Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica Eléctrica Eléctrica Eléctrica Unidad Profesional Unidad Profesional Unidad Profesional
Unidad Profesional Azcapotzalco Azcapotzalco Azcapotzalco Azcapotzalco
MAQUI
MAQUI MAQUI
MAQUINA ESTIBADORA DE CAJAS NEUMATICA NA ESTIBADORA DE CAJAS NEUMATICA NA ESTIBADORA DE CAJAS NEUMATICA NA ESTIBADORA DE CAJAS NEUMATICA TESIS
TESIS TESIS TESIS
Que para obtener el Título de:
INGENIERO EN ROBOTICA INDUSTRIAL
Presentan:
Juan Antonio Alvarado Pico
Pedro Ramírez Pérez
DEDICATORIAS Y AGRADECIMIENTOS
Pedro Ramírez Pérez
A Dios por haberme permitido concluir una etapa importante en mi vida.
A mis padres, por sus desvelos, por sus cuidados, por haberme brindado siempre su apoyo, por los grandes esfuerzos y sacrificios que tuvieron que hacer para cumplir una meta.
A mis hermanos que siempre me apoyaron y creyeron en mí, por sus aportaciones y su cariño, gracias.
A todos los profesores que me brindaron su apoyo, asesorías, enseñanzas y tiempo, a todos aquellos que me impulsaron a seguir y nunca declinar, gracias.
A mis amigos por los momentos y experiencias compartidas en todos estos años, las aventuras que pasamos juntos. Nunca lo olvidare.
A todos y cada uno de ustedes los hago participes de este logro, y orgullo por el éxito obtenido.
A todos ustedes muchas gracias.
Juan Antonio Alvarado Pico
Primeramente quiero dar gracias a dios por la oportunidad de poder realizar mi sueño, ya que sin su ayuda y la de mis padres no podría haber terminado mi carrera profesional, gracias a su empeño, apoyo y esfuerzo este sueño no se habría realizado.
Gracias a mi familia que sin su apoyo no hubiera salido adelante, ya que fue una travesía dura y difícil, la cual sin ellos no se habría completado y ahora que estoy por obtener el primero de mis mas grandes logros, pero no por eso el menos importante, doy gracias a dios nuevamente y a mis padres, esposa y mi hermosa hija por todo su apoyo y por sobre todo el no permitir que me rindiera ante la adversidad y luchar por aquello que sueñas.
A todos los profesores que me brindaron su esfuerzo para que lleváramos su conocimiento más allá de las fronteras de la escuela y lo aplicáramos en el ámbito profesional, les doy las gracias.
A mis amigos por su apoyo, ya que sin ellos nada de esto seria una realidad, a todos los que creyeron en mí y me brindaron su confianza les deseo éxito tanto en su vida profesional como en su vida familiar. Gracias por su apoyo.
Así mismo quiero concluir dando gracias por haberme dado el privilegio de estudiar en la que es para mi, la mas alta institución formadora de ingenieros, por lo que hago participes a cada integrante de esta gran institución de este logro de miles que seguirán en el Instituto Politécnico Nacional.
Gracias.
INTRODUCCION
En un contexto industrial podemos definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos, electrónicos y basados en computadoras, en la operación y control de la producción. Ejemplos de esta tecnología son: líneas de transferencias, máquinas de montaje mecanizado, sistemas de control de realimentación, máquinas-herramienta con control numérico y robots. En consecuencia, la robótica es una forma de automatización industrial.
Para los países en vías de desarrollo, la temática del embalaje de productos exige cambiar costumbres que no cumplen con las exigencias de las empresas modernas y de los mercados internacionales, es preciso conocer en forma global la temática del embalaje, saber lograr información sobre el tema en instituciones acreditadas nacionales e internacionales, poder establecer una relación productiva con los proveedores de embalajes con intereses comunes.
El sistema de embalaje adecuado tiene la misión de proteger el producto, y muy especialmente el envase; de: caídas, golpes, roces, o cambios extremos de temperatura y presión, así como disminuir el riesgo de una lesión física en el ser humano (ergonomía). En los siguientes capítulos se enfatizara mas a fondo sobre la problemática de la automatización y la integración de diferentes componentes para el diseño y puesta en marcha de la maquina estibadora.
En el capitulo uno se trataran temas como la definición de la automatización, clases de automatización. Se introducirá al lector a la historia de los paletizados, así como las características que deben de tener los embalajes y sujeciones de las mismas, algunas normas y materiales utilizados para su fabricación y las clases de embalajes determinados por su valor de sensibilidad.
Tocaremos el tema de normas enfocadas para los sistemas de embalajes, normas DIN, ISO y NEMA, según sea el caso de la aplicación. Así mismo se tocara el tema de la ergonomía de los equipos, ya que actualmente este tema es muy importante tanto para la seguridad del operador, como para el manejo de los equipos.
Y por ultimo, la neumática que es el tema principal de nuestra tesis; el principal funcionamiento de nuestra maquina es a base de aire comprimido, explicaremos las ventajas de usar equipos neumáticos, las propiedades del aire comprimido, que es la presión y caudal.
Los sistemas enfocados en la producción de aire; sus partes, componentes y el funcionamiento de los elementos que componen un sistema neumático.
En el capitulo dos, se seleccionara el equipo que se utilizara tanto para la instalación como para el funcionamiento de la maquina, como materiales para la tubería, selección de filtro, unidad de mantenimiento, reguladores de presión y de caudal, válvulas (tipos y funciones), sensores, cilindros (pistones), y los materiales para la estructura del estibador, tipo de material, para saber las propiedades del mismo, y así garantizar la vida útil de nuestro equipo.
En el capitulo tres se realizaran todos los cálculos neumáticos, con lo cual obtendremos los resultados para poder seleccionar los equipos mas adecuados para el funcionamiento de nuestra maquina y así garantizar tanto la vida, como su funcionalidad. Se darán una breve explicación de las características de los equipos seleccionados para su aplicación según se describe en el capitulo.
El capitulo cuatro se enfoca a un comparativo entre una maquina estibadora con equipo electrónico y una maquina realizada totalmente neumática, en este capitulo se decide el diseño tomando como base un cuadro comparativo en el cual se ejemplifica con equipo de características similares pero cada uno en su campo que le compete y cual seria el costo tanto del equipo en particular como el costo de manufactura y mano de obra para la realización de cada maquina.
OBJETIVO
Diseñar una Maquina Estibadora de Cajas neumática, que minimice los riegos de trabajo, en las empresas, específicamente en el área de paletizado, que reduzca las lesiones de los operadores minimizando costos y aumentando la confiabilidad del proceso.
JUSTIFICACION
En la actualidad existe una gran diversidad de procesos automatizados en la industria que son controlados por sistemas sencillos y/o complejos que están basados en componentes industriales como son servomotores, sistemas neumáticos, hidráulicos, plc´s, PAC, entre otros. En la escuela los dispositivos estudiados son didácticos, lo que provoca una desventaja de los compañeros egresados, que no pueden tener el amplio panorama de las aplicaciones industriales reales, no logrando obtener los conocimientos y habilidades necesarias para desarrollarlas en la industria, ocasionando que al termino de los estudios profesionales se encuentren dificultades para laborar en empresas, ya que actualmente se requiere de experiencia y conocimientos necesarios para poder incorporarse eficientemente, lo que ocasiona que se ofrezcan salarios bajos y pocas posibilidades de desarrollo.
Para enfrentar el reto de la competitividad, las empresas deben reducir costos en los procesos, y las perdidas económicas en seguridad industrial por incapacidad laborar, por el esfuerzo y/o lesiones sufridas por la acción de estibar rejas, cajas o productos. Este proyecto de maquina estibadora permite tener un mayor conocimiento de equipos que actualmente son utilizados en la industria en general debido a que se conformo con dispositivos industriales reales, analizando las ventajas y desventajas que pueden considerarse en la gran diversidad de los mismos, que conjuntamente pueden integrarse en sistemas automáticos que faciliten los procesos y disminuyan costos de mantenimiento, operación, y baja producción por paros en líneas, que ocasionan perdidas millonarias a las compañías.
La maquina estibadora que proponemos tiene como finalidad la integración de componentes automáticos con una combinación de movimientos y mandos electrónicos, apegada a normas de calidad y sistemas de ergonomía, para tener un mejor entendimiento del control y automatización, debido a que estos equipos los encontramos en cualquier proceso, por ejemplo:
1. Automotriz 2. Metal-Mecánica 3. Farmacéutica 4. Textil
5. Papelera
6. Alimenticia, entre otras.
Es de gran importancia para el ingeniero en Mecánica y carreras afines tener una mejor visión de la tecnología que existe en el mercado para poder realizar un proyecto de automatización, para esto debemos tener un completo entendimiento de la funcionalidad de los elementos.
MAQUINA ESTIBADORA MAQUINA ESTIBADORA MAQUINA ESTIBADORA MAQUINA ESTIBADORA
INDICE INDICE INDICE INDICE
CAPITULO 1 GENERALIDADES 1.1 Clases de automatización
1.2 Historia de los paletizados 1.2.1 Paletización
1.3 Normas
1.3.1 Norma DIN 30798 Módulos 1.4 Ergonomía
1.5 Neumática
1.5.1 Compresores 1.5.2 Presión y Caudal
1.5.3 Sistema Productor de aire 1.5.4 Sistema de Consumo de Aire 1.5.5 Mantenimiento preventivo 1.5.6 TPM
10 12 15 16 18 20 24 26 30 31 32 42 43 CAPITULO 2 DESARROLLO DEL PROYECTO
2.1 Selección de equipos
2.1.1 Materiales para La Tubería 2.2 Sensores
2.3 Selección del perfil
45 47 51 52 CAPITULO 3 SISTEMAS DE CONTROL Y ACCIONAMIENTO 3.1.1 Calculo de Cilindros
3.2 Calculo de válvulas 3.3 Desarrollo neumático.
57 66 69 CAPITULO 4 ESTUDIO ECONOMICO
4.1 Costo de equipo 4.2 Resultados
74 82 CONCLUSIONES
ANEXOS
1.1 Fichas técnicas.
1.2 Dibujos GLOSARIO BIBLIOGRAFIA
84 86
111 113
CAPITULO CAPITULO CAPITULO
CAPITULO 1111
GENERALIDADES
CLASES DE AUTOMATIZACION
La automatización es una palabra que tiene muchos significados. El término fue acuñado poco después de la segunda guerra mundial, en la Ford Motor Company. Para describir el manejo automático de materiales y partes entre las operaciones de los procesos. Una definición concisa indica que la automatización representa la “producción automática continua”; en efecto, la combinación de operaciones automáticas para formar grupos integrados.
Las utilidades que se generan actualmente; no son por incrementos de precios de venta, sino por reducción de costos en:
Procesos de producción
Sistemas de distribución
Mantenimiento
Mejorar los índices de calidad y productividad a través de procesos eficaces
¿CUÁNDO AUTOMATIZAR?
Los siguientes parámetros son los que hay que considerar cuando se requieran automatizar procesos.
Procesos muy lentos
Proceso inseguro
Operaciones con problemas ergonómicos
Producción no Homogénea
Alta producción
Cuello de botella
Las máquinas automatizadas generalmente tienen los siguientes beneficios:
Eficientar el trabajo
Incrementan la seguridad
Mejoran la calidad de los productos
Disminuyen los tiempos de producción
Reducen los costos de producción
No existen reglas que nos dicten como automatizar, lo que se puede hacer en cambio es conocer las tecnologías que se usan para automatizar. Tipos de automatización en base a su tecnología:
Mecánica
Hidráulica
Neumática
Eléctrica
Electrónica
Robótica
Hay tres clases muy amplias de automatización industrial: automatización fija, automatización programable, y automatización flexible.
La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.
La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a las variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software).
La automatización flexible, por su parte, es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la
automatización programada. Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre sí por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora. De los tres tipos de automatización, la robótica coincide más estrechamente con la automatización programable.
1.2 HISTORIA DE LOS PALETIZADOS
La necesidad, a través de la evolución de los sistemas de conformación de cargas ha llevado a querer lograr máxima seguridad y beneficios con reducción de la mano de obra y utilización adecuada de recursos mecanizados que cubran todos los aspectos de confiabilidad y continuidad en manipuleo, almacenaje y transporte de mercaderías. A estos aspectos responden los objetivos del uso de una carga unitaria.
Se trata de la combinación o agrupación de bultos de menor tamaño en otro de mayor tamaño, para ser manejado como una sola unidad, reduciendo superficies y aprovechando volúmenes de depósito o bodega para un determinado volumen de carga.
Esta adecuada agrupación modular en una sola unidad se suele realizar físicamente sobre una tarima o superficie normalizada llamada pallet o paleta.
Esta carga unitaria exige un diseño con valores funcionales bien definidos, como resistencia, tamaño, peso, volumen, geometría, respondiendo siempre a necesidades de manipuleo, almacenaje y transporte a un costo optimo.
Esta carga unitaria esta condicionada en su diseño siempre por exigencias de normas y reglamentaciones internacionales, es decir, no es el resultado de una intención o voluntad arbitraria.
Los materiales que se usan para una carga unitaria son diversos y obedecen fundamentalmente a la necesidad de una mayor protección para el manipuleo y el transporte.
Se pueden presentar las siguientes situaciones:
Cargas unitarias con pallet (pallet de madera, plástico o metal).
Cargas unitarias con pallet adosado a un recipiente contenedor.
Cargas unitarias sin pallet (la forma de la carga favorece su manipuleo).
Se dispone además de materiales accesorios que forman parte de la carga unitaria como:
Polietileno termo contráctil (aplicación en caliente).
Película de stretch-film (que se aplica en frió).
Papeles tratados con revestimientos de alquitranes, polímeros, y foil de aluminio según las necesidades de cada caso.
Zunchos metálicos o de plástico (polipropileno PP).
Esquineros (metal, plásticos, cartón prensado).
Adhesivos naturales y sintéticos (hot-melt).
Maderas (estacionadas y tratadas).
Cartón Corrugado (diversos tipos de onda y con recubrimientos poliméricos).
Anclajes y eslingas (de cables o de poliéster).
Acolchados de relleno como factor de amortiguación y aislamiento.
Textiles:
Natural: fibras vegetales.
Artificiales: hilados de fibras poliméricas.
Plásticos en formas de cajas, listones y separadores de poli estireno expandido.
Espumas:
Rígidas: poli estireno expandido y polietileno espumado.
Flexibles: poliuretano.
Combinaciones diversas con los elementos anteriormente citados según las necesidades de cada sistema de embalajes.
Si consideramos el manipuleo, tenemos que pensar en operaciones de carga y descarga de mercaderías y en su almacenaje. Si lo relacionamos con el transporte, tenemos que pensar en la modalidad y el tipo de transporte. Estos aspectos influyen muchísimo en la concepción del embalaje y, en particular en el dominio de los costos.
La reducción de riesgos propios será una necesidad a cubrir para que el producto llegue a destino, se debe aumentar la seguridad teniendo en cuenta la sensibilidad del producto contenido y la resistencia y el comportamiento del envase.
Las características del material que compone un sistema de embalajes deben proteger el producto envasado, para reducir la acción destructiva de temperaturas, humedad o del ambiente salino del mar. La acción combinada de estas variables climáticas y su prolongación en el tiempo de un recorrido tienen como resultado habitual la producción de zunchos y partes metálicas oxidadas, cajas de cartón corrugado (no revestido) humedecidas, decreciendo su resistencia de estiba, y plásticos alterados por la acción de la luz y el calor.
Siempre se tendrá en cuenta, para las previsiones en sistemas de embalajes, la zona más frágil y critica que posea la mercadería a embalar. Preparar un eficiente embalaje no es hacer un paquete, es diseñar un sistema de embalaje sobre la base de exigencias técnicas reales,
Sensibilidad Valor G Ejemplo Extremadamente sensible
Muy sensible Sensible Poco sensible Muy poco sensible No sensible
20 G 20-40 G 40-60 G 60-85 G 85-100 G 110 G
Inst. De precisión c/sist. mecánicos sensibles (Galvanómetro balístico y otros).
Instrumentos de medición electromecánicos.
Aparatos electrodomésticos (maquinas de escribir, calcular y registrar eléctricas).
Aparatos ópticos, televisores, radios, etc.
Artículos del hogar (heladeras, lavarropas, etc.)
Maquinas, botellas.
1.2.1 PALETIZACION
Una buena carga paletizada exige tener presente algunos aspectos:
1. Las cajas de embalaje, mediante el trato del manipuleo adecuado (guiado por las marcas precautorias), deben ser colocadas con el mayor cuidado en capaz sucesivas o pilas. Estás pueden ser realizadas por el sistema cruzado o el apilado recto o paralelo.
2. Cada carga unitaria debe estar conformada por cajas o bultos de las mismas o cercanas dimensiones.
3. Estos bultos o cajas no deben formar “espacios vacíos" entre si (chimeneas).
4. Las cajas o los bultos deben tener una buena resistencia garantizada a la compresión o estiba y poseer una marca precautoria que indique, para ese producto, cuantas cajas pueden ser apiladas.
5. Deben tener medidas óptimas para que no sobresalgan del pallet (efecto alero que reduce la resistencia de la caja) dentro del mismo. Por el contrario, cuando no alcanzan a cubrir la superficie del pallet significa una perdida de aprovechamiento de espacio del mismo.
6. El espacio entre tablas que conforman el pallet debe guardar una relación con el tamaño de las cajas, de manera que de continuidad al apoyo de las mismas sin lesionar la resistencia de las caras.
7. Deben poseer sujeciones adecuadas respondiendo a alturas normalizadas de paletizado de 1,80 m a 2,30 m y observar sujeciones dentro del mismo embalaje y del recinto del medio de transporte.
8. Es preciso hacer uso de flejes metálicos o cintas plásticas a modo de zunchos, complementados con envolturas plásticas “termo contráctiles” o con las stretch-film que consoliden la unidad y que den plena seguridad al manipuleo.
9. Es necesario un uso conveniente de elementos que aumenten el factor de rozamiento entre capas de cajas, mediante el uso moderado de ceras o adhesivos aplicados por puntos tipo hot-melt.
10. Cuando las cargas, por sus geometrías (por ejemplo embalar una maquina industrial) no ofrecen un perfil regular rectangular, sino todo lo contrario, poseen salientes peligrosas, entonces debe recurrirse, mediante el articulo de una envoltura tipo caja de paredes lisas, a una nueva geometría cuyo manipuleo y compatibilidad con cargas comparadas ofrezca menos riesgos.
11. Adoptar en toda la operatoria de la formación de una carga unitaria el nuevo concepto de módulo.
1.3 NORMAS
El ensamble de cajas y pallets conformando una carga unitaria obedecen a un concepto amplio de rendimientos de superficie y volumen respondiendo a medidas estándares, modulares, que lo hagan posible, bajo la norma DIN 30798.
Las medidas modulares resultan prácticamente obligatorias ya, en muchas zonas del mercado internacional, de acuerdo con los datos de la ISO, el 92.7% de los pallets que se usan actualmente son de la medida 800 X 1.200 mm.
Esta de acuerdo esta medida con la equivalencia que presenta el modulo de cajas de 600 X 400 mm, que entra en la superficie de cada pallet un numero exacto de veces. Le sigue una lista de medidas de cajas cuya preferencia permite una estiba trabada.
Las dimensiones de las estanterías de los depósitos, las góndolas y los diversos medios de transporte están relacionados con estas medidas modulares para permitir el ensamble correcto, y originar un manipuleo, almacenaje y transporte muy ágil, y con un buen rendimiento.
El pallet EUR, de 800 X 1200 mm, normalmente relacionado con una altura de 1700 mm de estiba, origina un espacio de carga de 1630 m3. Estos módulos permiten, en sus combinaciones, evitar transportar aire en camiones y perder, a veces, hasta un 25% del volumen de almacenaje en nuestros depósitos.
Por lo que se debe acondicionar superficies y volúmenes a este sistema modular. La norma DIN 55510 explica y grafica claramente la coordinación modular del embalaje. Trata de superficies parciales modulares relacionadas con el modulo 600 X 400 mm.
Esta norma es valida para la planificación y construcción de embalajes que tengan por objeto lograr un aprovechamiento del 100% de las medidas de las unidades modulares de carga 800 X 1200 mm y 1000 X 1200 mm utilizadas como multimodulo en la cadena de transporte.
Sirve para determinar las medidas de fabricación de los envases en relación con los materiales de embalaje y la unidad prevista. La serie de selección es valida siempre que en la relación total envase-producto a envasar-unidad de carga se aproveche el 100% de los multimodulos desde el punto de vista económico, y que este sea el objetivo perseguido.
Las superficies parciales del modulo 600 X 400 mm están expresadas y expuestas en las tablas de medidas y garantizan, conforme a esta disposición, un aprovechamiento del 100%
de los multimodulos de esta superficie. Los rectángulos pueden estar dispuestos en la misma dirección, como también en ángulo recto sin dejar espacio libre entre si.
1.3.1 NORMA DIN 30798. MODULOS
Las medidas de las superficies parciales modulares son máximas y no deben ser superadas por las medidas reales del embalaje. Es importante pensar en las formas geométricas de aquellos embalajes factibles de mejoras, pues no siempre presentan las mismas ventajas.
Claro esta que en el transporte de mercaderías, ya dijimos, deberíamos darles una geometría adecuada con el embalaje para encuadrarlo dentro de la posibilidad modular.
NORMAS SERIE ISO 9000
Cada norma de la serie ISO 9000 apunta específicamente a los siguientes temas:
ISO 9000: Normas para la gestión de calidad y aseguramiento de la calidad. Guía para la selección y el uso.
ISO 9001: Sistemas de calidad. Modelo para el aseguramiento de la calidad en el diseño. Desarrollo, Producción, Instalación y Servicio.
ISO 9002: Sistemas de calidad. Modelo para el aseguramiento de la calidad en la producción e instalación.
ISO 9003: Sistemas de calidad. Modelo para el aseguramiento de la calidad en la inspección y ensayos finales.
ISO 9004: Gestión de la calidad y elementos del sistema de la calidad. Directrices generales.
Estándares de protección "IP" y "NEMA"
Los equipos diseñados para trabajo en ambientes hostiles deben cumplir con ciertos estándares que aseguren su robustez y permitan a la gente saber hasta dónde pueden llegar en su utilización. Para saber si un equipo, tal como una terminal portátil, un indicador de peso, un lector de código de barras o un monitor son los adecuados para una aplicación que funcionará bajo condiciones extremas, es necesario revisar sus especificaciones mecánicas, donde generalmente encontraremos grados IP, NEMA o IEC.
IP (Ingress Protection). El sistema de clasificación IP proporciona un medio de clasificar el grado de protección de sólidos (como polvo) y líquidos (como agua) que el equipo eléctrico y gabinetes deben reunir. El sistema es reconocido en la mayoría de los países y está incluido en varios estándares, incluyendo el IEC 60529.
Los números IP son frecuentemente indicados en gabinetes, conectores, etc. El tercer dígito, referente a la protección contra impactos mecánicos es generalmente omitido.
Primer Número - Protección contra sólidos
Segundo Número - Protección contra líquidos
Tercer Número - Protección contra impactos mecánicos
0 Sin Protección Sin Protección Sin Protección
1 Protegido contra objetos sólidos de más de 50mm
Protegido contra gotas de agua que caigan verticalmente
Protegido contra impactos de 0.225 joules
2 Protegido contra objetos sólidos de más de 12mm
Protegido contra rocíos directos a hasta 15° de la vertical
Protegido contra impactos de 0.375 joules
3 Protegido contra objetos sólidos de más de 2.5mm
Protegido contra rocíos directos a hasta 60° de la vertical
Protegido contra impactos de 0.5 joules
4
Protegido contra objetos sólidos de más de 1mm
Protegido contra rocíos directos de todas las direcciones - entrada limitada permitida
Protegido contra impactos de 2.0 joules
5
Protegido contra polvo - entrada limitada permitida
Protegido contra chorros de agua a baja presión de todas las direcciones - entrada limitada permitida
Protegido contra impactos de 6.0 joules
6
Totalmente protegido contra polvo
Protegido contra fuertes chorros de agua de todas las direcciones - entrada limitada permitida
Protegido contra impactos de 20.0 joules
7 Protegido contra los efectos de
la inmersión de 15cm - 1m
8 Protegido contra largos periodos
de inmersión bajo presión
Así, por ejemplo, una terminal con IP-64 está totalmente protegida contra la entrada de polvo y contra rocíos directos de agua de todas las direcciones.
NEMA (National Electrical Manufacturers Association). Este es un conjunto de estándares creado, como su nombre lo indica, por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (EU.), y comprende NEMA 1, 2, 3, 3R, 3S, 4, 4X y 5 al 13.
Los estándares más comúnmente encontrados en las especificaciones de los equipos son los siguientes:
NEMA 4. Sellado contra el agua y polvo. Los gabinetes tipo 4 están diseñados especialmente para su uso en interiores y exteriores, protegiendo el equipo contra salpicaduras de agua, filtraciones de agua, agua que caiga sobre ellos y condensación externa severa. Son resistentes al granizo pero no a prueba de granizo (hielo). Deben tener ejes para conductos para conexión sellada contra agua a la entrada de los conductos y medios de montaje
externos a la cavidad del equipo.
NEMA 4X. Sellado contra agua y resistente a la corrosión. Los gabinetes tipo 4X tienen las mismas características que los tipo 4, además de ser resistentes a la corrosión.
NEMA 12. Uso industrial. Un gabinete diseñado para usarse en industrias en las que se desea excluir materiales tales como polvo, pelusa, fibras y filtraciones de aceite o líquido enfriador.
El resto de los tipos de NEMA pueden denominarse a grandes rasgos:
Tipo 1 Tipo 1 Tipo 1
Tipo 1 Para propósitos generales Tipo 2
Tipo 2 Tipo 2
Tipo 2 A prueba de goteos
Tipo 3 Tipo 3 Tipo 3
Tipo 3 Resistente al clima
Tipo 3R Tipo 3R Tipo 3R
Tipo 3R Sellado contra la lluvia Tipo 3S
Tipo 3S Tipo 3S
Tipo 3S Sellado contra lluvia, granizo y polvo Tipo 5
Tipo 5 Tipo 5
Tipo 5 Sellado contra polvo
Tipo 6 Tipo 6 Tipo 6
Tipo 6 Sumergible
Tipo 6P Tipo 6P Tipo 6P
Tipo 6P Contra entrada de agua durante sumersiones prolongadas a una profundidad limitada
Tipo 7 Tipo 7 Tipo 7
Tipo 7 (A, B, C o D)*(A, B, C o D)*(A, B, C o D)*(A, B, C o D)* Locales peligrosos, Clase I - Equipo cuyas interrupciones ocurren en el aire.
Tipo 8 (A, B, C o D)*
Tipo 8 (A, B, C o D)*
Tipo 8 (A, B, C o D)*
Tipo 8 (A, B, C o D)* Locales peligrosos, Clase I - Aparatos sumergidos en aceite.
Tipo 9 (E, F o G)*
Tipo 9 (E, F o G)*
Tipo 9 (E, F o G)*
Tipo 9 (E, F o G)* Locales peligrosos, Clase II
Tipo 10 Tipo 10 Tipo 10
Tipo 10 U.S. Bureau of Mines - a prueba de explosiones (para minas de carbón con gases)
Tipo 11 Tipo 11 Tipo 11
Tipo 11 Resistente al Acido o a gases corrosivos - sumergido en aceite Tipo 13
Tipo 13 Tipo 13
Tipo 13 A prueba de polvo
* Las letras que siguen al número indican el grupo o grupos particulares de locales peligrosos según se definen en el National Electrical Code para el que se diseñó el gabinete en cuestión.
La designación de este tipo de NEMA está incompleta sin una o varias letras de sufijo.
1.4 ERGONOMIA
Cada día las máquinas efectúan más trabajos. Esta difusión de la mecanización y de la automatización acelera a menudo el ritmo de trabajo y puede hacer en ocasiones que sea menos interesante. Por otra parte, todavía hay muchas tareas que se deben hacer manualmente y que entrañan un gran esfuerzo físico. Una de las consecuencias del trabajo manual, además del aumento de la mecanización, es que cada vez hay más trabajadores que padecen dolores de la espalda, dolores de cuello, inflamación de muñecas, brazos y piernas y tensión ocular.
La ergonomía es el estudio del trabajo en relación con el entorno en que se lleva a cabo (el lugar de trabajo) y con quienes lo realizan (los trabajadores). Se utiliza para determinar cómo diseñar o adaptar el lugar de trabajo al trabajador a fin de evitar distintos problemas de salud y de aumentar la eficiencia. En otras palabras, para hacer que el trabajo se adapte al trabajador en lugar de obligar al trabajador a adaptarse a él. Un ejemplo sencillo es alzar la altura de una mesa de trabajo para que el operario no tenga que inclinarse innecesariamente para trabajar. El especialista en ergonomía, denominado ergonomista, estudia la relación entre el trabajador, el lugar de trabajo y el diseño del puesto de trabajo.
La aplicación de la ergonomía al lugar de trabajo reporta muchos beneficios evidentes. Para el trabajador, unas condiciones laborales más sanas y seguras; para el empleador, el beneficio más patente es el aumento de la productividad.
La ergonomía es una ciencia de amplio alcance que abarca las distintas condiciones laborales que pueden influir en la comodidad y la salud del trabajador, comprendidos factores como la iluminación, el ruido, la temperatura, las vibraciones, el diseño del lugar en que se trabaja, el de las herramientas, el de las máquinas, el de los asientos y el calzado y el del puesto de trabajo, incluidos elementos como el trabajo en turnos, las pausas y los horarios de comidas. La información de este módulo se limitará a los principios básicos de ergonomía tocante al trabajo que se realiza sentado o de pie, las herramientas, el trabajo físico pesado y el diseño de los puestos de trabajo.
La ergonomía aplica principios de biología, psicología, anatomía y fisiología para suprimir del ámbito laboral las situaciones que pueden provocar en los trabajadores incomodidad, fatiga o mala salud. Se puede utilizar la ergonomía para evitar que un puesto de trabajo esté mal diseñado si se aplica cuando se concibe un puesto de trabajo, herramientas o lugares de trabajo. Así, por ejemplo, se puede disminuir grandemente, o incluso eliminar totalmente, el riesgo de que un trabajador padezca lesiones del sistema oseo muscular si se le facilitan herramientas manuales adecuadamente diseñadas desde el momento en que comienza una tarea que exige el empleo de herramientas manuales.
A menudo los trabajadores no pueden escoger y se ven obligados a adaptarse a unas condiciones laborales mal diseñadas, que pueden lesionar gravemente las manos, las muñecas, las articulaciones, la espalda u otras partes del organismo. Concretamente, se pueden producir lesiones a causa de:
El empleo repetido a lo largo del tiempo de herramientas y equipo vibratorios, por ejemplo, martillos pilones;
Herramientas y tareas que exigen girar la mano con movimientos de las articulaciones, por ejemplo las labores que realizan muchos mecánicos;
La aplicación de fuerza en una postura forzada;
La aplicación de presión excesiva en partes de la mano, la espalda, las muñecas o las articulaciones;
Trabajar con los brazos extendidos o por encima de la cabeza;
Trabajar echados hacia adelante;
Levantar o empujar cargas pesadas.
LESIONES LESIONES LESIONES
LESIONES SINTOMASSINTOMASSINTOMASSINTOMAS CAUSAS TIPICASCAUSAS TIPICAS CAUSAS TIPICASCAUSAS TIPICAS Bursitis:
Bursitis:
Bursitis:
Bursitis: inflamación de la cavidad que existe entre la piel y el hueso o el hueso y el tendón. Se puede producir en la rodilla, el codo o el hombro.
Inflamación en el lugar de la lesión.
Arrodillarse, hacer presión sobre el codo o movimientos repetitivos de los hombros.
Celulitis:
Celulitis:
Celulitis:
Celulitis: infección de la palma de la mano a raíz de roces repetidos.
Dolores e inflamación de la palma de la mano.
Empleo de herramientas manuales, como martillos y palas, junto con abrasión por polvo y suciedad.
Cuello u hombro tensos:
Cuello u hombro tensos:
Cuello u hombro tensos:
Cuello u hombro tensos:
inflamación del cuello músculos y tendones de los hombros.
Dolor localizado en el cuello o en los hombros.
Tener que mantener una postura rígida.
Dedo engatillado: inflamación de los tendones y/o las vainas de los tendones de los dedos.
Incapacidad de mover libremente los dedos, con o sin dolor.
Movimientos repetitivos. Tener que agarrar objetos durante demasiado tiempo, con demasiada fuerza o frecuencia.
Epicondilitis:
Epicondilitis:
Epicondilitis:
Epicondilitis: inflamación de la zona en que se unen el hueso y el tendón.
Dolor e inflamación en el lugar de la lesión.
Tareas repetitivas, a menudo en empleos agotadores como ebanistería, enyesado o colocación de ladrillos.
Ganglios:
Ganglios:
Ganglios:
Ganglios: un quiste en una articulación o en una vaina de tendón. Normalmente, en el dorso de la mano o la muñeca.
Hinchazón dura, pequeña y redonda, que normalmente no produce dolor.
Movimientos repetitivos de la mano.
Osteoartritis:
Osteoartritis:
Osteoartritis:
Osteoartritis: lesión de las articulaciones que provoca cicatrices en la articulación y que el hueso crezca en demasía.
Rigidez y dolor en la espina dorsal y el cuello y otras articulaciones.
Sobrecarga durante mucho tiempo de la espina dorsal y otras articulaciones.
Síndrome del túnel del carpo Síndrome del túnel del carpo Síndrome del túnel del carpo Síndrome del túnel del carpo bilateral:
bilateral:
bilateral:
bilateral: presión sobre los nervios que se transmiten a la muñeca.
Hormigueo, dolor y entumecimiento del dedo gordo y de los demás dedos, sobre todo de noche.
Trabajo repetitivo con la muñeca encorvada. Utilización de instrumentos vibratorios. A veces va seguido de tenosinovitis.
Tendinitis:
Tendinitis:
Tendinitis:
Tendinitis: inflamación de la zona en que se unen el músculo y el tendón.
Dolor, inflamación,
reblandecimiento y
enrojecimiento de la mano, la muñeca y/o el antebrazo.
Dificultad para utilizar la mano.
Movimientos repetitivos.
Tenosinovitis:
Tenosinovitis:
Tenosinovitis:
Tenosinovitis: inflamación de los tendones y/o las vainas de los tendones.
Dolores, reblandecimiento, inflamación, grandes dolores y dificultad para utilizar la mano.
Movimientos repetitivos, a menudo no agotadores. Puede provocarlo un aumento repentino de la carga de trabajo o la implantación de nuevos procedimientos de trabajo.
Las lesiones causadas a los trabajadores por herramientas o puestos de trabajo mal diseñados pueden ser muy costosas por los dolores y sufrimientos que causan, por no mencionar las pérdidas financieras que suponen para los trabajadores y sus familias. Las lesiones son también costosas para los empleadores. Diseñar cuidadosamente una tarea desde el inicio, o rediseñarla, puede costar inicialmente a un empleador algo de dinero, pero, a largo plazo, normalmente el empleador se beneficia financieramente. La calidad y la eficiencia de la labor que se realiza, puede mejorar. Pueden disminuir los costos de atención de salud y mejorar la moral del trabajador. En cuanto a los trabajadores, los beneficios son evidentes. La aplicación de los principios de la ergonomía puede evitar lesiones o enfermedades dolorosas y que pueden ser invalidantes y hacer que el trabajo sea más cómodo y por lo tanto más fácil de realizar.
Por lo general es más eficaz examinar las condiciones laborales caso por caso al aplicar los principios de la ergonomía para resolver o evitar problemas. A veces, cambios ergonómicos minúsculos en el diseño del equipo, los lugares de trabajo o las tareas laborales pueden entrañar mejoras significativas.
Los trabajadores a los que puedan afectar los cambios ergonómicos que se efectúen en el lugar de trabajo deben participar en las discusiones antes de que se apliquen esos cambios.
Su aportación puede ser utilísima para determinar los cambios necesarios y adecuados.
El trabajo manual debe ser diseñado correctamente para que los trabajadores no se agoten ni contraigan una tensión muscular, sobre todo en la espalda. La realización de un trabajo físico pesado durante mucho tiempo hace aumentar el ritmo de la respiración y el ritmo cardíaco. Si un trabajador no está en buenas condiciones físicas, es probable que se canse fácilmente al efectuar un trabajo físico pesado. Siempre que sea posible, es útil utilizar energía mecánica para efectuar los trabajos pesados. Esto no quiere decir que los empleadores deban sustituir a los trabajadores por máquinas, sino que los trabajadores utilicen máquinas para efectuar las tareas más arduas. La energía mecánica disminuye los riesgos para el trabajador y al mismo tiempo proporciona más oportunidades laborales a personas con menos fuerza física. Aplique las siguientes normas para diseñar puestos de trabajo que exijan una labor física pesada:
1. El trabajo pesado no debe superar la capacidad de cada trabajador.
2. El trabajo físico pesado debe alternar a lo largo de la jornada, en intervalos periódicos, con un trabajo más ligero.
3. El trabajo físico pesado debe alternar a lo largo de la jornada, en intervalos periódicos, con un trabajo más ligero.
En resumen: La ergonomía es una ciencia que, si se aplica con eficacia, puede mejorar considerablemente las condiciones de trabajo. Se pueden hacer mejoras diseñando o rediseñando correctamente la manera en que se efectúan las tareas, el contenido de éstas, los métodos con los que se manipula o instala el equipo, la manera en que se fijan los horarios laborales, el equipo para efectuar un trabajo, etc.
Unos cambios positivos en estos terrenos u otros pueden ayudar a evitar lesiones y enfermedades - físicas o psicológicas - provocadas por falta de atención a los principios de la ergonomía en el lugar de trabajo.
La aplicación de las mejoras ergonómicas no tiene por qué ser complicada ni difícil. El sindicato, los trabajadores y la dirección deben colaborar para evaluar las zonas con problemas prioritarias y concebir soluciones.
1.5 NEUMATICA
Las aplicaciones del aire comprimido no tiene límites: desde la utilización, por parte del óptico, de aire a baja presión para comprobar la presión del filtro en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos en máquinas con procesos robóticos, hasta las grandes fuerzas necesarias para las prensas neumáticas y taladros neumáticos que rompen el hormigón.
PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO
Algunas razones importantes para la extensa utilización del aire comprimido en la industria
Disponibilidad: Muchas fábricas e instalaciones industriales tienen un suministro de aire comprimido en las áreas de trabajo y compresores portátiles que pueden servir en posiciones más alejadas.
Almacenamiento: Si es necesario, se puede almacenar fácilmente en grandes cantidades.
Simplicidad de diseño y control: Los componentes neumáticos son de configuración sencilla y se montan fácilmente para proporcionar sistemas automatizados extensos con un control relativamente sencillo.
Elección del movimiento: Ofrece un movimiento lineal o rotación angular con velocidades de funcionamiento fijas y continuamente variables.
Economía: La instalación tiene un costo relativamente bajo debido al costo modesto de los componentes. También el mantenimiento es poco costoso debido a su larga duración con apenas averías.
Fiabilidad: Los componentes neumáticos tienen una larga duración que tiene como consecuencia la elevada fiabilidad del sistema.
Resistencia al entorno: A este sistema no le afectan ambientes con temperaturas elevadas, polvo o atmósferas corrosivas en los que otros sistemas fallan.
Limpieza del entorno: Es limpio y, con un adecuado tratamiento de aire en el escape, se puede instalar según las normas de “Cuarto limpio”.
Seguridad: No presenta peligro de incendio en áreas de riesgo elevado y el sistema no está afectado por la sobrecarga, puesto que los actuadores se detienen o se sueltan simplemente.
Los actuadores neumáticos no producen calor.
Inversión inicial: El costo de los componentes neumáticos puede considerarse un poco elevado con respecto a otros sistemas (principalmente los eléctricos). La diferencia radica en la fiabilidad y duración, esto aunado al casi nulo mantenimiento, resulta una buena inversión.
Las siguientes propiedades podrían clasificarse como desventaja, en comparación con otros sistemas de transmisión de energía.
Ruido: Básicamente este inconveniente se presenta en el compresor, ya que a un metro de distancia produce un nivel de 75 dB.
Fuerza: Los rangos de fuerza en los equipos neumáticos se encuentran entre los 9.81N y los 29430N.
Velocidad: Comparado con sistemas eléctricos, los equipos neumáticos resultan lentos ya que la Velocidad de desarrollo es hasta 1500 mm/seg.
Los cilindros neumáticos, los actuadores de giro y los motores de aire suministran la fuerza y el movimiento a la mayoría del control neumático para sujetar, mover, formar y procesar el material.
Para accionar y controlar estos actuadores, se requieren otros componentes neumáticos, por ejemplo unidades de acondicionamiento de aire para preparar el aire comprimido y válvulas para controlar la presión, el caudal y el sentido del movimiento de los actuadores.
Para la aplicación práctica de los accesorios neumáticos, es necesario estudiar las leyes naturales relacionadas con el comportamiento del aire como gas comprimido y las medidas físicas que se utilizan normalmente.
El sistema Internacional de unidades está aceptado en todo el mundo desde 1960, pero EE.UU., el Reino Unido y Japón siguen utilizando en gran medida el Sistema legal de pesas y medidas.
Es necesario notar que la unidad ISO de presión es el Pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m2 (Newton por metro cuadrado).
Esta unidad es extremadamente pequeña, así que para evitar trabajar con números grandes, existe un acuerdo para utilizar el bar como unidad de 100,000Pa, puesto que esta medida es más práctica para utilización industrial.
100,000 Pa = 100 k Pa = 1 bar
Corresponde, con suficiente presión para fines prácticos, a kgf/cm2 y kp/cm2 del sistema métrico.
En el contexto de los accesorios neumáticos, una presión se considera como presión relativa, es decir por encima de la presión atmosférica, y denomina comúnmente presión manométrica (GA).
La presión se puede expresar también como presión absoluta (ABS), es decir una presión relativa a un vacío total. En la tecnología del vacío se utiliza una presión por debajo de la atmosférica, es decir bajo presión.
COMPRESORES
Un compresor convierte la energía mecánica de un motor eléctrico o de combustión en energía potencial de aire comprimido.
Los compresores de aire se dividen en dos categorías principales: alternativos y rotativos. Los tipos principales de compresores incluidos en estas categorías se indican a continuación:
COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO
ALTERNATIVOS ROTATIVOS
EMBOLO DIAFRAGMA PALETA TORNILLLO
COMPRESORES ALTERNATIVOS Compresor de émbolo de una etapa
El aire recogido a presión atmosférica se comprime a la presión deseada con una sola compresión. El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen para crear una presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar el aire en el cilindro por la válvula de entrada. Al final de la carrera, el émbolo se mueve hacia arriba, la válvula de entrada se cierra cuando el aire se comprime, obligando a la válvula de salida a abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida. Este tipo de compresor se utiliza generalmente en sistemas que requieran aire en la gama de 3-7 bares.
Compresor de émbolo de una sola etapa
Compresor de émbolo de dos etapas
En un compresor de una sola compresión, cuando se comprime el aire por encima de 6 bares, el calor excesivo que se crea reduce en gran medida su eficacia. Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industriales de aire comprimido son generalmente de dos etapas.
Compresor de émbolo de dos etapas
El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas hasta la presión final.
Si la presión final es de 7 bares, la primera compresión normalmente comprime el aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces el cilindro de la segunda compresión que comprime el aire hasta 7 bares.
El aire comprimido entra en el cilindro de segunda compresión a una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorando el rendimiento en comparación con una unidad de una sola compresión. La temperatura final puede estar alrededor de 120
oC.
Compresor de diafragma.
Los compresores de diafragma suministran aire comprimido seco hasta 5 bares y totalmente libre de aceite, por lo tanto se utilizan ampliamente en las industrias alimenticias, farmacéuticas y similares.
El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión en la carrera hacia arriba.
Compresor de diafragma
COMPRESORES ROTATIVOS
Compresor rotativo de paleta deslizante
Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales. Al girar el rotor, la fuerza centrifuga mantiene las paletas en contacto con la pared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire.
La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión, para limitar la temperatura alrededor de 190 ºC.
Compresor de tornillo
Dos motores helicoidales engranan girando en sentidos contrarios. El espacio libre entre ellos disminuye axialmente en volumen, lo que comprime el aire atrapado entre los rotores.
El aire lubrica y cierra herméticamente los dos tornillos rotativos. Los separadores de aceite eliminan el mismo del aire de salida. Con estas máquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y elevados, de más de 400 m3/min. a presiones superiores a 10 bares.
Este tipo de compresor, más que el compresor de paletas, ofrece un suministro continuo libre de altibajos.
Principio del compresor de Tornillo
El tipo industrial de compresor de aire más común sigue siendo la máquina alternativa, aunque los tipos de tornillo y paletas se están usando cada vez más.
CAPACIDAD NORMAL DEL COMPRESOR
La capacidad o salida de un compresor se indica como gasto volumétrico estándar, en m3n/s o m3n/min., dm3n/s o litros/min. La capacidad puede describirse también como volumen desplazado o “volumen teórico de entrada“, un concepto teórico. Para un compresor de émbolo, se basa en:
Q (l/min.) = área del émbolo en dm2 x longitud de carrera en dm x número de cilindro de primera etapa x rpm.
En el caso de un compresor de dos etapas, se considera sólo el cilindro de primera etapa. El suministro efectivo es siempre inferior debido a las pérdidas volumétricas y térmicas.
La pérdida volumétrica es inevitable, puesto que no es posible descargar la totalidad del aire comprimido del cilindro al final de la carrera de compresión: queda algo de espacio, el llamado “volumen muerto“.
La pérdida térmica se produce debido al hecho de que durante la compresión el aire adquiere una temperatura muy elevada, por lo tanto su volumen aumenta y disminuye cuando se enfría a temperatura ambiente.
Rendimiento volumétrico
aire libre descargado El coeficiente = ---
desplazamiento
Expresado como porcentaje, se conoce como rendimiento volumétrico y varía según el tamaño, tipo y fabricación de la máquina, número de etapas y presión final. El rendimiento volumétrico de un compresor de dos etapas es inferior a la del compresor de una sola etapa, puesto que tanto los cilindros de la primera como los de la segunda etapa, tienen volúmenes muertos.
1.5.2 PRESIÓN Y CAUDAL
La relación más importante para los componentes neumáticos es la que existe entre presión y caudal.
Si no existe circulación de aire, la presión en todos los puntos del sistema será la misma, pero si existe circulación desde un punto hasta otro, ésta querrá decir que la presión en el primer punto es mayor que en el segundo punto, es decir, existe una diferencia de presión.
Esta diferencia depende de tres factores:
- La presión inicial.
- El caudal de aire que circula.
- La resistencia al flujo existente entre ambas zonas.
La resistencia a la circulación de aire es un concepto que no tiene unidades propias (como el ohmio en electricidad) sino que en neumática se usa el concepto opuesto, es decir, conceptos que reflejan la facilidad o la aptitud de un elemento para que el aire circule a través de él, el área de orificio equivalente “S" o el “CV“ o el “Kv“.
La sección de orifico equivalente “S” es expresada en mm y representa el área de un orificio sobre pared delgada que crea la misma relación entre presión y caudal que el elemento definido por él.
“Caída de presión = Caudal x Área efectiva“, solo que, mientras que las unidades eléctricas son directamente proporcionales, esta relación para el aire es bastante más compleja y nunca será simplemente proporcional.
En electricidad una corriente de un amperio (1A), crea sobre una resistencia de un Ohmio una tensión de un voltio (1 V). Esto se cumple bien sea desde 100V a 99V o desde 4V a 3V.
En cambio, una caída de presión a través del mismo objeto y con el mismo caudal, puede variar con la presión inicial y también con la temperatura. Razón, la compresibilidad del aire.
1.5.3 SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE AIRE
Las partes componentes y sus funciones principales son:
Compresor: El aire tomado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más elevada al sistema neumático. Se transforma así la energía mecánica en energía neumática.
Motor eléctrico: Suministra la energía mecánica al compresor, transforma la energía eléctrica en energía mecánica.
Presostato: Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Se regula a la presión máxima a la que desconecta el motor y a la presión mínima a la que vuelve a arrancar el motor.
Válvula anti-retorno: Deja el aire comprimido del compresor al depósito e impide su retorno cuando el compresor está parado.
Depósito: Almacena el aire comprimido. Su tamaño está definido por la capacidad del compresor. Cuanto más grande sea su volumen, más largos son los intervalos entre los funcionamientos del compresor.
Manómetro: Indica la presión del depósito.
Purga automática: Purga toda el agua que se condensa en el depósito sin necesidad de supervisión.
Válvula de seguridad: Expulsa el aire comprimido si la presión en el depósito sube encima de la presión permitida.
Secador de aire refrigerado: Enfría el aire comprimido hasta pocos grados por encima del punto de congelación y condensa la mayor parte de la humedad del aire, lo que evita tener agua en el resto del sistema.
Filtro de línea: Al encontrarse en la tubería principal, este filtro debe tener una caída de presión mínima y la capacidad de eliminar el aceite lubricante en suspensión, sirve para mantener la línea libre de polvo, agua y aceite.
1.5.4 SISTEMA DE CONSUMO DE AIRE
Purga del aire: Para el consumo, el aire es tomado de la parte superior de la tubería para permitir que la condensación ocasional permanezca en la tubería principal; cuando alcanza un punto bajo, una salida de agua desde la parte inferior de la tubería irá a una purga automática eliminando así el condensado.
Purga automática: Cada tubo descendiente debe de tener una purga en su extremo inferior.
El método más eficaz es una purga automática pie impide que el agua se quede en el tubo en el caso en que se descuide la purga manual.
Unidad de acondicionamiento del aire: Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión óptima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de los componentes del sistema neumático que necesitan lubricación.
Válvula direccional: Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos conexiones del cilindro para controlar la dirección del movimiento.
Actuador: Transforma la energía potencial del aire comprimido en trabajo mecánico. En la figura se ilustra un cilindro lineal, pero puede ser también un actuador de giro o una herramienta neumática, etc.
Controladores de velocidad: Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de movimiento del actuador.
DISTRIBUCIÓN DEL AIRE
La toma de aire es un sistema de distribución instalado de forma permanente para llevar el aire a varios puntos de consumo.
Se instalarán válvulas de aislamiento para dividir la toma de aire en secciones con el fin de limitar el área que deba ser vaciada durante períodos de mantenimiento o reparación.
Existen dos configuraciones de trazo básicas: FINAL EN LÍNEA ABIERTA y CONDUCTO PRINCIPAL EN ANILLO.
Para favorecer el drenaje las tuberías de trabajo tienen una pendiente de cerca del 1% en la dirección del fluido y deberán ser adecuadamente purgadas. A intervalos ajustables, la línea principal puede ser devuelta a su original mediante dos largos tubos curvados en ángulo recto y disponiendo una derivación de purga en el punto más bajo.
En un sistema de conducto principal en anillo, es posible alimentar el aire de dos lados a un punto de consumo elevado, lo que permite minimizar la caída de presión. De cualquier forma, el agua es llevada en cualquier dirección y se deben proveer tomas de salida para el agua con purgas automáticas.
LÍNEAS SECUNDARIAS
A menos que estén instalados un post-enfriador eficiente y un secador de aire, el conducto de distribución del aire comprimido actúa como una superficie refrigerante y el agua y el aceite se acumulan a lo largo de su longitud.
Las derivaciones de la línea se toman de la parte superior del conducto, para impedir que el agua del conducto principal entre en ellas. Mientras deberá purgarse la parte inferior de la caída del conducto.
Los puntos de purga deben de estar provistos de empalmes de T iguales instalados en puntos idóneos a lo largo del recorrido, en cada punto bajo. Deben de purgarse manualmente a intervalos regulares o bien estar provistos de purga automática. Las bajas o
“cuellos de gansos”, además de que deberán tener la inclinación del 1% para evitar que los condensados queden en las tuberías, deberán de estar de la siguiente forma:
Las purgas automáticas son un poco más caras de instalar al principio, pero compensa si se consideran las horas de trabajo que se ahorran con respecto al funcionamiento de tipo manual. Con la purga manual la negligencia conlleva problemas debido a la contaminación del conducto principal.
VÁLVULAS DE CONTROL DIRECCIONAL FUNCIONES DE LA VÁLVULA
Una válvula de control direccional determina el paso de aire por entre sus vías abriendo, cerrando o cambiando sus conexiones internas.
Las válvulas se definen en términos de:
- número de vías
- número de posiciones su posición normal (no activada)
Los primeros dos puntos se expresan normalmente con los términos 5/2, 3/2, 2/2. etc.
La primera cifra indica el número de vías (excluidos los orificios del piloto) mientras que la segunda se refiere al número de posiciones que la válvula puede asumir en el tiempo.
Para las válvulas de dos y tres posiciones. Una válvula es normalmente cerrada cuando el aire de alimentación (P) es interceptado, es normalmente abierta cuando el aire de alimentación es (P) es dirigido a una salida (como por ejemplo el llenado de una cámara de un cilindro).
Para la válvula de 3 posiciones debe especificarse la tercera posición (por ejemplo: centro cerrado, centro presurizado, etc.)
También aquí es fundamental emplear sólo aire comprimido preparado para todos los elementos de mando. Las suciedades del aire comprimido procedentes de partículas de oxidación, cascarillas de soldadura u otras impurezas deben ser separadas en el filtro de la unidad de mantenimiento, que en el caso de no ser retenidas pueden depositarse o adherirse en el interior de la válvula, produciendo fallos o sobrecargas en las cámaras de las válvulas.
Averías
En general, las averías en las válvulas se producen por exceso de suciedad en la líneas de aire, lo cuál ocasiona desperfectos en la juntas del interior. Puede suceder que las juntas se estropeen por exceso de presión de aire o por impurezas que penetran por los escapes.
También por colocar un aceite inadecuado en el lubricador, que perjudique las juntas y las deteriore.
PROBLEMA POSIBLE CAUSA SOLUCION
Fuga en el “O” ring del carrete de la válvula (comunica presión con escape)
Cambiar kit de reparación o reemplazar la válvula
Camisa rayada de la válvula Reemplazar la válvula Fuga en la junta del émbolo
del cilindro
Revisar el cilindro, cambiar kit o reemplazar el cilindro
Camisa del cilindro rayada Cambiar el cilindro Válvula fuga por el
escape
Aire con muchas impurezas, humedad o condensado
Cambiar kit de reparación, revisar suministro de aire
Suciedad en el interior Limpieza, cambio de kit Muelle deteriorado o sin brío Reemplazo de la válvula Fallas en la presión Revisar suministro de aire Retardo en la
operación de retorno
Aire con muchas impurezas, humedad o condensado
Cambiar kit, revisar suministro de aire; o si es el caso sustituir válvula Suciedad en el interior Limpieza, cambio de kit, reemplazo
de la válvula
“O” rings hinchados, o fuera de lugar
Limpieza, cambio de kit, reemplazo de la válvula
Aceite no adecuado Limpieza, cambio de kit, reemplazo de la válvula Válvula bloqueada
Aire con muchas impurezas, humedad o condensado
Limpieza, cambio de kit, reemplazo de la válvula
Fugas en los orificios de pilotaje
Juntas de corredera desgastadas
cambio de kit, reemplazo de válvula Suciedad en el interior Limpieza, cambio de kit, reemplazo
de la válvula Válvula produce
sonido ronco
Tensión de alimentación baja o variable (electro válvulas)
Revisar fuente de alimentación
Cambios en la
posición de la válvula (sello metálico)
Vibración excesiva Colocar la válvula de tal forma que el sentido de la vibración de la máquina sea perpendicular al desplazamiento del carrete de la válvula, o dejarla