Circuits pneumàtics i hidràulics

Explica la funció de cada bloc bàsic d'un circuit pneumàtic: compressor, unitat de manteniment (filtre, regulador i lubricador), vàlvula distribuïdora i cilindre. Quin aporta l'energia i quin la transforma en moviment?

La unitat de manteniment agrupa filtre, regulador de pressió i lubricador. Explica la funció de cadascun i per què s'han d'instal·lar en aquest ordre. Què li passa a un cilindre si el filtre està saturat d'aigua?

Els escapaments de les vàlvules pneumàtiques porten silenciadors. Explica quin problema resolen (soroll de l'aire en expandir-se, entrada de brutícia per l'escapament) i què li passa a la velocitat del cilindre si el silenciador s'obstrueix.

Descriu la diferència entre un cilindre de simple efecte i un de doble efecte: quantes connexions té cadascun, com retorna la tija i una aplicació típica de cada tipus.

Dibuixa o descriu el símbol normalitzat d'un cilindre pneumàtic de simple efecte amb retorn per molla: quantes connexions d'aire té, què fa la molla i una aplicació on el retorn per molla sigui suficient.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Explica què és una vàlvula $3/2$ (tres vies, dues posicions): quines tres connexions té (alimentació, sortida a l'actuador, escapament) i per què és la vàlvula típica per a cilindres de simple efecte.

L'esquema de la figura mostra un circuit pneumàtic que acciona un cilindre de doble efecte, però un dels seus components està tapat. Indica quin component falta, quina funció fa al circuit i què li passaria al cilindre si aquest component no hi fos.

Un regulador de cabal instal·lat a la sortida d'un cilindre en controla la velocitat. Explica com ho aconsegueix (restricció variable del flux) i per què se sol regular el cabal d'escapament i no el d'entrada (moviment més estable contra variacions de càrrega).

Una vàlvula distribuïdora $5/2$ accionada per polsador controla el cilindre de doble efecte d'una porta automàtica. Explica què signifiquen els nombres «5» i «2» (vies i posicions) i descriu el recorregut de l'aire quan es prem i quan es deixa anar el polsador.

En un circuit hidràulic, la bomba impulsa oli a $6\ \text{MPa}$ cap a un cilindre l'èmbol del qual té $80\ \text{cm}^2$ de superfície. a) Calcula la força màxima teòrica que pot exercir el cilindre ($F = p \cdot S$; compte amb les unitats: $1\ \text{MPa} = 100\ \text{N/cm}^2$). b) Explica quin element del circuit limita la pressió si la càrrega s'encalla (vàlvula de seguretat o limitadora) i què passa llavors amb l'oli.

Un cilindre de doble efecte amb èmbol de $40\ \text{cm}^2$ rep un cabal de $24\ \text{L/min}$. a) Calcula la velocitat d'avanç de la tija ($v = \frac{Q}{S}$) en $\text{m/s}$. b) Raona per què la velocitat de retrocés és més gran amb el mateix cabal (la tija resta secció a la cambra posterior). c) Quina pressió mínima necessita per vèncer una càrrega de $1\,000\ \text{N}$?

El circuit hidràulic d'una màquina d'obra pública alimenta en paral·lel dos cilindres amb una única bomba de cabal constant de $60\text{ l/min}$ i una vàlvula limitadora tarada a $200\text{ bar}$. El cilindre 1 (elevació de ploma) suporta una càrrega que exigeix $140\text{ bar}$, mentre que el cilindre 2 (bolcada de cullera) requereix únicament $50\text{ bar}$.

1. a) Si l'operari obre simultàniament i del tot les dues corredisses del distribuïdor, prediu raonadament el comportament dinàmic d'ambdós actuadors (quin es mourà primer i què passarà amb la pressió a la línia comuna).
2. b) Justifica per què el cilindre 1 queda completament immobilitzat mentre el cilindre 2 es trobi en moviment.
3. c) Proposa i explica el principi de disseny hidràulic (com ara distribuïdors compensats per pressió o sistemes Load Sensing) que permet en maquinària real el moviment simultani i independent d'actuadors sotmesos a càrregues dispars.

En una premsa pneumàtica de marcatge es va instal·lar un comandament bimanual simple connectant dos polsadors $3/2$ en sèrie cap al pilotatge de la vàlvula distribuïdora del cilindre. No obstant això, en una inspecció de seguretat laboral es precinta la màquina perquè un operari ha bloquejat permanentment un dels polsadors amb una brida, accionant la premsa amb una sola mà.

1. a) Demostra tècnicament per què ni la connexió en sèrie ni l'ús aïllat d'una vàlvula de simultaneïtat («I») garanteixen una veritable seguretat bimanual davant d'aquesta manipulació indeguda.
2. b) Dissenya el circuit pneumàtic complet (cilindre de doble efecte, distribuïdors i elements de control) que implementi un comandament bimanual segur amb temporització, de manera que el cilindre només avanci si ambdós polsadors s'accionen amb un desfasament temporal inferior a $\Delta t \le 0,5\text{ s}$, impedint el cicle si un d'ells es deixa accionat permanentment. Justifica el seu principi de funcionament.

Una estampadora pneumàtica ha de premsar peces de gruix irregular procedents de fosa. Per aquest motiu, és inviable utilitzar un final de cursa per posició mecànica per ordenar el retrocés, ja que si la peça és més gruixuda la premsa no completaria la cursa i si és més prima no assoliria la força de conformat requerida.

Dissenya l'esquema pneumàtic complet per complir els següents requisits funcionals:

1) El cilindre de doble efecte avança en prémer un botó de marxa.

2) El retrocés no s'ordena per cota geomètrica, sinó quan la cambra posterior del cilindre assoleixi una pressió de conformat d'exactament $5\text{ bar}$ (detectada mitjançant una vàlvula de seqüència), garantint a més un temps de manteniment de la pressió de $3\text{ s}$ mitjançant un temporitzador pneumàtic.

3) Finalitzat el temps, el retorn ha de ser a velocitat regulada independent de l'avanç.

Justifica la selecció i connexió de cada component utilitzant la designació normalitzada de vies i pilotatges.

Per a automatitzar una estació de mecanització es requereix la seqüència pneumàtica $A+ B+ B- A-$.

1. a) Analitza la seqüència pas a pas i identifica en quin moment exacte es produeix un bloqueig per senyals antagònics o permanents (interferència de pilotatges sobre la mateixa vàlvula distribuïdora) si s'intenta connectar el circuit de manera intuïtiva directa.
2. b) Aplica el mètode de cascada: descompon la seqüència en el nombre mínim de grups de pressió, defineix els finals de carrera que activen el canvi de grup enfront dels que actuen dins de cada grup i dibuixa l'esquema pneumàtic corresponent.
3. c) Justifica com la vàlvula inversora de línia de pressió elimina físicament el senyal de pilotatge residual que impedia la inversió del cilindre.