra en una gran variedad de presentaciones, tamaños, texturas, sabores, colores, marcas comerciales. Se le puede conseguir con bajo contenido de grasa, sólido o batido, conocido este último como “estilo Suizo”. Su composición varía de acuerdo al tipo de leche utilizada como por los ingredientes incluidos en su formulación, ya sea fruta, nueces, etc.
El proceso tecnológico para la obtención de yogurt es sencillo y económico, se requiere un conjunto de equipos y utensilios básicos, que conjuntamente con el cumplimiento de normas de sanidad e higiene son indispensables para la producción de un alimento seguro y de óptima calidad.
Los tipos de yogurt que existen en el mercado son: Yogurt líquido, batido y aflanado ó firme.
Actualmente la tecnología de elaboración de yogurt está al alcance de todo el mundo y se produce en forma industrial, semi-industrial o artesanal.
En muchos países, se han adoptado normativas estrictas que regulan la elaboración de productos lácteos y en las que se establece, por ejemplo, la
obligación de pasteurizar todos los líquidos. En la mayoría de las industrias lácteas, la leche se pasteuriza; en ocasiones, se esteriliza o se homogeneiza. La obtención de productos lácteos seguros y de alta calidad es el objetivo de los centros productivos actuales. Aunque los recientes avances tecnológicos permiten una mayor sofisticación y automatización, la seguridad sigue siendo motivo de preocupación.
1.2 NORMATIVIDAD.
NORMA MEXICANA PARA LAS LECHES FERMENTADAS
La norma PROY-NOM-185-SSA1-2000 publicada por el diario oficial de la nación el 24 de abril del 2000, donde especifica para leches fermentadas lo siguiente:
Se considera leche fermentada, al producto lácteo obtenido de la fermentación de la leche mediante la acción de microorganismos específicos cuyo resultado sea la reducción del pH, adicionado o no de ingredientes opcionales y aromatizantes, sometido o no a tratamiento térmico después de la fermentación.
Las leches cultivadas o fermentadas y acidificadas, además de cumplir con lo establecido en el Reglamento, deben ajustarse a las siguientes especificaciones:
• No deben contener más del 2% de Alcohol en Volumen (ALC. VOL.).
• Las leches fermentadas y las leches acidificadas deben tener una acidez integra de no menos de 0.5% expresada como ácido láctico.
• La prueba de la fosfatada debe ser máximo de 4 UF /g.
•
En las leches cultivadas o fermentadas no se permite la adición de conservadores, solo puede aceptarse la presencia del ácido sórbico y sus sales de sodio y potasio, dióxido de azufre y ácido benzoico como efecto de transferencia de los ingredientes opcionales, debiendo cumplir en proporción con los límites establecidos para cada uno de ellos o dentro de un máximo de 50 mg. / Kg. (solo o mezclado) en el producto final.
En la elaboración de las leches fermentadas aromatizadas se permite el empleo de los saborizantes que contempla el Reglamento, de acuerdo con las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF), además de lo establecido en el punto cuarto del Acuerdo por el que se determinan las sustancias permitidas como aditivos y coadyuvantes.
La normativa Nº 47/97 del MERCOSUR legisla sobre la calidad e identidad de las leches fermentadas (yogur, leche cultivada, etc.), en el Códex alimentarius, volumen 12 quedan regulados los productos lácteos.
Otras normas que regulan la producción de yogurt son:
• Códex alimentarius, Norma a-5.
• Internacional recomendado de prácticas de higiene para la leche en polvo (CAC/RCP 31-1983).
• Códex alimentarius, vol. II, CAC/RCP 31-1983 Identidad y calidad de leche en polvo
• MERCOSUR/gmc/res. Nº 82/93
• Norma oficial mexicana NOM-185-SSA1-2002,
• Reglamento de control sanitario de productos y servicios.
• NMX-F-444-1983. Alimentos- yogur o leche búlgara.
• NOM-002-SCFI-1993. Contenido neto, tolerancias y métodos de prueba.
1.3 DESCRIPCION DE PROCESO DE ELABORACION DE YOGURT.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
Aunque se ha utilizado leche de diferentes especies animales para la fabricación del yogur, en la industrialización se utiliza básicamente leche de vaca. Puede utilizarse, leche entera, leche parcialmente descremada, leche descremada o crema de leche. La leche más apropiada es la que posea un contenido elevado de proteínas por razón de su alta densidad. A pesar de ello no es necesario elegir una leche con una proporción elevada de extracto seco para la producción de yogur, pues aquel puede ser aumentado más tarde por medio de otros productos como, leche descremada concentrada, leche en polvo descremada, suero, lactosa.
Para que el cultivo iniciador se desarrolle, han de tenerse en cuenta los siguientes criterios:
• Bajo recuento bacteriano.
• Libre de antibióticos, desinfectantes, leche mastítica (*), calostro (*) y leche rancia.
• Sin contaminación por bacteriófagos (*).
ETAPAS DEL PROCESO DE ELABORACION
• Recepción en usina de la leche cruda: es un punto de control en donde deben realizarse verificaciones inmediatas de la calidad acordadas de la leche cruda. La leche es bombeada a un tanque de almacenamiento. Luego es bombeada a través de un filtro hacia el clarificador que va a utilizar una fuerza centrífuga para obtener algunas impurezas insolubles en la leche.
• Filtración: se realiza la filtración de la leche para evitar el ingreso de partículas gruesas al proceso.
• Estandarización y preparación de la mezcla: se regula el contenido de grasas y sólidos no grasos. Se agrega azúcar de acuerdo al tipo de producto a elaborar, y se regula el contenido de extracto seco mediante el agregado de leche en polvo, concentración por las técnicas de filtración a través de membranas o sustracción de agua por evaporación.
• Desodorización: en la elaboración de yogur, una leche con un contenido incrementado de aire conlleva una serie de desventajas. Sobre todo al añadir la leche en polvo se produce una notable incorporación de aire. En
este caso es conveniente desodorizar la leche en un depósito al vacío. Los efectos que se persiguen son los siguientes:
• Mejorar la estabilidad del gel de yogurt incrementando la viscosidad.
• Eliminar las sustancias aromáticas y sápidas indeseadas.
• Incrementar los efectos de la homogeneización.
• Reducir los riesgos de que se queme la leche durante el calentamiento en el cambiador de placas.
• La desodorización se realiza a una temperatura de 70-75 ºC y a una presión de 70-80 kPa. Cuando se incrementa el extracto seco por el método de evaporación se consigue un grado suficiente de desodorización.
• Homogeneización: En la práctica de la elaboración de yogur se homogeneiza muchas veces la leche higienizada al objeto de impedir la formación de nata y mejorar el sabor y la consistencia del producto.
• La homogeneización reduce el tamaño de los glóbulos grasos, pero aumenta el volumen de las partículas de caseína. A consecuencia de esto se produce un menor acercamiento entre las partículas, en el proceso de coagulación, lo que se traduce en la formación de un coágulo más blando.
Para evitar este fenómeno se suele realizar la homogeneización de la nata o la homogeneización en caudal parcial; técnicas éstas que no alteran la estructura de la caseína.
• Pasteurización: Luego la leche es pasteurizada y desinfectada en un sistema de pasteurización de temperaturas muy altas (UHT) el cual además disminuye el crecimiento de las bacterias de ácido láctico a un nivel aceptable.
Por principio, el yogur se ha de calentar por un procedimiento de pasteurización autorizado. Para que el yogur adquiera su típica consistencia no sólo es importante que tenga lugar la coagulación ácida, sino que también se ha de producir la desnaturalización de las proteínas del suero, en especial de la lacto globulina. Como es sabido, esto se produce a temperaturas aproximadas a 75 ºC, consiguiéndose los mejores resultados de consistencia (en las leches fermentadas) a una temperatura entre 85 y 95 ºC. El tratamiento térmico óptimo consiste en calentar a 90 ºC y mantener esta temperatura durante 15 minutos.
Esta combinación temperatura/tiempo también se emplea en la preparación del cultivo y es muy habitual en los procedimientos discontinuos de fabricación de yogurt. En los procedimientos de fabricación continua se suele mantener esta
Muchas fábricas aplican temperaturas mayores a 100ºC. Esta práctica no es aconsejable debido a que no consigue incrementar el efecto, pero puede provocar la desnaturalización de la caseína, lo que se traduce en una reducción de la estabilidad del gel ácido.
Las proteínas desnaturalizadas del suero, por el contrario, limitan la sinéresis (*) del coágulo y reducen por tanto la exudación de suero. Es un punto crítico de control, pues es el punto donde se eliminan todos los microorganismos patógenos siendo indispensable para asegurar la calidad sanitaria e inocuidad del producto.
• Primer Enfriamiento: es un punto de control porque asegura la temperatura óptima de inoculación, permitiendo la supervivencia de las bacterias del inóculo. Como se mencionó, se enfría hasta la temperatura óptima de inoculación (42-45ºC) o generalmente hasta unos grados por encima y luego es enviada a los tanques de mezcla.
• Inoculación: es un punto de control porque la cantidad de inóculo agregado determina el tiempo de fermentación y con ello la calidad del producto.
Como se dijo antes se buscan las características óptimas para el agregado de manera de obtener un producto de alta calidad en un menor tiempo, de 2 a 3% de cultivo, 42 y 45 ºC, y un tiempo de incubación de 2½ a 3 hrs.
• Incubación: Los cultivos de steptococus termofílica y el lactobacilo bulgaris, que crecen en un ambiente controlado son injertados dentro de la leche esterilizada y luego pasan a los tanques de fermentación donde son fermentados a una temperatura de 40ºC por 30 horas.
El proceso de incubación se inicia con el inóculo de los fermentos. Se caracteriza por provocarse, en el proceso de fermentación láctica, la coagulación de la caseína de la leche. El proceso de formación del gel se produce unido a modificaciones de la viscosidad y es especialmente sensible a las influencias mecánicas. En este proceso se intenta siempre conseguir una viscosidad elevada para impedir que el gel pierda suero por exudación y para que adquiera su típica consistencia. Se desarrolla de forma óptima cuando la leche permanece en reposo total durante la fermentación.
Este proceso de fermentación se puede lograr de dos maneras distintas, según se quiera obtener yogurt firme o yogurt batido. El yogurt firme se envasa inmediatamente a la adición del starter en vasitos o tarritos y son llevados de esta forma a una estufa donde se produce la fermentación hasta el punto deseado y luego se refrigera en cámaras o en túneles de refrigeración.
En cambio, en el yogurt batido la fermentación se produce directamente en el reactor, se homogeneiza, se enfría en un intercambiador entre 22 y 24 ºC, temperatura indicada para retardar el desarrollo de las bacterias, se termina por envasar en recipientes que son inmediatamente refrigerados.
La mayoría de los procedimientos de elaboración son, por esta razón, de tipo discontinuo en cuanto al proceso de fermentación. Según el producto a elaborar y el tipo de instalación se van a poder realizar la incubación y la fermentación de las siguientes maneras:
• En los envases de venta al por menor (yogur consistente).
• En tanques de fermentación (yogur batido y yogur para beber).
Es un punto de control ya que, determinada la cantidad de inóculo y la temperatura óptima de crecimiento, queda determinado el tiempo y se debe controlar junto con la temperatura para no generar un exceso de ácido láctico.
Saborizantes y algunos aditivos son mezclados y esterilizados en un sistema de esterilización de altas temperaturas y corto tiempo (HTST)
• Homogeneización para generar el batido: El yogurt fermentado y los aditivos esterilizados son mezclados y homogenizados. (Sólo para el yogurt batido) En la homogeneización se rompe por agitación el coágulo formado en la etapa previa y se agregan edulcorantes, estabilizantes, zumos de frutas, según corresponda la variedad del producto.
• Segundo Enfriamiento: (En el firme se hace luego de envasado) El enfriamiento se ha de realizar con la mayor brusquedad posible para evitar que el yogur siga acidificándose en más de 0,3 pH. Se ha de alcanzar, como mucho en 1,5-2,0 horas, una temperatura de 15°C. Este requisito es fácil de cumplir cuando se elabora yogurt batido o yogur para beber, por poderse realizar, en estos casos, la refrigeración empleando cambiadores de placas.
El yogurt batido y para beber se pueden enfriar rápidamente, una vez incubados, en cambiadores de placas, realizándose esta refrigeración de una forma energética mente más rentable.
Si la incubación se desarrolla dentro del envase, se inicia el enfriamiento en la cámara de incubación mediante la introducción de aire frío, continuándose después en cámaras de refrigeración. Una vez realizada la pre-refrigeración, se deja reposar el yogurt durante aproximadamente 2 horas para que se desarrolle la formación del aroma. A continuación se almacena en condiciones de refrigeración profunda a 5°- 6°C.
Transcurridas de 10 a 12 horas de almacenamiento, el yogur estará listo para la
• Envasado: Finalmente, el yogurt es colocado en cajas de polipropileno o poliestireno por una máquina rellenadora, se controla el cerrado hermético del envase para mantener la inocuidad del producto. Se debe controlar que el envase y la atmósfera durante el envasado sean estériles. En el producto firme se envasa antes de la fermentación o luego de una pre-fermentación y en la misma envasadora se realizan los agregados de fruta según corresponda; en el batido se envasa luego de elaborado el producto.
• Cámara refrigerada y conservación: Los envases de yogurt son empaquetados en cajas y colocados en el almacén de refrigeración: este es un punto crítico de control, ya que la refrigeración adecuada y a la vez la conservación de la cadena de frío aseguran la calidad sanitaria desde el fin de la producción hasta las manos del consumidor. El yogurt elaborado bajo condiciones normales de producción se conserva, a temperaturas de almacenamiento ≤ 8.C, por un tiempo aproximado de una semana.
La tendencia a concentrar la producción, requisito indispensable de las instalaciones modernas de producción, la creciente variedad de productos y el cada vez mayor ámbito de distribución de los mismos hacen necesario alargar el tiempo de conservación a 3-4 semanas.
El yogurt conservado, denominación genérica para los productos fermentados conservados, puede producirse por dos procedimientos:
• Producción y envasado en condiciones asépticas.
• Tratamiento térmico del producto justo antes del envasado o ya en el envase.
Estos procedimientos son aplicables, en principio, a todos los productos lácteos fermentados cuyo periodo de conservación se quiera incrementar.
1.4 TIPOS DE MAQUINAS ENVASADORAS
Entre los numerosos métodos de envasado de alimentos se cuentan el enlatado, el envasado aséptico y el envasado por congelación.
Envasado aséptico
Se han producido avances recientes en el envasado aséptico de alimentos. El proceso difiere esencialmente del enlatado convencional. En el método aséptico, el contenedor del alimento y el dispositivo de cierre se esterilizan por separado, y las operaciones de llenado y cierre se realizan en una atmósfera estéril. La calidad de los productos es óptima, ya que el tratamiento por calor de los alimentos puede controlarse con precisión y es independiente del tamaño o del material del contenedor. Debe prestarse atención a la exposición de los trabajadores a los agentes esterilizantes. Es probable que la utilización del método se generalice, ya que, en conjunto, debe dar lugar a un ahorro de energía. Hasta ahora, los mayores avances se han registrado en el tratamiento de líquidos y purés esterilizados mediante el denominado proceso HTST, en el que el producto se calienta a una temperatura elevada durante algunos segundos. A estas mejoras se añadirán las obtenidas respecto a los alimentos en partículas. Un beneficio probable en las fábricas de alimentos consistirá en la reducción del ruido gracias a la sustitución de recipientes metálicos rígidos. Además, estos recipientes pueden plantear problemas debidos a la contaminación con plomo y estaño de los alimentos conservados. Para su atenuación, pueden emplearse los nuevos tipos de recipientes de dos piezas realizados con hojalata laqueada y los recipientes de tres piezas de costuras soldadas en vez de estañadas.
Por su gran versatilidad los envases industriales de polietileno han sido utilizados durante varias décadas en diferentes aplicaciones y usos.
Los equipos de envasadoras son muchos y de diferentes formas. Las envasadoras cambian su estructura y características dependiendo del tipo de producto a envasar, por ello, su diseño de fabricación depende de los productos a envasar.
Entre los diferentes tipos de envasadoras están las de malla para productos sueltos, las envasadoras para productos secos, etc., y las envasadoras de productos en bolsas cuyo funcionamiento de esta última se realiza introduciendo el producto en una cinta transportadora de entrada, donde va avanzando hasta que la máquina lo introduce en la zona de envasado, donde finalmente será envasado y sellado por la envasadora.
Podemos clasificar las maquinas envasadoras de la siguiente manera:
• Envasadoras de blister
• Envasadoras skin
• Envasadoras de campana
• Envasadoras verticales
• Envasadoras horizontales
• Envasadoras lineales
• Envasadoras - termoformadoras
• Envasadoras asépticas
• Envasadoras de tarros y frascos
• Envasadoras de bandejas
• Envasadoras de envases flexibles
• Envasadoras - llenadoras de aerosoles
• Envasadoras para sobres de infusiones
• Líneas de envasado
CAPITULO II
GENERALIDADES
DE NEUMATICA
2.1 ¿QUÉ ES LA NEUMÁTICA?
La Neumática es la rama de la técnica que se dedica al estudio y aplicaciones prácticas del aire comprimido. El aire comprimido es aire tomado de la atmósfera y confinado a presión en un espacio reducido. Por ejemplo cuando inflamos un globo y posteriormente lo soltamos sin cerrar, la energía acumulada por el aire lo hace revolotear rápidamente por la habitación. Se produce una transformación de la energía almacenada en trabajo útil en mover el globo.
Hoy en día son muchos los sistemas técnicos que basan su funcionamiento en este tipo de energía. Por ejemplo, las puertas de algunos autobuses y trenes se accionan con aire comprimido; en la industria son muy útiles los sistemas neumáticos porque proporcionan movimiento lineal y desarrollan grandes fuerzas, utilizándose para empujar y levantar cargas pesadas, en cadenas de montaje automatizadas.
En los sistemas neumáticos, el aire comprimido se produce en un elemento llamado compresor, que es una bomba de aire comprimido accionada normalmente por un motor eléctrico. Este aire se almacena en un depósito denominado receptor. Desde éste, el aire es conducido a través de válvulas a los cilindros, que son los componentes encargados de realizar el trabajo.
Cuando el aire comprimido fluye en el interior de un cilindro, aumenta la presión y obliga a desplazarse a un émbolo situado en su interior, y proporcionando un movimiento lineal y realizando un trabajo.
2.2 PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO.
El aire comprimido contiene impurezas que pueden causar interrupciones en los mandos neumáticos.
Estas impurezas son en general gotas de agua, polvo, restos de aceite de los compresores, óxido, cascarillas y similares.
Debido a que el aire comprimido toma contacto con los diversos elementos de trabajo, mando y señal, se debe tratar de eliminar dichas impurezas.
Mediante la preparación del aire comprimido se aumenta la duración de los elementos. Los tiempos de avería de los mandos y las reparaciones de los elementos se reducen.
Preparación del aire comprimido.
Sobre todo debe prestarse mucha atención a la humedad que contiene el aire comprimido.
En la aspiración y comprensión del aire atmosférico llega el agua, en forma de vapor, a la red de aire comprimido. La cantidad de agua se forma en función de la humedad relativa del aire, dependiendo esta, de la temperatura del aire y de la presión.
En caso de q sobrepasará la humedad relativa del aire, aparece el agua en forma de gotas.
• Humedad absoluta, es la cantidad de agua que contiene un m³ de aire.
• Humedad relativa, es la cantidad de agua que un m³ de aire puede admitir a una determinada presión y temperatura.
Si no se evacua el contenido, como se suele llamar, el agua existente en los conductos del aire comprimido, puede causar los siguientes daños:
Corrosión en:
• La red metálica.
• Los elementos de mando.
• Los elementos de trabajo.
• Las maquinas.
En caso de que exista condensado entre los elementos, no se puede garantizar un funcionamiento impecable de los mismos.
Partículas externas sólidas, sales, polvo, oxido y cascarillas, pueden influir en el funcionamiento de los elementos de forma negativa.
Los restos del aceite de los compresores pueden producir junto con el aire comprimido una mezcla de aire y aceite (mezcla de gas), con el peligro de explosión, sobre todo cuando hay temperaturas elevadas (mas de 80ºC).
Otros elementos para protección de los elementos de mando son:
• Filtro de aspiración.
• Refrigerador intermedio y final.
Un filtro en la aspiración del compresor evita la entrada del polvo.
Los refrigeradores intermedios y al final del compresor sirven para separar el condensado. El refrigerador final no solo se ocupa de la limpieza en la red de conductos (separa partículas externas y agua), sino también evita accidentes en caso de explosión, que se pueden producir por la mezcla de aire y aceite. Con este aparato se extrae la mayor cantidad posible de aceite quemado.
Existen procesos de secado los cuales son utilizados para procesos muy especiales en los cuales la reducción de contenido de agua es de hasta 0.001g/m³.
Procesos de secado:
• Secado de absorción
• Secado de absorción
• Secado en frío
El principio de absorción se trata de un procedimiento puramente químico.
Un filtro previo separa grandes cantidades de agua y aceite del aire comprimido en rotación.
El recipiente de secado contiene la masa de secado, la cual extrae del aire gotas de agua existentes.
La masa de secado se mezcla con el agua y llega al depósito de recuperación inferior. La masa de secado se consume con el tiempo, por este motivo se debe añadir regularmente.
Con una temperatura de entrada del aire de 20ºC se obtiene un consumo de masa de secado mínimo.
La base del principio de absorción es un procedimiento físico.
Este procedimiento se denomina secado de regeneración. El material de secado, es un material granuloso. La superficie porosa de los granos se llena de agua al pasar el aire comprimido.
El material de secado se regenera de forma simple. A través del secador se sopla aire caliente el cual condensa la humedad. En la mayoría de los casos se montan en paralelo dos secadores, uno para el secado de aire y otro para su regeneración.
La capacidad de almacenado del material de secado es limitada. Bajo las condiciones normales se debe cambiar el material de secado cada 2 ó 3 años.
Si se utiliza el secado en frío se enfría el aire comprimido a una temperatura mas baja que el punto de rocío, aparece una condensación y se separa el agua.
El aire comprimido al secar, entra en el secador en frío. El aire pasa por el intercambiador de calor en la primera parte de la instalación. Allí se enfría el aire comprimido caliente que se debe secar. Debido a esto se separa parte del agua y aceite. La maquina de refrigeración solo debe tener una carga de trabajo aproximada de un 40%. El aire comprimido pre-enfriado entra solamente en la segunda parte del aparato en la refrigeración final. El aire comprimido se enfría a una temperatura de (1.7ºC).
La refrigeración se realiza en el serpentín del aparato de refrigeración. A través de este serpentín circula un líquido de refrigeración. Nuevamente se separan agua y las impurezas de aceite restantes.
El aire comprimido limpio y sexo vuelve a la primera parte del secador. El aire sale por el secundario y efectúa la pre-refrigeración del aire comprimido caliente que entra por el primario.
2.3 TIPOS DE COMPRESORES
Compresor de aire, también llamado bomba de aire, máquina que disminuye el volumen de una determinada cantidad de aire y aumenta su presión por procedimientos mecánicos. El aire comprimido posee una gran energía potencial, ya que si eliminamos la presión exterior, se expandiría rápidamente. El control de esta fuerza expansiva proporciona la fuerza motriz de muchas máquinas y herramientas, como martillos neumáticos, taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.
En general hay dos tipos de compresores: alternativos y rotatorios. Los compresores alternativos o de desplazamiento (ver fig. 1), se utilizan para generar presiones altas mediante un cilindro y un pistón. Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, el aire entra al cilindro por la válvula de admisión; cuando se mueve hacia la izquierda, el aire se comprime y pasa a un depósito por un conducto muy fino.
Figura No. 1, compresor alternativos o de desplazamiento
Los rotativos (ver fig.2), producen presiones medias y bajas. Están compuestos por una rueda con palas que gira en el interior de un recinto circular cerrado. El aire se introduce por el centro de la rueda y es acelerado por la fuerza centrífuga que produce el giro de las palas. La energía del aire en movimiento se transforma en un aumento de presión en el difusor y el aire comprimido pasa al depósito por un conducto fino.
Figura No. 2, compresor rotativo
El aire, al comprimirlo, también se calienta. Las moléculas de aire chocan con más frecuencia unas con otras si están más apretadas, y la energía producida por estas colisiones se manifiesta en forma de calor. Para evitar este calentamiento hay que enfriar el aire con agua o aire frío antes de llevarlo al depósito. La producción de aire comprimido a alta presión sigue varias etapas de compresión;
en cada cilindro se va comprimiendo más el aire y se enfría entre etapa y etapa.
Los elementos que hemos utilizado en nuestro sistema de neumático son las siguientes piezas las cuales describimos con sus características, y especificaciones técnicas ya que gracias a ellas se logra el funcionamiento correcto de nuestro sistema.
2.4 TECNICAS COMPARADAS
Técnicas comparadas
Es indispensable comparar la energía neumática con otras fuentes de energía.
Para ello debe tenerse en cuenta el conjunto completo del mando, desde la entrada de señales hasta los elementos de trabajo.
Los elementos individuales pueden facilitar bastante la elección de una determinada técnica, pero es absolutamente necesario elegir el tiempo de energía que mejor cumpla con las exigencias del conjunto. A menudo se comprueba que el elevado coste del aire comprimido no tiene importancia comparado con el rendimiento del equipo. En muchos casos, la facilidad de regulación de la fuerza y la velocidad son mucho más importantes que el costo. Entre otros casos, el montaje, el servicio y muy principalmente la seguridad, son factores desicivos.
Gráfica 1
Para poder justificar la utilización de la energía neumática empleamos tres de las
1m 10m 100m
M
H
N
E
Longitud de transmisión.
Facilidad de transmisión.
• Facilidad de transmisión.
• Facilidad de amplificación.
• Facilidad de regulación.
Comparemos estas características en las cuatro técnicas de transmisión más corrientes:
• Mecánica.
• Hidráulica.
• Eléctrica.
• Neumática.
Si se representa sobre un grafico los valores en ordenadas y abscisas de un coeficiente relativo de facilidad y la longitud de transmisión (gráfica 1), se observa que tanto la energía eléctrica como la neumática se sitúan en la parte superior del plano así definido. Podemos entonces entrever la posibilidad de obtener sistemas simples y mandados a distancia sin ninguna dificultad.
Si hacemos lo mismo con la facilidad de amplificación de un esfuerzo o una velocidad en función de la potencia de la transmisión (gráfica 2), la neumática tiene un coeficiente inferior al de la hidráulica y la electricidad, Dejaremos a la electrónica las amplificaciones de bajas potencias y a la hidráulica las altas.
Gráfica 2
1 10 100 1000
N
M
E H
Potencia (CV)
Facilidad amplificación.
Si nos fijamos ahora en la facilidad de regulación, se pueden hacer las mismas observaciones que anteriormente (gráfica 3). Sin embargo, conviene resaltar lo costosos que son los sistemas eléctricos de regulación.
También debe considerarse siempre el factor mantenimiento. Las dificultades de mantenimiento de una instalación neumática bien diseñada son mínimas para pequeñas potencias, aumentando considerablemente cuando las potencias son elevadas.
Gráfica 3
La detección de averías eléctricas es siempre más difícil por ser menos palpable o visible a nuestros sentidos. Este mantenimiento se hace aun más difícil para electrónica.
La dificultad de mantenimiento se elimina rápidamente en función de los conocimientos que se posean de estos sistemas (gráfica 4). Respecto a este punto es necesario valorar las siguientes observaciones:
• Neumática: Con pocos conocimientos se obtienen buenos resultados. El montaje y puesta en servicio de sistemas de mando es simple.
• Óleo hidráulica: Ofrece más dificultades que la neumática.
• Electricidad: se requiere conocimientos profesionales, aparece el peligro de
1 10 100 1000
N
M E
H
Potencia (CV)
Facilidad de Regulación
Dificultad de mantenimiento
Gráfica 4
Automatismos neumáticos y electro neumáticos.
En la practica, las maquinas automáticas llevan a la vez cilindros neumáticos y motores eléctricos; algunas de ellas exigen la utilización de capturadotes de diferentes tipos, neumáticos, eléctricos o electrónicos.
Por consiguiente, el automatismo obtenido pocas veces será totalmente eléctrico o neumático, sino mas bien una asociación de componentes neumáticos y eléctricos tanto para mando como para potencia.
Las diferentes asociaciones posibles entre los componentes eléctricos y neumáticos conducen a tres tipos de automatismos:
• Los automatismos “todo eléctrico”.
• Los automatismos “electro neumáticos”.
• Los automatismos “todo neumático”.
Los automatismos totalmente eléctricos asocian mando eléctrico y potencia eléctrica a través de contactores; todos los componentes son eléctricos, desde los captadores hasta los órganos motrices.
1 10 100 1000
N
M E
H
Potencia (CV)
Los automatismos electro neumáticos asocian mando eléctrico y potencia neumática a través de los distribuidores de accionamiento eléctrico; los componentes de mando son todos eléctricos, incluso los captadores y los componentes de potencia son neumáticos. Una maquina de estructura electro neumática va provista de:
• Unos cilindros neumáticos.
• Un distribuidor de mando eléctrico asociado a cada cilindro.
• Unos captadores eléctricos o electrónicos.
• Un mando eléctrico o electrónico.
Los automatismos totalmente neumáticos asocian mando neumático y potencia neumática a través de los distribuidores de accionamiento neumático; todos los componentes son neumáticos desde los captadores hasta los cilindros. Una maquina de estructura totalmente neumática va provista:
• Unos cilindros neumáticos.
• Un distribuidor de accionamiento neumático para cada cilindro.
• Unos captadores neumáticos.
• Un mando neumático.
Criterios de elección.
La elección “todo neumático” o electro neumático” se hace para cada tipo de maquina a realizar.
Un automatismo todo neumático, al emplear una sola técnica conduce a una maquina mas fácil de poner a punto y de mantener. Sin embargo, algunas exigencias de la maquina pueden imponer el mando eléctrico y conducir así a un automatismo electro neumático.
Para hacer la elección, conviene comparar las exigencias de la maquina y las características de cada tipo de mando, neumático y eléctrico, en particular en los siguientes puntos:
• Exigencias de entorno.
• Exigencias de detecciones.
• Exigencias de tiempo respuesta.
• Exigencias de complejidad.
• El entorno de la maquina es explosivo. Generalizado en algunas industrias- química, petróleo, minas, explosivos-este tipo de entorno se da igualmente en todas las industrias de fabricación para operaciones de pintura, limpiezas o tratamientos que se utilizan productos susceptibles de explosión. El mando eléctrico en este tipo de entorno exige bien unos componentes eléctricos con envoltura antideflagrante o bien unos componentes de seguridad intrínseca. Estos componentes son siempre más costosos que otros eléctricos o electrónicos normales. En estas condiciones, el mando neumático es preferible bajo reserva de la complejidad y de la distancia de transmisión con respecto al tiempo de reacción deseado.
• El entorno de la maquina no es explosivo. En el caso general de las maquinas que trabajan en atmósfera no explosiva, las características de los mandos neumáticos se han de comparar con las características de los mandos eléctricos y electrónicos en versiones normales y no en versiones especificas de los entornos explosivos.
Características comparadas.
A) Los captadores
-Los finales de carrera son muy similares en neumática y en electricidad.
Sin embargo, en versiones miniaturizadas son más robustos los neumáticos.
-Los captadores de fuga neumáticos permiten detectar un movimiento de pequeña amplitud.
-Los detectores de proximidad electrónicos, en sus variantes de corriente continua, son pequeños y dan mejores resultados frente a los detectores de proximidad, que se utilizan solo en casos especiales.
-En neumática, como en electricidad, las funciones finales de carrera pueden esta integradas en los cilindros:
• En neumática se utilizan las presiones internas de los cilindros;
• En electricidad, con un cilindro especial, el embolo magnético conmuta un contacto tipo reed.
B) Los tiempos de respuesta.
La curva de la figura compara los tiempos para el mando de un distribuidor neumático:
-En electricidad el tiempo es constante sea cual se la distancia mando- distribuidor.
-En neumática el tiempo aumenta con la distancia mando-distribuidor.
Un automatismo totalmente neumático es mas rápido si la distancia es inferior a 2m, en particular cuando el distribuidor esta en el pupitre de mando.
Un automatismo electro neumático es mas rápido para distancias superiores (hasta 10m); los automatismos neumáticos tienen tiempos de respuesta inferiores a una décima de segundo y por lo tanto son compatibles con el mando de cilindros.
C) Limites de complejidad.
2.5 GENERALIDADES DE MANDOS NEUMATICOS
Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y un porte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos y se denominan válvulas.
Los sistemas neumáticos e hidráulicos lo constituyen:
• Elementos de información
• Órganos de mando
• Elementos de trabajo
Para el tratamiento de la información y órganos de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el flujo de forma preestablecida, 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 o aceite.
En los principios del automatismo, los elementos reseñados se mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizaban elementos de comando por embolo neumático (servo).
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 una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el termino
“válvula” o “distribuidor” es el termino general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.
Según su función las válvulas se subdividen en cinco grupos:
• Válvulas de vías o distribuidoras
• Válvulas de bloqueo
• Válvulas de presión
• Válvulas de caudal
• Válvulas de cierre
Las válvulas tienen como misión controlar el flujo de aire comprimido que entra y sale de los cilindros. Las válvulas son los elementos de control del circuito.
Hablamos de electro neumáticas cuando el accionamiento de las válvulas neumáticas es eléctrico.
En la representación de los circuitos neumáticos se utiliza una simbología específica, siguiendo las normas establecidas por los organismos correspondientes (UNE, ISO, DIN...). Los esquemas neumáticos son una representación de las instalaciones neumáticas reales.
Para realizar en la práctica estos circuitos es necesario disponer al menos de un equipo neumático elemental además de los elementos necesarios para cada tipo de circuito. Esto supondría un coste elevado.
2.5.1 ELEMENTOS NEUMATICOS DE MANDO
Conducto (neumático)
Por medio de un conducto neumático se unirán dos conexiones neumáticas. En este caso puede tratarse, tanto de una conexión simple, como de un distribuidor-T.
Gracias a este tipo de conducto, no se producirá una pérdida de presión durante la simulación.
El tubo de poliuretano es muy resistente a la abrasión, presión y desgaste; ofrece una destacada resistencia a los dobleces, excelente resistencia a la tracción y al desgarro, muy buena capacidad de amortiguamiento y flexibilidad en temperaturas. También es muy resistente a aceite, grasa, oxígeno y ozono. La deformación se mantiene al mínimo incluso bajo cargas de larga duración. Cada tipo de poliuretano diferente tiene diferentes características específicas.
Figura No.3 Ductos Figura No.4 Diagrama
Se diferencia entre dos tipos de conductos: Conducto principal y conducto de control. Estos últimos se representan mediante una línea discontinua, mientras que los primeros se muestran en forma de línea continua.
Parámetros ajustables
Figura No. 5 Representación de conductos
Válvulas de asiento.
-- - -
En estas válvulas, los empalmes se abren y cierran por medio de bolas, discos, placas o conos. La estanqueidad se asegura de una manera muy simple, generalmente por juntas elásticas. Los elementos de desgaste son muy pocos y, por tanto, estas válvulas tienen gran duración. Son insensibles a la suciedad y muy robustas.
Las válvulas de asiento presentan el problema de que el accionamiento en una de las posiciones de la válvula debe vencer la fuerza ejercida por el resorte y aquel producto de la presión. Esto hace necesario una fuerza de accionamiento relativamente alta.
En general presentan un tipo de respuesta pequeña, ya que un corto desplazamiento determina que pase un gran caudal.
La fuerza de accionamiento es relativamente elevada, puesto que es necesario vencer la resistencia del muelle incorporado de reposicionamiento y la presión del aire.
Válvulas de asiento esférico.
Estás válvulas son de concepción muy simple y, por tanto, muy económicas. Se distinguen por sus dimensiones muy pequeñas.
Un muelle mantiene apretada la bola contra el asiento; el aire comprimido no puede fluir del empalme P hacia la tubería de trabajo A. Al accionar el taqué, la bola se separa del asiento.
Es necesario vencer al efecto la resistencia M muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido. Estas válvulas son distribuidoras 2/2, porque tienen dos posiciones (abierta y cerrada) y dos orificios activos (P y A).
Con escape a través del taqué de accionamiento, se utilizan también como válvulas distribuidoras 3/2. El accionamiento puede ser manual o mecánico.
Figura 6 Figura 7
Figura 8, Válvulas distribuidoras
2
1
Figura 9, Representación neumática
Válvulas de asiento plano.
Las válvulas representadas en la figura tienen una junta simple que asegura la estanqueidad necesaria. El tiempo de respuesta es muy pequeño, puesto que un desplazamiento corto determina un gran caudal de paso, También estas válvulas son insensibles a la suciedad y tienen, por eso, una duración muy larga.
Al accionar el taqué, en un margen breve se unen los tres empalmes P, A y R.
Como consecuencia, en movimientos lentos una cantidad grande de aire comprimido escapa de P hacia R, a la atmósfera, sin haber rendido antes trabajo.
Estas son válvulas que no tienen escape exento de solapo.
Figura No. 10, Válvula distribuidora Figura No. 11, Válvula distribuidora 3/2 abierta 3/2 cerrada
Las válvulas construidas según el principio de disco individual tienen un escape sin solapo. No se pierde aire cuando la conmutación tiene lugar de forma lenta (figura 12).
Al accionar el taqué se cierra primeramente el conducto de escape de A hacia R, porque el taqué asienta sobre el disco. Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P hacia A. El reposicionamiento se realiza mediante un muelle.
Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o para el pilotaje de servo elementos.
En el caso de una válvula abierta en reposo (abierta de P hacia A), al accionar se cierra con un disco el paso de P hacia A. Al seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento y abre el paso de A hacia R. El aire puede escapar entonces por R.
Al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los discos estanqueizantes hasta su posición inicial.
Las válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecánicos, eléctricos o neumáticos.
Figura 12, Válvula distribuidora 3/2 (cerrada en posición de reposo)
2
1 3
Figura 13: Válvula distribuidora 3/2 (abierta en posición de reposo)
Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación de dos válvulas 3/2, una de ellas cerrada en posición de reposo y la otra, abierta en posición de reposo.
En la figura 14, los conductos de P hacia B y de A hacia R están abiertos. Al accionar simultáneamente los dos taqués se cierra el paso de P hacia B y de A hacia R. Al seguir apretando los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de reposicionamiento se abre el paso de P hacia A y de B hacia R.
Esta válvula tiene un escape sin solapo y regresa a su posición inicial por la fuerza de los muelles. Se emplea para mandos de cilindros de doble efecto.
Figura 14, Válvula distribuidores 4/2
4 2
1 3
Figura 15, Mando de un cilindro de doble efecto con una válvula distribuidora 4/2.
Válvula distribuidora 3/2, de accionamiento neumático (junta plana de disco).
Al aplicar aire comprimido al émbolo de mando a graves del empalme Z se desplaza el taqué de válvula venciendo la fuerza del muelle de reposicionamiento.
Se unen los conductos P y A. Cuando se pone a escape el conducto de mando Z.
el embolo de mando regresa a su posición inicial por el efecto del muelle montado.
El disco cierra el paso de P hacia A, El aire de salida del conducto de trabajo A puede escapar por R.
Figura 16, Válvula distribuidora 3/2(accionamiento neumático).
La figura 17 muestra otra válvula 3/2 que trabaja según el principio de asiento plano. El aire comprimido, proveniente del empalme de mando Z. actúa sobre una membrana. El émbolo de mando unido a esta cierra el paso con sus juntas y abre sucesivamente los diversos empalmes.
Permutando los empalmes P y R se puede disponer esta válvula cerrada o abierta en posición inicial. La presión de accionamiento es de unos 600 kPa (6 bar), la presión de trabajo, de 120 kPa (1,2 bar). El margen de la presión de trabajo se encuentra entre 120 y 800 kPa (1.2 8 bar), El caudal nominal ¡/N es de 100 l/min.
Figura 17, Válvula distribuidora 3/2 según el principio de junta plana de disco.
La válvula de vías configurable 3/n.
Captadores de presión.
Presostato.
Es un transductor, convierte la señal neumática o hidráulica en una señal eléctrica la que es utilizada para energizar una electro válvula o desenergizar un motor.
Captadores de umbral de presión.
Estos elementos realizan la función lógica NO. Ante la ausencia de presión en la entrada comunica presión a la salida, habiendo aún que sea un mínimo de presión en la entrada se anula la de salida.
Son muy usados en automatismos secuenciales ya que no ocupan espacio al instalarlos en las tuberías
Captadores de posición.
Son muy apropiados para usarlos como final de carrera, su funcionamiento se basa sobre el contacto con la pieza, es muy seguro y versátil, tanto en su construcción como en la presión de trabajo la que fluctúa entre 0,1 y 8 bar. De acuerdo a la presión de trabajo se verá la necesidad de incorporarle un amplificador de presión.
Son también denominados como "detector por obturación de fuga", debido a esto es posible alimentarles solo cuando debe dar una señal.
Captadores de proximidad o réflex.
Su funcionamiento está basado sobre la detección del aire que se refleja cuando se interpone una pieza en la corriente de salida.
Son capaces de detectar objetos delicados o blandos, incluso a gran velocidad de desplazamiento, ya que no es necesario el contacto físico con la pieza. Su capacidad de captación fluctúa entre los 2 mm y 10 m (los de largo alcance).
Detector de proximidad (detector réflex).
El detector de proximidad funciona según el principio de reflexión del aire. El
reunidas y forman un solo elemento. Un chorro de aire se proyecta sobre un objeto. Una parte del chorro se desvía hacia el interior, provocando un aumento de presión. Entonces podemos saber a que distancia se encuentra el objeto midiendo la diferencia de presión. La distancia de detección debe de ser inferior a 10 mm.
Estos detectores se utilizan principalmente para detectar la presencia de piezas.
Los elementos externos (como la suciedad, el ruido, la oscuridad, etc.) no tienen ninguna influencia desfavorable sobre su funcionamiento.
Figura 18, Captadores de presión
Amplificador de baja presión.
Cada una de las etapas del amplificador de baja presión tiene la función de una válvula de 3/2 vías normalmente cerrada. La señal en la conexión 12 es elevada a un nivel de presión superior por medio del doble amplificador que emite una señal por la conexión 2.
2
1 12
12v 3
Figura 19, Amplificador de baja tensión
Válvula con palanca y rodillo.
La válvula con palanca y rodillo se acciona presionando el rodillo, por ejemplo por medio de una leva unida al vástago de un cilindro. El caudal circula de 1 a 2. Una vez liberada la leva, la válvula regresa a su posición inicial por medio de un muelle de retorno. La conexión 1 se cierra.
2
1 3
F1
Figura 20, Válvula con palanca y rodillo
Válvula reguladora de caudal unidireccional.
La válvula reguladora de caudal unidireccional se compone de una válvula de estrangulación y de una válvula de antirretorno. La válvula de antirretorno impide el paso del aire en un determinado sentido. El caudal pasa entonces a través de la válvula de estrangulación. La sección de la estrangulación es regulable por medio de un tornillo. En el sentido opuesto, el caudal puede circular libremente a través de la válvula de antirretorno.
Figura 21, Válvula reguladora de caudal unidireccional
40%
2.5.2 ELEMENTOS NEUMATICOS DE TRABAJO
Elementos de trabajo neumáticos Clasificación y parámetros básicos.
Llamaremos actuadores neumáticos a aquellos componentes capaces de trasformar la energía potencial latente en el aire comprimido en trabajo mecánico, para el accionamiento de maquinas o mecanismos.
Según la forma de entregar este trabajo mecánico, podemos clasificar los actuadores en:
• Cilindros
• Actuadores de giro
• Motores rotativos
Los cilindros entregan el trabajo en forma rectilínea de empuje-tracción, los actuadores de giro proporcionan movimientos angulares y los motores neumáticos tienen un eje que puede girar para accionar mecanismos rotativos.
Los parámetros básicos de los actuadores neumáticos son:
• Cilindros fuerza y carrera
• Actuadores de giro par y Angulo
• Motores neumáticos par y revoluciones
Mas específicamente para nuestro proyecto nos enfocaremos en los cilindros neumáticos:
• Cilindros
• Parámetros básicos y funcionales
Son actuadores de acción lineal; trasforman la energía del aire comprimido en trabajo mecánico definido por
Siendo P= presión S= superficie L= carrera
Por su morfología los cilindros tienen dos constantes principales:
Sección
Figura 22, Sección esquemática de un cilindro neumático de doble efecto
La sección activa del cilindro al ser este generalmente circular, viene dada por:
Empleamos la segunda expresión puesto que en un cilindro es muy difícil medir el diámetro y muy difícil medir el radio.
Al efectuar los calculo de esfuerzos debe tenerse en cuenta que en el sentido de salida del vástago hemos tomado la superficie total de tubo en el sentido de la entrada la superficie es mas pequeña, puesto que es preciso descotar la superficie del vástago.
Siendo D el diámetro interior del tubo y d el diámetro del vástago la superficie activa viene dada por:
Carrera
La carrera es la otra constante del cilindro viene definida por la diferencia de posición entre las dos situaciones extremas del embolo.
Longitud de carrera.
La longitud de carrera en cilindros neumáticos no debe exceder de 2000 mm. Con émbolos de gran tamaño y carrera larga, el sistema neumático no resulta económico por el elevado consumo de aire.
Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánico del vástago y de los cojinetes de guía es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse vástagos de diámetro superior a lo normal.
Además, al prolongar la carrera la distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora la guía del vástago.
Existe gran variedad de cilindros que pueden clasificase de la siguiente manera:
Constitución de los cilindros
El cilindro de émbolo se compone de: tubo, tapa posterior (fondo) y tapa anterior con cojinete (manguito doble de copa), vástago, casquillo de cojinete y aro rascador; además, de piezas de unión y juntas.
El tubo cilíndrico (1) se fabrica en la mayoría de los casos de tubo de acero embutido sin costura. Para prolongar la duración de las juntas, la superficie interior del tubo debe someterse a un mecanizado de precisión (bruñido).
Para aplicaciones especiales, el tubo se construye de aluminio, latón o de tubo de acero con superficie de rodadura cromada.
Estas ejecuciones especiales se emplean cuando los cilindros no se accionan con frecuencia o para protegerlos de influencias corrosivas.
Para las tapas posterior fondo (2) y anterior (3) se emplea preferentemente material de fundición (de aluminio o maleable). La fijación de ambas tapas en el tubo puede realizarse mediante tirantes, roscas o bridas.
El vástago (4) se fabrica preferentemente de acero bonificado, Este acero contiene un determinado porcentaje de cromo que lo protege de la corrosión. A deseo, el émbolo se somete a un tratamiento de temple. Su superficie se comprime en un proceso de rodado entre discos planos.
La profundidad de asperezas del vástago es de 1 mm En general, las roscas se laminan al objeto de prevenir el riesgo de roturas.
En cilindros hidráulicos debe emplearse un vástago cromado (con cromo duro) o templado.
Para normalizar el vástago se monta en la tapa anterior un collarín obturador (5).
De la guía de vástago se hace cargo un casquillo de cojinete (6), que puede ser de bronce sinterizado o un casquillo metálico con revestimiento de plástico.
Delante del casquillo de cojinete se encuentra un aro rascador (7). Este impide que entren partículas de polvo y suciedad en el interior del cilindro. Por eso, no se necesita emplear un fuelle.
El manguito doble de copa (8) hermetiza la cámara del cilindro:
Las juntas teóricas o anillos toroidales (9) se emplean para la obturación estática, porque deben pretensarse, y esto causa pérdidas elevadas por fricción en aplicaciones dinámicas.
Figura 23, Estructura de un cilindro neumático con amortiguación de fin de carrera.
