Desenvolupament de circuits pneumàtics

Aquest és el circuit més bàsic que es pot tenir en una instal·lació pneumàtica i està format pels components següents:

• 0 V1: alimentació pneumàtica amb la seva unitat de manteniment.
• 0 S1: vàlvula general de tancament.
• 1 S1: vàlvula distribuïdor a per a emissió de senyals.
• 1 A: cilindre d’efecte simple per a l’execució de les ordres.

El seguiment del funcionament d’un circuit pneumàtic es fa amb molta facilitat; només heu de seguir la direcció que porta l’aire des de l’alimentació fins que arriba al cilindre.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a un cilindre d’efecte simple comandat per una vàlvula 3/2.

En el circuit de la figura podeu veure que l’aire arriba a la unitat de manteniment (0 V1), on és filtrat per després pel regulador de pressió (on se seleccionarà la pressió de treball desitjada, que serà llegida pel manòmetre). Enganxada a la unitat de manteniment trobareu una vàlvula general de tancament (0 S1). L’heu d’accionar per tal que el circuit quedi amb pressió, i quan accioneu la vàlvula 1S1 la pressió passa de la connexió 1 a la connexió 2 sortint pel tub fins que arriba al cilindre 1 A, quan la pressió arriba al cilindre es troba amb la superfície de l’èmbol i, per tant, es crea una força superior a la de la molla i fa sortir el cilindre.

En deixar d’accionar la vàlvula 1S1, queda tallada la connexió de pressió i es connecten les connexions 2 i 3 de la vàlvula 1S1. Com que el cilindre no té pressió deixa d’haver-hi força i, per tant, la força de la molla fa que aquest retorni, i mentre ho fa, l’aire que arriba del cilindre a la connexió 2 de la vàlvula 1S1 surt per la connexió 3 i se’n va lliure cap a l’atmosfera.

Si voleu accionar un cilindre d’efecte simple mitjançant una vàlvula de cinc vies i dues posicions s’ha de posar un tap a una de les sortides que connecten amb el cilindre i obtindreu el mateix funcionament que si treballéssiu amb una vàlvula 3/2.

Aquesta és un opció molt utilitzada, ja que implica un estalvi en el tema dels estocs. Una vàlvula 5/2 serveix així per moure un cilindre d’efecte simple i un d’efecte doble, amb la qual cosa nomes cal tenir com a recanvis vàlvules 5/2 i uns taps.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a un cilindre d’efecte simple comandat per una vàlvula 5/2.

En repòs, és a dir, sense accionar la vàlvula distribuïdora 1 S1, l’aire procedent de la unitat de manteniment entra per la connexió corresponent a la via 1, que està comunicada amb la via 2, per on, en estar taponada, l’aire no té cap sortida. Si accioneu la vàlvula 1 S1 es comuniquen les vies 1 i 4 i l’aire arriba al cilindre i fa que aquest surti. Quan deixeu d’accionar la vàlvula 1 S1 es comunica la via 4 amb la 5 i això fa que l’aire acumulat en el cilindre i que és expulsat per la força de la molla surti lliure cap a l’atmosfera per la via 5.

Per assolir el control d’un cilindre d’efecte doble s’ha de fer mitjançant una vàlvula 5/2. També us podeu trobar, en circuits antics, que el control es faci amb una vàlvula 4/2. Actualment el control es duu a terme sempre amb una vàlvula 5/2. La diferència entre les dues és que la 4/2 només té un escapament i la 5/2 en té dos, i això fa que constructivament la 5/2 sigui més senzilla i, per tant, estigui més bé de preu.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a un cilindre d’efecte doble comandat per una vàlvula 5/2.

En aquest circuit podeu veure tant la vàlvula 0S1 com la vàlvula 1S1, que són vàlvules amb enclavament mecànic; això vol dir que quan s’accionen mantenen la seva posició, i tot i que es deixi d’actuar sobre elles perquè tornin a la posició inicial s’han de desenclavar tornant a accionar-les.

En repòs, és a dir, sense cap vàlvula accionada, la tija del cilindre es pot moure amb la mà, ja que no té pressió en cap dels costats. Una vegada accionem la vàlvula 0S1 la pressió arriba a la via 1 de la vàlvula 1S1 sortint per la connexió 2 i arriba a la part de davant del cilindre. A causa d’això es crea una força que manté el cilindre darrere.

En accionar la vàlvula 1S1, es comuniquen les connexions 1 i 4 per una banda, i 2 i 3 per l’altra. Això provoca dues coses:

• La pressió arriba darrere del cilindre i crea una força que empeny l’èmbol cap a fora.
• L’aire a pressió que hi ha a la part de davant arriba a la connexió 2 i surt per l’escapament 3 cap a l’atmosfera.

En desenclavar la vàlvula 1S1 hi torna a haver pressió a la part de davant del cilindre i l’aire que hi a la part de darrere se’n va per l’escapament de la via 5.

El cilindre d’efecte doble fa força en els dos sentits i, per tant, pot desenvolupar treball segons convingui, quan entri, quan surti o en els dos sentits.

Per regular la velocitat d’un cilindre d’efecte simple s’utilitzen reguladors de cabal bidireccional o unidireccional.

• El regulador de cabal bidireccional té una estrangulació regulable mitjançant un cargol, no té antiretorn i regula el cabal d’aire en els dos sentits.
• El regulador de cabal unidireccional es compon d’una estrangulació regulable i un antiretorn, i això fa que en un sentit l’aire circuli lliurement i en el sentit contrari es pugui regular.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a un cilindre d’efecte simple comandat per una vàlvula 3/2 amb un regulador de cabal.

Aquest circuit pneumàtic té un regulador de cabal unidireccional identificat amb el símbol 1V1.

Per donar pressió d’aire al circuit s’ha d’accionar la vàlvula general 0S1. Després, en accionar la vàlvula 1S1 la pressió d’aire surt per la connexió 2, arriba a la vàlvula reguladora 1V1 i es troba amb dos camins per poder arribar al cilindre: un és l’antiretorn, que li bloqueja el pas, i l’altre és l’estrangulador, pel qual passarà però escanyat, i això farà que l’aire arribi al cilindre a poc a poc i, per tant, el cilindre sortirà lentament.

Quan es deixa d’accionar la vàlvula 1S1, l’aire del cilindre surt, arriba a la vàlvula 1V1 i es troba amb els dos camins, un de regulat i un altre de lliure (antiretorn); passa pel lloc més fàcil, és a dir, per l’antiretorn, arriba a l’escapament 3, i surt lliurement a l’atmosfera.

La regulació de velocitat en un cilindre d’efecte doble es pot fer:

1. Regulant l’aire que surt del cilindre. És la manera més correcta de regular la velocitat, ja que fa que el cilindre en qualsevol circumstància es desplaci de manera uniforme. De fet, hi ha un tipus de regulador que s’enrosca directament sobre les connexions del cilindre i que regula sempre l’aire que surt del cilindre. En la figura podeu veure l’esquema del cilindre 1A que correspon a aquesta via de regulació de velocitat.
2. Regulant l’aire que entra al cilindre. És un tipus de regulació poc utilitzada, ja que provoca que el cilindre vagi sortint o entrant a salts, de manera no uniforme. En la figura podeu veure l’esquema del cilindre 2A que correspon a aquest mode de regulació de velocitat.
3. Regulant l’aire que surt pels escapaments de la vàlvula de control. En la figura podeu veure l’esquema del cilindre 3A, que correspon a aquesta manera de regular la velocitat. Vegeu que els reguladors estan connectats a la vàlvula de control 3S1.

És una opció que pot ser vàlida sempre que la vàlvula estigui molt a prop del cilindre, ja que el coixí d’aire que hi ha d’haver entre el regulador i el cilindre ha de ser mínim. En aquest cas es poden utilitzar reguladors de cabal bidireccionals i s’enrosquen en els escapaments de la vàlvula 3S1.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a un cilindre d’efecte doble comandat per una vàlvula 5/2 amb dos reguladors de cabal unidireccionals.

Aquest circuit té dos reguladors de cabal unidireccional per tal de regular la velocitat d’entrada i de sortida del cilindre de manera independent. Estan posats de la manera més correcta, que és regulant l’aire que surt del cilindre. El regulador 1V2 controla la velocitat de sortida del cilindre i l’1V1 controla la velocitat d’entrada.

En accionar la vàlvula 1S1 es comuniquen les vies 1 i 4, i l’aire a pressió passa per l’antiretorn de la vàlvula 1V1 i la força creada en el cilindre fa que aquest surti. L’aire que surt del cilindre passa escanyat per la vàlvula reguladora 1V2 en no poder fer-ho per l’antiretorn, amb la qual cosa el cilindre sortirà lentament.

Quan es desenclava la vàlvula 1S1, es tornen a comunicar les vies 1 i 2, i l’aire a pressió passa per l’antiretorn de la vàlvula 1V2 i la força creada fa que el cilindre entri. L’aire que surt del cilindre no pot passar per l’antiretorn de la vàlvula 1V1 i passa escanyat, amb la qual cosa el cilindre entrarà lentament.

Quan es treballa amb cilindres grans o el comandament dels dos moviments del cilindre es vol fer des de dos llocs diferents, s’ha de recórrer a l’accionament indirecte del cilindre. El circuit disposarà d’una vàlvula principal biestable que serà la que faci funcionar el cilindre. Aquesta vàlvula serà comandada per altres que faran la combinació lògica que ens interessi per tal d’aconseguir el funcionament del circuit desitjat.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent al comandament d’un cilindre d’efecte doble amb accionament indirecte.

Quan es dóna pressió al circuit, aquesta arriba a la part de davant del cilindre a través de la connexió 2 de la vàlvula biestable 1V1.

En accionar la vàlvula 1S1 arriba la pressió a la connexió 14 de la vàlvula 1V1, la qual cosa fa que aquesta canviï de posició i fa que la pressió passi de la connexió 1 a la connexió 4, i arriba a la part de darrere del cilindre i fa que aquest surti. Quan deixem d’accionar la vàlvula 1S1 aquesta torna a la seva posició de repòs i, per tant, deixa d’arribar pressió a la connexió 14 de la vàlvula 1V1, però com que aquesta és biestable, manté la posició en què es troba i, per tant, el cilindre continua fora.

Accionant la vàlvula 1S2 arriba la pressió a la connexió 12 de la vàlvula 1V1, la qual cosa fa que aquesta torni a la posició inicial i, per tant, la pressió surt per la connexió 2 i arriba a la part de davant del cilindre, i fa que aquest torni enrere.

En deixar d’accionar la vàlvula 1S2 aquesta torna a la seva posició de repòs i, per tant, deixa d’arribar pressió a la connexió 12 de la vàlvula 1V2, però com que és biestable, manté la posició en la qual es troba i el cilindre continua dins.

Si accionem els dos polsadors a la vegada, predomina l’ordre que hagi donat el primer polsador accionat. Això és degut al fet que la superfície d’accionament de la vàlvula tant per un costat com per l’altre és la mateixa i la pressió que s’aplica als dos costats també és la mateixa. Com que la força és igual a la pressió per la superfície, la força desenvolupada als dos costats serà la mateixa. Si coincideixin les dues forces amb la vàlvula en una posició, aquesta ja no es mourà.

En la figura podeu observar que la numeració corresponent a les connexions de pilotatge pneumàtic de la vàlvula 1V1 està determinada per la funció que fa.

• La connexió 14 fa que s’uneixin les connexions 1 i 4.
• La connexió 12 fa que s’uneixin les connexions 1 i 2.

Us podeu trobar amb casos en què, per diverses raons, la sortida d’un cilindre estigui condicionada a l’accionament de dos polsadors al mateix temps. Un exemple clar és el d’una premsa, en què, a causa del perill que té, interessa que les dues mans estiguin ocupades accionant els dos polsadors a la vegada i així pugui baixar la premsa sense perill d’agafar-les.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a la posada en marxa d’un cilindre accionat per dos polsadors simultàniament. No obstant això, el circuit que faria falta per a una premsa seria més complet que aquest, que només és el bàsic.

En la figura teniu dos circuits possibles per posar en sèrie dos polsadors; en els dos casos s’utilitza una vàlvula 5/2 monoestable com a control directe del cilindre.

El circuit del cilindre 1A és molt simple. Vegeu que es connecta la sortida d’una vàlvula (polsador 1S1) amb l’entrada de l’altra (polsador 1S2); podeu comprovar que si només s’acciona el polsador 1S1 la pressió arriba a la connexió 1 d’1S2 però no arriba a la 14 d’1V1. En canvi, si només s’acciona el polsador 1S2, hi ha unió de la connexió 1 d’1S2 amb la 14 d’1V1, però com a l’1 no hi ha pressió la vàlvula 1V1 tampoc no canvia de posició. Es veu clarament que l’única possibilitat que canviï la vàlvula 1V1 i, per tant, que surti el cilindre, és que estiguin accionades al mateix temps les vàlvules 1S1 i 1S2. Si es deixa d’accionar una de les dues vàlvules, deixa d’arribar pressió al 14 d’1V1 i, per tant, el cilindre retornarà.

El circuit del cilindre 2A utilitza un element nou, que és una vàlvula de simultaneïtat (2V2). Aquesta vàlvula té dues entrades i una sortida; per tenir pressió a la sortida ha de tenir pressió de manera simultània en les dues entrades; si només en té en una deixa de donar pressió de sortida. Per tant, si accioneu els dos polsadors (2S1 i 2S2), arribarà la pressió a la connexió 14 de la vàlvula 2V1 i el cilindre sortirà.

Hi ha vàlvules d’accionament manual, però també n’hi ha d’altres que porten un rodet i en les quals l’accionament és mecànic i no el fa una persona de manera manual, sinó que el fa el cilindre mateix en arribar a un punt determinat. Aquestes vàlvules s’anomenen finals de cursa. Hi ha dos tipus de final de cursa: un que detecta el moviment del cilindre en els dos sentits i un altre que només el detecta en un sol sentit. En aquest cas utilitzarem un final de cursa que detecta el moviment en els dos sentits.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a la posada en marxa d’un cilindre que retorna a la posició inicial automàticament quan arriba al final del seu recorregut.

Quan accionem la vàlvula 1S1 arriba la pressió a la connexió 14 de la vàlvula 1V1. Aquesta canvia de posició i fa sortir el cilindre. Quan el cilindre arriba al final del seu recorregut, acciona mecànicament la vàlvula 1S2 que fa que arribi pressió a la connexió 12 de la vàlvula 1V1, i aquesta torna a la seva posició inicial i, per tant, el cilindre entra.

Normalment tant els cilindres d’efecte simple com els d’efecte doble fan els moviments fins al final del seu recorregut, però a vegades pot interessar que un cilindre quedi aturat en una posició intermèdia en qualsevol lloc del seu recorregut; això es pot aconseguir mitjançant una vàlvula 5/3 amb els centres tancats.

Una aplicació d’aquest circuit seria el control d’una claraboia al sostre mitjançant un cilindre. Podria estar tancada del tot, oberta del tot o oberta parcialment.

En la figura teniu representat el circuit pneumàtic corresponent a la posada en marxa d’un cilindre d’efecte doble amb aturada en qualsevol lloc del seu recorregut.

En accionar la vàlvula 1S1 la pressió arriba a la connexió 14 de la vàlvula 1V3 i la força creada fa que canviï la posició de la vàlvula, amb la qual cosa el cilindre comença a sortir.

Si es deixa d’accionar la vàlvula 1S1, deixa d’haver-hi pressió en la connexió 14 i la molla fa que la vàlvula torni a la posició central; com que a la posició central les connexions 2 i 4 estan tancades el cilindre quedarà aturat a la posició actual, que pot ser la final o una intermèdia.

Accionant la vàlvula 1S2 la pressió arriba a la connexió 12 de la vàlvula 1V3 i canvia la posició de la vàlvula, amb la qual cosa el cilindre comença a entrar.

Quan es deixa d’accionar la vàlvula 1S2, deixa d’haver pressió en la connexió 12 i la molla fa que la vàlvula torni a la posició central, amb la qual cosa el cilindre quedarà aturat a la posició que sigui.