Exercicis: Circuits neumàtics

Explica què és la neumàtica i anomena dos aparells o màquines de la vida quotidiana que funcionin amb aire comprimit, indicant quin moviment realitza cadascun.

Anomena els elements bàsics d'un circuit neumàtic senzill i explica amb una frase quina funció compleix cadascun.

En l'esquema de la figura hi ha un element marcat amb ?. Indica quin element és, quina funció compleix i descriu què li passa a la tija del cilindre quan s'acciona i quan es deixa anar.

Anomena tres màquines o serveis del teu entorn que utilitzin aire comprimit (consultori del dentista, benzinera, obres del carrer...) i explica quina feina fa la neumàtica en cadascun.

Explica què és un compressor i per què tot circuit neumàtic necessita una font d'aire comprimit (compressor o ampolla) per funcionar.

Explica què és la tija d'un cilindre neumàtic i quin tipus de moviment realitza. Dibuixa o descriu un cilindre assenyalant cos, èmbol, tija i molla (si en té).

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

Explica què és un escapament d'aire en una vàlvula neumàtica i raona per què una fuita d'aire «bruta» menys l'entorn que una fuita d'oli en un circuit hidràulic.

Diferencia neumàtica i hidràulica: quin fluid empra cadascuna i un avantatge característic de cada tecnologia.

Explica la diferència entre un cilindre de simple efecte i un de doble efecte, i descriu què s'observa en deixar anar el polsador en cadascun d'ells.

Ordena el recorregut de l'aire en aquest circuit: cilindre, compressor, vàlvula de control. Després, raona per què la vàlvula es col·loca entre la font d'aire i el cilindre i no després d'aquest.

La porta d'un autobús s'obre i es tanca amb un cilindre neumàtic que ha d'empènyer en els dos sentits. Raona quin tipus de cilindre i quin tipus de vàlvula necessita, i per què no valdria un cilindre de simple efecte amb retorn per molla governat per una vàlvula 3/2.

Abans del circuit se sol col·locar una unitat de manteniment (filtre, regulador de pressió i lubricador). Explica què fa cadascuna de les seves tres parts i què els passa a les vàlvules si l'aire arriba brut o amb la pressió descontrolada.

Un cilindre de doble efecte es controla amb una vàlvula 5/2. Explica amb les teves paraules què signifiquen aquests dos nombres (cinc vies, dues posicions) i com aconsegueix la vàlvula que la tija surti i entri.

Una vàlvula reguladora de cabal s'instal·la en la línia d'un cilindre. Explica per a què serveix regular el cabal d'aire i en què es nota en el moviment de la tija; posa un exemple on interessi un moviment lent.

Un circuit amb cilindre de simple efecte no retrocedeix en deixar anar el polsador, i la molla està en perfecte estat. Raona quin altre element pot estar fallant (pensa per on surt l'aire de la cambra) i com comprovar-ho.

Descriu, ordenant-lo per etapes, el cicle complet de treball d'un trepant neumàtic que avança ràpid, trepana lent i retrocedeix ràpid: quines vàlvules i regulacions farien possible cada etapa.

En un taller, la tija d'un cilindre de simple efecte surt amb normalitat en prémer, però torna molt a poc a poc en deixar anar. Analitza almenys tres causes possibles (fuites, molla cansada, vàlvula bruta...) i explica com comprovarien cadascuna.

Per accionar una premsa d'estampació mitjançant un cilindre pneumàtic, es proposa un circuit elemental amb un polsador manual que commuta una vàlvula monoestable: en prémer baixa la premsa i en deixar anar puja mitjançant una molla.

1. a) Justifica per què aquest disseny incompleix les normatives bàsiques de seguretat de les màquines industrials i quin element pneumàtic de lògica (vàlvula de simultaneïtat o vàlvula «I») s'ha d'incorporar obligatòriament per implementar un comandament bimanual de protecció de l'operari.
2. b) Dissenya el circuit millorat descrivint amb precisió quins components utilitzaries i com connectaries les línies de pressió entre els polsadors, la vàlvula lògica i l'actuador.
3. c) Prediu què passaria si l'operari intenta pontejar el sistema blocant permanentment un dels dos polsadors amb una abraçadora i raona quina condició addicional de sincronisme exigeix la seguretat industrial moderna.

Una oficina tècnica ha de triar el sistema d'accionament (elèctric o pneumàtic) per a dues aplicacions industrials diferents en una fàbrica:

1. Un braç robòtic de posicionament per acoblar microcomponents, que requereix una precisió de 0,1 mm i mantenir cotes intermèdies fixes amb rigidesa.

2. Un empenyedor per a una zona d'envasament en un molí fariner, on l'ambient presenta pols combustible en suspensió i els paquets poden encallar-se sovint contra el topall mecànic.

Per a cadascuna de les dues aplicacions, determina quina de les dues tecnologies has de triar i justifica la teva decisió analitzant: precisió de posicionament, comportament davant del bloqueig per sobrecàrrega mecànica i risc d'ignició en atmosferes explosives.

Dissenya amb paraules un circuit en què dos cilindres es moguin alhora accionats per un únic polsador. Analitza quin problema de sincronització pot aparèixer si l'un carrega més pes que l'altre i com es podria mitigar.

Un operari observa el circuit pneumàtic representat a la figura i afirma que, en la posició de repòs dibuixada, la tija del cilindre es quedarà en un punt intermedi perquè l'aire comprimit entra simultàniament per totes dues cambres i les pressions s'equilibren.

1. a) Rebat raonadament l'afirmació de l'alumne: identifica la vàlvula marcada amb ? (nombre de vies, nombre de posicions i tipus d'accionament/retorn) i dedueix en quina posició exacta es trobarà la tija abans d'accionar el polsador.
2. b) Descriu la seqüència completa de funcionament: explica què passa a cada cambra del cilindre mentre es manté premut el polsador i què succeeix exactament en l'instant en què es deixa de prémer.
3. c) Si la càrrega impulsada avança amb una acceleració excessiva i colpeja el final de cursa, indica quin component auxiliar has d'instal·lar, en quina canonada concreta el col·locaries i en quin sentit per regular únicament la velocitat d'avanç sense alentir el retrocés.

En una màquina pneumàtica de termosolPackaging / termosoldadura, la tija d'un cilindre de doble efecte ha de baixar en prémer breument un polsador, mantenir la pressió contra la làmina de plàstic durant exactament 3,0 s i retrocedir automàticament sense que l'usuari toqui cap altre comandament.

1. a) Justifica per què una vàlvula biestable convencional accionada per dos polsadors manuals no soluciona aquesta especificació.
2. b) Dissenya el circuit descrivint el funcionament d'un temporitzador pneumàtic retardat a la connexió: explica quins tres elements el componen (vàlvula estranguladora unidireccional, dipòsit o acumulador i vàlvula 3/2 pilotada pneumàticament) i quin és el principi físic que genera el retard temporal.
3. c) Prediu què li passaria al temps de segellat si la pressió de la xarxa cau bruscament de 6,0 bar a 3,5 bar mantenint el mateix ajust al caragol de l'estrangulador. Justifica la teva resposta.

En una fàbrica de pintures i dissolvents inflamables (ambient classificat amb risc de deflagració), es comparen actuadors pneumàtics i elèctrics per a la comporta de dosificació de pigments.

1. a) Si la comporta pateix un bloqueig mecànic imprevist per compactació del material, prediu i compara què passarà físicament amb un motor elèctric convencional i amb un cilindre pneumàtic si tots dos continuen rebent subministrament d'energia durant uns quants minuts (analitza temperatura interna, consum de potència i risc d'incendi).
2. b) Explica per què l'ús de vàlvules pilotades pneumàticament elimina el perill inherent als relés i contactors elèctrics en aquest entorn.
3. c) Malgrat els seus avantatges, l'aire comprimit que circula a gran velocitat per canonades plàstiques aïllants pot suposar un risc d'explosió. Explica quin fenomen físic es produeix i quina mesura tècnica s'ha d'adoptar a la instal·lació per neutralitzar-lo.

La xarxa d'aire comprimit d'un taller escolar proveeix sis llocs de treball. Després d'un mes de funcionament sorgeixen tres avaries greus: arriba aigua condensada a l'interior de les vàlvules rovellant les corredisses, la pressió cau fortament quan tres llocs operen alhora i el nivell de soroll a l'aula supera els límits admissibles.

En inspeccionar la instal·lació es comprova que:

• La canonada principal es va muntar totalment horitzontal i les derivacions cap als llocs surten de la seva part inferior.

• No hi ha purga de condensats intermèdies.

• Només hi ha una unitat de manteniment (FRL) centralitzada a la sortida del compressor i cap als llocs.

• Les fuites de les vàlvules descarreguen directament a l'aire ambient.

1. a) Explica la causa termodinàmica de l'aparició d'aigua i justifica com s'ha de modificar el traçat de la canonada general (pendent longitudinal i disseny en coll de cigne de les preses) per evacuar l'aigua líquida.
2. b) Justifica quins elements auxiliars concrets s'han d'incorporar a les fuites i a cada lloc individual de treball per solucionar els problemes de fluctuació de pressió i contaminació acústica.