Ejercicios: Circuitos neumáticos

Explica qué es la neumática y nombra dos aparatos o máquinas de la vida cotidiana que funcionen con aire comprimido, indicando qué movimiento realiza cada uno.

Nombra los elementos básicos de un circuito neumático sencillo y explica con una frase qué función cumple cada uno.

En el esquema de la figura hay un elemento marcado con ?. Indica qué elemento es, qué función cumple y describe qué le ocurre al vástago del cilindro cuando se acciona y cuando se suelta.

Nombra tres máquinas o servicios de tu entorno que usen aire comprimido (consultorio del dentista, gasolinera, obra de la calle...) y explica qué trabajo realiza la neumática en cada uno.

Explica qué es un compresor y por qué todo circuito neumático necesita una fuente de aire comprimido (compresor o botella) para funcionar.

Explica qué es el vástago de un cilindro neumático y qué tipo de movimiento realiza. Dibuja o describe un cilindro señalando cuerpo, émbolo, vástago y muelle (si lo tiene).

Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Explica qué es un escape de aire en una válvula neumática y razona por qué una fuga de aire «ensucia» menos el entorno que una fuga de aceite en un circuito hidráulico.

Diferencia neumática e hidráulica: qué fluido emplea cada una y una ventaja característica de cada tecnología.

Explica la diferencia entre un cilindro de simple efecto y uno de doble efecto, y describe qué se observa al soltar el pulsador en cada uno de ellos.

Ordena el recorrido del aire en este circuito: cilindro, compresor, válvula de control. Después, razona por qué la válvula se coloca entre la fuente de aire y el cilindro y no después de este.

La puerta de un camión se abre y se cierra con un cilindro neumático que debe empujar en los dos sentidos. Explica qué tipo de cilindro y qué tipo de válvula necesita, y por qué no serviría un cilindro de simple efecto con retorno por resorte controlado por una válvula 3/2.

Antes del circuito suele colocarse una unidad de mantenimiento (filtro, regulador de presión y lubricador). Explica qué hace cada una de sus tres partes y qué les ocurre a las válvulas si el aire llega sucio o con la presión descontrolada.

Un cilindro de doble efecto se controla con una válvula 5/2. Explica con tus palabras qué significan esos dos números (cinco vías, dos posiciones) y cómo consigue la válvula que el vástago salga y entre.

Una válvula reguladora de caudal se instala en la línea de un cilindro. Explica para qué sirve regular el caudal de aire y en qué se nota en el movimiento del vástago; pon un ejemplo donde interese un movimiento lento.

Un circuito con cilindro de simple efecto no retrocede al soltar el pulsador, y el muelle está en perfecto estado. Razona qué otro elemento puede estar fallando (piensa en por dónde sale el aire de la cámara) y cómo comprobarlo.

Describe, ordenándolo por etapas, el ciclo completo de trabajo de una taladradora neumática que avanza rápido, taladra lento y retrocede rápido: qué válvulas y regulaciones harían posible cada etapa.

En un taller, el vástago de un cilindro de simple efecto sale con normalidad al pulsar, pero vuelve muy despacio al soltar. Analiza al menos tres causas posibles (fugas, muelle cansado, válvula sucia...) y explica cómo comprobarías cada una.

Para accionar una prensa de estampación mediante un cilindro neumático, se propone un circuito elemental con un pulsador manual que conmuta una válvula monoestable: al pulsar baja la prensa y al soltar sube mediante muelle.

1. a) Justifica por qué este diseño incumple las normativas básicas de seguridad de las máquinas industriales y qué elemento neumático de lógica (válvula de simultaneidad o válvula «Y») debe incorporarse obligatoriamente para implementar un mando bimanual de protección del operario.
2. b) Diseña el circuito mejorado describiendo con precisión qué componentes utilizarías y cómo conectarías las líneas de presión entre los pulsadores, la válvula lógica y el actuador.
3. c) Predice qué ocurriría si el operario intenta puentear el sistema bloqueando permanentemente uno de los dos pulsadores con una abrazadera y razona qué condición adicional de sincronismo exige la seguridad industrial moderna.

Una oficina técnica debe elegir el sistema de accionamiento (eléctrico o neumático) para dos aplicaciones industriales distintas en una fábrica:

1. Un brazo robótico de posicionamiento para ensamblar microcomponentes, que requiere una precisión de 0.1 mm y mantener cotas intermedias fijas con rigidez.

2. Un empujador para una zona de envasado en un molino harinero, donde el ambiente presenta polvo combustible en suspensión y los paquetes pueden atascarse con frecuencia contra el tope mecánico.

Para cada una de las dos aplicaciones, determina cuál de las dos tecnologías debes elegir y justifica tu decisión analizando: precisión de posicionamiento, comportamiento frente al bloqueo por sobrecarga mecánica y riesgo de ignición en atmósferas explosivas.

Diseña con palabras un circuito en el que dos cilindros se muevan a la vez accionados por un único pulsador. Analiza qué problema de sincronización puede aparecer si uno carga más peso que el otro y cómo podría mitigarse.

Un operario observa el circuito neumático representado en la figura y afirma que, en la posición de reposo dibujada, el vástago del cilindro se quedará en un punto intermedio porque el aire comprimido entra simultáneamente por ambas cámaras y las presiones se equilibran.

1. a) Rebate razonadamente la afirmación del alumno: identifica la válvula marcada con ? (número de vías, número de posiciones y tipo de accionamiento/retorno) y deduce en qué posición exacta se encontrará el vástago antes de accionar el pulsador.
2. b) Describe la secuencia completa de funcionamiento: explica qué ocurre en cada cámara del cilindro mientras se mantiene apretado el pulsador y qué sucede exactamente en el instante en que se deja de pulsar.
3. c) Si la carga impulsada avanza con una aceleración excesiva y golpea el final de carrera, indica qué componente auxiliar debes instalar, en qué tubería concreta lo colocarías y en qué sentido para regular únicamente la velocidad de avance sin ralentizar el retroceso.

En una máquina neumática de termosellado, el vástago de un cilindro de doble efecto debe descender al presionar brevemente un pulsador, mantener la presión contra la lámina de plástico durante exactamente 3.0 s y retroceder automáticamente sin que el usuario toque ningún otro mando.

1. a) Justifica por qué una válvula biestable convencional accionada por dos pulsadores manuales no soluciona esta especificación.
2. b) Diseña el circuito describiendo el funcionamiento de un temporizador neumático retardado a la conexión: explica qué tres elementos lo componen (válvula estranguladora unidireccional, depósito o acumulador y válvula 3/2 pilotada neumáticamente) y cuál es el principio físico que genera el retardo temporal.
3. c) Predice qué le ocurriría al tiempo de sellado si la presión de la red cae bruscamente de 6.0 bar a 3.5 bar manteniendo el mismo ajuste en el tornillo del estrangulador. Justifica tu respuesta.

En una fábrica de pinturas y disolventes inflamables (ambiente clasificado con riesgo de deflagración), se comparan actuadores neumáticos y eléctricos para la compuerta de dosificación de pigmentos.

1. a) Si la compuerta sufre un bloqueo mecánico imprevisto por apelmazamiento del material, predice y compara qué ocurrirá físicamente con un motor eléctrico convencional y con un cilindro neumático si ambos continúan recibiendo suministro de energía durante varios minutos (analiza temperatura interna, consumo de potencia y riesgo de incendio).
2. b) Explica por qué el uso de válvulas pilotadas neumáticamente elimina el peligro inherente a los relés y contactores eléctricos en este entorno.
3. c) A pesar de sus ventajas, el aire comprimido que circula a gran velocidad por tuberías plásticas aislantes puede suponer un riesgo de explosión. Explica qué fenómeno físico se produce y qué medida técnica debe adoptarse en la instalación para neutralizarlo.

La red de aire comprimido de un taller escolar abastece a seis puestos de trabajo. Tras un mes de funcionamiento surgen tres averías graves: llega agua condensada al interior de las válvulas oxidando las correderas, la presión cae fuertemente cuando tres puestos operan a la vez y el nivel de ruido en el aula supera los límites admisibles.

Al inspeccionar la instalación se comprueba que:

• La tubería principal se montó totalmente horizontal y las derivaciones hacia los puestos salen de su parte inferior.

• No existen purgas de condensado intermedias.

• Solo existe una unidad de mantenimiento (FRL) centralizada a la salida del compresor y ninguna en los puestos.

• Los escapes de las válvulas descargan directamente al aire ambiente.

1. a) Explica la causa termodinámica de la aparición de agua y justifica cómo debe modificarse el trazado de la tubería general (pendiente longitudinal y diseño en cuello de cisne de las tomas) para evacuar el agua líquida.
2. b) Justifica qué elementos auxiliares concretos deben incorporarse en los escapes y en cada puesto individual de trabajo para solucionar los problemas de fluctuación de presión y contaminación acústica.