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Autor: Jose Mari Fernández Bernal
I.E.S. Canciller Ayala-Gregorio Marañon
Laudio
http://www.euskalnet.net/j.m.f.b./
Unidad Didáctica:
Neumática Básica
1.- Descripción:
La neumática es una fuente de energía de
fácil obtención y tratamiento para el control de máquinas y otros elementos
sometidos a movimiento. La generación , almacenaje y utilización del aire
comprimido resultan relativamente baratos y además ofrece un índice de
peligrosidad bajo en relación a otras energías como la electricidad y los
combustibles gaseosos o líquidos. Ofrece una alternativa altamente segura en
lugares de riesgo de explosión por deflagración, donde otras energías suponen
un riesgo importante por la producción de calor, chispas, etc.
Por estas ventajas las instalaciones de
aire comprimido son ampliamente usadas en todo tipo de industrias, incluso en
todo tipo de transporte, aéreo, terrestre y marítimo.
La didáctica de este campo normalmente
está reservada a cursos superiores y de claro índole técnico, sin embargo, la
cotidianeidad con la que se presenta en la vida del alumn@ ( puertas,
transportes, martillos neumáticos, etc...) hace que se proponga esta unidad
didáctica sobre neumática básica. En ella se trabajan conceptos tecnológicos
perfectamente asimilables por el alumn@ de Enseñanza Secundaria Obligatoria
pues el grado de su dificultad de comprensión es similar al de los
conocimientos del campo de la electricidad.
2.- Objetivos
didácticos:
Se pretende fundamentalmente que:
Aborden individualmente y en grupos la solución a un
problema tecnológico, diseñando y analizando las distintas soluciones de forma
creativa y evaluando su idoneidad desde distintos puntos de vista.
Afianzamiento en las operaciones básicas del taller de
tecnología: Trazar, cortar, clavar, pegar, soldar,...
Introducción a las fases del proyecto tecnológico y
observación de la importancia de la aportación de cada integrante del grupo
para un proyecto más complejo.
Sensibilizar al alumn@ sobre la importancia de la precisión
en mediciones y su aplicación en la construcción del proyecto.
Sensibilizar al alumn@ ante la escasez de materias primas y
reconocer las posibilidades de uso de materiales reciclados en la construcción
del proyecto.
Planificar el proyecto tecnológico anticipando los recursos
materiales y humanos necesarios.
Buscar un equilibrio entre los factores estéticos y
funcionales.
Valorar la importancia que tiene el respeto a la diversidad
de ideas en un proceso de trabajo en equipo como medio de enriquecimiento mutuo
y del proceso en sí.
Conocer las propiedades y cualidades físicas y/o estéticas
de los materiales.
Adquirir y respetar las normas de seguridad e higiene.
Adquirir y utilizar el vocabulario adecuado.
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Conceptuales |
Procedimentales |
Actitudinales |
· Conocer que es el aire comprimido, cómo se
genera , utilidades,...
· Interpretar la simbología empleada en la
representación de circuitos neumáticos.
· Conocer los diferentes tipos de cilindros:
De simple efecto,de doble efecto.
· Conocer las diferentes clases de válvulas
y los usos más adecuados para cada una de ellas.
· Identificar el esquema básico de un
sistema de control neumático.
· Conocer el accionamiento automático de un
cilindro con finales de carrera.
· Y, en general, conocer los diferentes
elementos que forman parte de un circuito neumático básico que les
posibilite la realización de un pequeño proyecto: Regiladores de
caudal, válvulas final de carrera, selectores de circuitos o válvula
"Ó", válvula "Y",electroválvula, etc...
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· Dibujar con corrección objetos en
perspectiva.
· Prever anticipadamente los materiales y
herramientas que van a ser necesarios en la construcción del proyecto.
· Emplear adecuadamente la simbología en la
representación de circuitos eléctricos y neumáticos.
· Utilizar correctamente los materiales y
herramientas para construir dispositivos eléctricos y operadores
mecánicos sencillos.
· Utilizar la terminología adecuada para la
descripción de sistemas técnicos.
· Planificar y confeccionar la memoria.
· Utilizar la representación gráfica para
interpretar el funcionamiento del objeto construido.
· Identificar y analizar el proceso de
construcción de objetos tecnológicos.
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· Cooperar en la superación de dificultades
dentro del grupo de trabajo, colaborando con l@s dem@s de forma
solidaria.
· Valorar el acabado y la originalidad en la
construcción del objeto técnico.
· Mostrar interés por las aplicaciones sobre
el modo de resolver dificultades técnicas surgidas en otros grupos.
· Asumir la responsabilidad en su grupo de
trabajo.
· Reconocer la importancia de la
organización en el grupo.
· Incorporar nuevos conocimientos y
terminología al elaborar y presentar documentos técnicos.
· Valorar la limpieza en los documentos
técnicos y en su mesa de trabajo.
· Interés por resolver problemas de modo
autónomo.
· Confiar en su propia capacidad para la
resolución de problemas.
· Realizar correctamente los trabajos
encomendados en el aula.
· Valorar el cuidado y el buen
aprovechamiento tanto de herramientas como de materiales.
· Valorar la importancia del ahorro y
reciclaje de los materiales.
· Toma de conciencia de los peligros que
conlleva el uso de herramientas y materiales.
· Valoración y satisfacción ante el trabajo
bien hecho.
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3.- Propuesta de trabajo:
L@s alumn@s deberán diseñar y construir un artilugio movido
por aire comprimido, por ejemplo una puerta accionada neumáticamente, una
remachadora, grapadora, brazo neumático, etc..
Condiciones:
Ell@s mism@s deberán construir los cilindros.
Las válvulas les serán facilitadas ( no deberán
construirlas ell@s ). Aunque deberán conocer su funcionamiento,
hacer su representación gráfica a la hora de hacer el diseño, y
experimentar con ellas antes de la realización del prototipo.
Durante toda la fase de diseño, construcción, etc...
deberán l@s alumn@s tener al día la "Hoja del desarrollo del
proyecto".
Al final de la fase de diseño y antes de empezar a
construir, habrá que presentar documentos que acrediten que se han seguido
las distintas fases previas a la construcción. No será necesario que tengan
una presentación definitiva. Estos documentos se utilizarán para realizar el
informe final.
L@s alumn@s deberán formar grupos de trabajo (+/- 4 alumn@s
) deberán trabajar junt@s y en colaboración.
Deberán describir el problema, buscar información en
libros, revistas,...
Cada miembro del grupo deberá aportar una o varias
soluciones que contemplen las condiciones del problema, dibujar
individualmente bocetos de esas soluciones para describirlas. Después se
realizará una puesta en común para elegir la mejor solución o una mezcla de
varias
Deberán planificar la construcción, repartiendo el
trabajo entre todos los miembros del grupo. Prever la utilización de las
diferentes herramientas.
Construcción del prototipo realizando las variantes
necesarias para que funcione mejor.
Se realizará la memoria final del proyecto.
4.-Materiales
Kit de construcción de cilindros, en su defecto pueden ser
sustituidos por jeringuillas que más artesanalmente pueden demostrar si el
aparato construido funciona.
Madera
Plastico.
Operadores neumáticos (Valvulas...Alecop, etc...)
Compresor electrico, o en su defecto manual.
Tubos para la conducción del aire comprimido.
Herramientas habituales en el aula de tecnología.
Material normal del aula taller: Tuercas, tornilos, etc...
/.../
5.- Actividades Previas:
Dentro de este apartado l@s alumn@s deberán
investigar, analizar, montar los diferentes circuitos, provar su funcionamiento
y sacar sus conclusiones.
Compresor: Aparato que sirve para comprimir un fluido,
generalmente aire, a una presión dada. Existen dos categorías, las máquinas
volumétricas (aumento de presión por reducción de volumen), y los
turbocompresores (el aire arrastrado por una rueda móvil adquiere cierta
velocidad, que se traduce en un aumento de presión en la rueda y en el difusor
de salida).
El compresor de
pistón o de émbolo es el más antiguo y extendido, se emplea exclusivamente
para presiones elevadas.
En la primera carrera del émbolo, el aire es aspirado a una presión p1
y el volumen aspirado varía de 0 a V1.
Al retroceder el émbolo, este aire es comprimido pasando de la presión p1
a la presión p2, y su volumen varía de V1 a V2.
En la segunda parte o fase de la carrera el aire es expelido a presión p2.
Debido al trabajo de compresión, que desprende gran cantidad de calor, debe
refrigerarse.
Para presiones muy elevadas, se procede en varias fases, realizándose en
cada una un coeficiente de compresión del orden de 6 a 7.
El compresor a émbolos libres del sistema Pescara comprende un motor diesel
de dos tiempos, con dos émbolos opuestos, cada uno de los cuales está unido
rígidamente a un pistón compresor. Por una de sus caras, este último impele
el aire comprimido útil. El volumen de aire comprimido que queda en el
cilindro, al final de la carrera forma un colchón neumático y provoca el
retroceso.
Por su otra cara, el pistón compresor, durante la carrera motriz, aspira
aire atmosférico que, en el retroceso, y merced al empuje del colchón
neumático citado, impele hacia el motor; es el aire de barrido y el aire
comburente del motor.
2.-FUNCIONAMIENTO DE UN CIRCUITO VÁLVULA – CILINDRO
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Esquema: |
Explicación |
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Una válvula de tres orificios es un interruptor empleado para
controlar el flujo de aire. El tipo que se ve en la figura tiene el
componente denominado conjunto rotor, que se mueve dentro de la
válvula cuando se pulsa o se suelta el botón. Su función es dirigir
el flujo de aire por la válvula.
Cuando se pulsa el botón, se deja pasar el aire comprimido del suministro
de la tubería 1 a la tubería 2 (que está conectada al cilindro).
Un cilindro de accionamiento único
usa aire comprimido para
producir movimiento y fuerza. Tiene un pistón que puede deslizarse
"hacia arriba" y "hacia abajo". Un muelle hace subir
al pistón dentro del cilindro. Sin embargo, cuando la válvula se
acciona, como se muestra en el dibujo, el aire comprimido entra en el
cilindro y le obliga a bajar su émbolo. El aire del otro lado sale por el
orificio de escape.
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3.- VÁLVULA DE TRES VÍAS Y DOS POSICIONES (3/2)
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Explicación |
Esquema |
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Mira la mitad inferior del símbolo, y no tengas en cuenta la mitad
superior.
Observa que el símbolo muestra la vía 1 bloqueada, pero las vías 2 y
3 están conectadas, como en la válvula real.
Ahora no tengas en cuenta la mitad inferior del símbolo e imagina que
cuando se pulsa el botón, la parte superior del símbolo se desliza por
la mitad inferior, como se ve en el dibujo.
Esto indica que los orificios de la válvula real están conectados
cuando se pulsa el botón.
La mitad inferior del símbolo indica las conexiones dentro de la
válvula cuando no se pulsa el botón, y la superior cuando se pulsa |
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4.-Control Dual
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Esquema |
Explicación |
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A veces es necesario ser capaz de accionar una máquina
desde más de una posición. El circuito de este dibujo funciona de esta
forma. El cilindro de accionamiento único se puede activar pulsando el
botón A o el B. El circuito, no obstante, tiene que contener una válvula
de doble efecto. |
5.-Válvula de doble efecto y conector en T
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Esquema |
Explicación |
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La válvula de doble efecto tiene tres orificios, y
contiene un pequeño pistón de caucho que se mueve libremente dentro de
la válvula.
Si el aire entra por un orificio, el pistón es
empujado a la posición contraria y el aire no podrá salir por allí. Si
la válvula de doble efecto del circuito anterior se sustituyera por un
conector tipo T, el circuito no funcionaría. Ni la válvula A ni la B
podrían utilizarse para activar el cilindro. |
6.-FUERZAS EN UN CILINDRO DE ACCIONAMIENTO DOBLE
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Esquema |
Explicación |
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La fuerza producida por un cilindro de accionamiento
doble en el sentido que consideramos positivo, no es igual a la fuerza que
produce en el sentido negativo. Esto puede explicarse mirando el pistón
del cilindro y recordando que: F = p . S
Observa que las superficies de las caras
"frontal" y "posterior" del pistón no son iguales. La
biela del pistón reduce el área de la cara "posterior". Así
que aunque la presión del aire en ambos lados del pistón sea la misma,
la fuerza producida será menor para un pistón en sentido negativo. |
7.-Válvula de 5 vías y dos posiciones
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Esquema |
Explicación |
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No tengas en cuenta la mitad superior del símbolo
durante un momento. La mitad inferior indica las conexiones dentro de la
válvula cuando la palanca está en una posición determinada.
Ahora no tengas en cuenta la mitad inferior del
símbolo, e imagina que cuando se mueve la palanca a la otra posición, la
mitad superior del símbolo se desliza sobre la mitad inferior. Esto
indica las conexiones que hay ahora dentro de la válvula.
Observa que aparece un símbolo de "palanca"
en ambos extremos del símbolo de la válvula de cinco orificios o vías.
Esto es algo confuso: solamente hay, por supuesto, una palanca en la
válvula real. |
8.-VÁLVULA 5/2 ACCIONADA POR NEUMÁTICA
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Uno de los peligros asociados con el equipo neumático
son las presiones tan altas que a veces se usan. Por ejemplo, el aire a
presión elevada que sale por una tubería sin fijar, hace que la tubería
"dé latigazos" violentamente. Esto puede provocar daños. En la
industria, para mantener a los empleados alejados del peligro, se utiliza
el sistema representado en el esquema. El cilindro puede funcionar a muy
alta presión y los controles de las válvulas pueden ser a presión baja.
Si el aire entra a la válvula 5/2 por la izquierda,
las conexiones dentro de la válvula serán como están representadas en
la parte izquierda. Si el aire entra a la válvula 5/2 por la derecha, las
conexiones dentro de la válvula serán como están representadas en la
parte derecha. |
9.-FUNCIONAMIENTO DE UN CIRCUITO CON VÁLVULA 5/2
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Además de los dos cilindros de doble efecto se usan en
este esquema una válvula 5/2 y un regulador de caudal o de flujo. La
válvula 5/2 es accionada por una palanca.
Cuando el conjunto rotor está en la posición indicada
en el diagrama 1, el aire comprimido pasa por la válvula entre los
orificios 1 y 2, y el aire hace que los pistones "salgan". El
aire aprisionado debajo de los pistones sale por las tuberías y por la
válvula saliendo a la atmósfera por el orificio 5.
Cuando la palanca se desplaza a la otra posición, el
conjunto rotor sube, como se ve en el diagrama 2.
Ahora, sigue el flujo del aire del diagrama, y verás
que los pistones "entran". El aire aprisionado encima de los
pistones sale. |
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10.-REGULADOR DE CAUDAL O DE FLUJO
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Las válvulas estranguladoras con retención, conocidas
como válvulas reguladoras de velocidad, son híbridas. Desde el punto de
vista de la estrangulación son válvulas de flujo y como tales se las
emplea en neumática. La función de retención les hace ser al mismo
tiempo una válvula de bloqueo.
El regulador de flujo se alimenta con aire del
suministro. Dicho regulador emite un flujo de aire controlado en una
conexión en T. Una tubería de esta conexión se conecta a la válvula
accionada por diafragma y la otra se deja abierta para que salga aire a la
atmósfera.
Cuando la tubería de toma de aire es bloqueada por la
rueda de un vehículo, la presión aumenta en la tubería y la válvula
accionada por diafragma se activa, y el aire comprimido entra en el
pistón. |
11.-VÁLVULA ANTIRRETORNO
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Son aquellas que impiden el paso del aire en un sentido
y lo dejan libre en el contrario. Tan pronto como la presión de entrada
en el sentido de paso aplica una fuerza superior a la del resorte
incorporado, abre el elemento de cierre del asiento de la válvula. |
12.-VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD
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Se utiliza para los equipos de enclavamiento y para los
equipos de control. Tiene dos entradas P1 y P2 y una salida A. La señal
de salida sólo está presente si lo están las dos señales de entrada.
En el caso de una diferencia en el tiempo de las
señales de entrada, pasa a la salida la de presión más baja.
Siempre hay una entrada bloqueada. |
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13.-CIRCUITO DE CONTROL AUTOMÁTICO
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Este circuito funciona automáticamente porque el pistón acciona su
propia válvula de control (C) al activar las válvulas de mando A y B en
cada extremo de su movimiento.
Mira el circuito e imagina que en ese momento el pistón se está
volviendo positivo. Cuando sea completamente positivo, el pistón activa
la válvula A, que envía una señal de aire para activar la válvula C
(que conecta el orificio 1 con el orificio 2). Por tanto, el pistón
enseguida empieza a volverse negativo hasta que se activa la válvula B.
Entonces, la válvula B envía una señal de aire para activar la válvula
C (que conecta el orificio 1 con el 4) y el pistón empieza a volverse
positivo de nuevo, y de esta forma el ciclo se repite mientras se mantenga
el suministro de aire.
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14.-CIRCUITO DE CONTROL AUTOMÁTICO
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Este circuito funciona automáticamente porque el pistón acciona su
propia válvula de control (C) al activar las válvulas de mando A y B en
cada extremo de su movimiento.
Mira el circuito e imagina que en ese momento el pistón se está
volviendo positivo. Cuando sea completamente positivo, el pistón activa
la válvula A, que envía una señal de aire para activar la válvula C
(que conecta el orificio 1 con el orificio 2). Por tanto, el pistón
enseguida empieza a volverse negativo hasta que se activa la válvula B.
Entonces, la válvula B envía una señal de aire para activar la válvula
C (que conecta el orificio 1 con el 4) y el pistón empieza a volverse
positivo de nuevo, y de esta forma el ciclo se repite mientras se mantenga
el suministro de aire.
Mira el circuito e imagina que en este momento el pistón A se está
volviendo positivo (está saliendo el vástago).
PROBLEMA:
1º - Explica cómo funciona este circuito secuencial.
2º - ¿Dónde colocarías una válvula de
"encendido-apagado" en este circuito para que cuando el circuito
estuviera desconectado, los dos pistones volvieran y se pararan en sus
posiciones negativas?
3º - Describe cómo podría hacerse que este sistema se desconectara
automáticamente cuando el suministro de bloques de madera se agotara.
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6.- METODOLOGÍA
Se empleará una metodología activa y participativa en el descubrimiento y
experimentación con los materiales que vamos a emplear.
La línea de desarrollo de esta unidad didáctica estará marcada por las
diferentes fases del método de proyectos:
FASE I. INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA (INTENCIÓN).
En este punto:
1. - Se realizarán:
Las actividades de repaso
Las actividades de motivación
2. - Se debatirán y consensuarán con l@s alumn@s:
L@s integrantes de los grupos que realizarán el proyecto.
Los tiempos que se emplearán en cada fase
Los espacios adecuados para cada fase.
Fecha de finalización del proyecto
Los criterios de evaluación que responderán a los objetivos previstos.
FASE II.- BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN Y DISEÑO (PREPARACIÓN)
Cada grupo:
Buscará información tanto en los libros de texto del taller, biblioteca,
revistas o consultas a otras personas sobre la propuesta de trabajo hecha para
esta unidad.
Harán un boceto que responda a la propuesta
Debatirán sobre el boceto que mejor se adapte a las posibilidades
Harán una relación de los materiales necesarios (plástico, madera,
poleas, reductoras, correas de transmisión, etc...) elaborando un listado que
distinga entre los materiales que hay en el aula taller y los que sean
necesarios adquirir, señalando el costo de los mismos.
Harán una relación de las herramientas que tengan que utilizar
(taladradora, soldador, corta plásticos, ...) así como de las normas de
seguridad en la utilización de cada una de ellas.
FASE III.- REALIZACIÓN DEL PROYECTO (EJECUCIÓN)
El grupo decidirá el proyecto definitivo.
Se realizarán los gráficos necesarios para su ejecución.
Se planificará la tarea que debe realizar cada integrante del grupo, así
como los momentos de la puesta en común para comprobar la correcta ejecución
de cada parte.
Montarán el proyecto completo.
FASE IV.- COMPROBACIÓN, EXPOSICIÓN Y EVALUACIÓN (APRECIACIÓN)
Una vez montado el proyectol se comprobará su correcto funcionamiento. En
caso de que no funcione habría que revisar el proyecto completo.
El grupo realizará un INFORME TÉCNICO indicando los aciertos y las
dificultades encontradas en cada fase del proyecto.
Con la participación de cada uno de los miembros del grupo dará cuenta al
resto de la clase de todo el proyecto haciendo hincapié en el informe técnico.
7.- EVALUACIÓN DEL ALUMN@
La evaluación será continua, teniendo en cuenta la situación inicial del
alumn@ así como las dificultades de l@s alumn@s con dificultades especiales y
de diversificación curricular.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN:
Serán conocidos por l@s alumn@s desde la FASE I del proyecto.
Analizar objetos (forma, dimensiones, materiales, etc...) que sean
necesarios para la realización del proyectol.
Abordar de manera ordenada y metódica las tareas necesarias para el
correcto funcionamiento del proyectol.
Organizar con precisión los recursos necesarios.
Elaborar y aplicar normas sobre la seguridad personal y colectiva, salud e
higiene.
Cooperar en las tareas que tiene que realizar cada grupo.
Valorar el clima de satisfacción que produce el ser capaz de resolver
individual o colectivamente problemas prácticos enfrentándose a las
dificultades que surgen durante el proceso.
Participar en el grupo y respetar las ideas de cada un@ de l@s componentes
del grupo.
DATOS:
Los datos correspondientes se tomarán de:
Seguimiento y análisis de cada una de las fases del método de proyectos.
Observaciones del grupo e individuales.
Cuaderno del alumn@, informes y memorias.
8.- EVALUACIÓN DE LA UNIDAD.
Una vez terminadas todas las fases del proyecto y viendo el proceso seguido
en su globalidad se hará un informe anotando los siguientes aspectos:
Objetivos que se han cumplido.
Objetivos que no se han cumplido y por qué.
Posibles mejoras para el curso siguiente.
Informe sobre la valoración de este proyecto tanto en l@s alumn@s con
dificultades especiales como en l@s de diversificación curricular, apuntando
también las mejoras necesarias y el grado de dificultad encontrado.
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