Este documento trata sobre esquemas neumáticos. Explica que la neumática estudia y aplica el aire comprimido en la automatización industrial. También describe que la fuerza neumática puede realizar funciones de forma más rápida, regular y durante más tiempo que la fuerza humana. Finalmente, resume los elementos básicos de un circuito neumático como el compresor, las válvulas de control y los actuadores.
1. ESQUEMAS
NEUMÁTICOS
POR
ING. ALEJANDRO ORLANDO HUAPAYA BAUTISTA
2. Neumática proviene de la palabra griega
“Pneuma” que significa “abierto” o “soplo”.
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3. La neumática es la técnica que se dedica
al estudio y aplicación del aire comprimido
(aire a presión) en la automatización de
los distintos campos de la fabricación.
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4. En la actualidad, la necesidad de
automatizar la producción no afecta
únicamente a las grandes y medianas
empresas, sino también a las pequeñas y
micros empresas dedicadas al sector
industrial.
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5. La industria artesanal se ve obligada a
desarrollar métodos de producción
racionales que excluyan el trabajo manual
y no dependan de la habilidad humana.
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6. La fuerza muscular y la habilidad humana
deben sustituirse por la fuerza y precisión
mecánica.
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7. La “fuerza neumática” puede realizar
muchas funciones mejor y más
rápidamente, de forma más regular y
sobre todo durante más tiempo sin sufrir
los efectos de la fatiga.
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8. Relación entre los costos de trabajo
obtenidos por diferentes formas de
energía:
ELÉCTRICA HIDRÁULICA NEUMÁTICA HUMANA
1 4 10 500
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10. • El aire no cuesta.
• La compresibilidad del aire permite
almacenar energía.
• La baja viscosidad del aire (produce
pocas pérdidas) permite que se puedan
usar velocidades de 10-40 m/s frente a
la hidráulica, 2-10 m/s.
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11. • Se pueden lograr altas velocidades en
los elementos de trabajo (hasta 3 m/s
en los cilindros.
• Debido a la compresibilidad del aire es
fácil controlar y evitar movimientos
bruscos.
• No requiere de tuberías de retorno
como en la oleohidráulica.
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12. • Se pueden hacer circuitos lógicos.
• Fácil regulación del caudal y de la
presión.
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14. • Por razones económicas se limita la
presión de trabajo hasta un máximo de
25 bares (normalmente se trabaja con
presiones máximas de 6-10 bares.
• Se pueden alcanzar fuerzas máximas
de hasta 30 000 N.
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15. • La baja viscosidad del aire hace que su
efecto de amortiguamiento sea baja.
• La energía portante del aire no se
puede usar en su mayor parte.
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16. • Se presentan problemas en la
instalación, como ruidos molestos,
fugas, condensación y formación de
hielo.
• El costo como energía es muy caro en
comparación con la eléctrica (es diez
veces más caro).
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26. • Fuente de energía o abastecimiento de
energía.
• Elementos auxiliares.
• Elementos emisores de señal o de
introducción.
• Elementos de mando o de control.
• Órganos de potencia, de ajuste o de
gobierno.
• Elementos de regulación.
• Elementos de accionamiento, de trabajo
o de maniobra.
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32. • V. distribuidoras, direccionales, de
distribución o de vías.
• V. de bloqueo, antirretorno o de retención.
• V. de presión.
• V. de flujo.
• V. de cierre o de estanqueidad.
• V. temporizadoras.
• Unidad de mantenimiento.
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34. Llamadas también direccionales, de
distribución o de vías, estas válvulas
controlan la dirección del flujo.
Son elementos de control que actúan
sobre el caudal, dándole el inicio,
deteniéndolo, cambiando su dirección,
distribuyéndolo o uniéndolo.
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36. La representación que se utiliza
corresponde a la norma ISO 1219.
Se trata de una representación que refleja
la función y el funcionamiento de las
válvulas de una manera significativa.
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37. Cada posición que puede adoptar una
válvula distribuidora se representa por
medio de un cuadrado.
El número de cuadrados yuxtapuestos
indica el número de posibles
POSICIONES de la válvula distribuidora.
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38. El funcionamiento de cada posición se
representa esquemáticamente en el
interior de cada casilla.
Las líneas representan los conductos
internos de la válvula. Las flechas, el
sentido exclusivo o prioritario de
circulación del fluido.
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39. Las posiciones de cierre dentro de las
casillas se representan mediante líneas
transversales.
AOHB 39
40. La unión de conductos internos se
representa mediante un punto.
AOHB 40
41. Las conexiones externas (entradas y
salidas) se representan por medio de
trazos unidos a la casilla que esquematiza
la posición de reposo inicial (VÍAS). Las
uniones con los actuadores figuran en la
parte superior y la alimentación de aire
comprimido y el escape en la inferior.
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42. Si la válvula es de tres posiciones, la
intermedia es, en principio, la de reposo.
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43. Por posición de reposo se entiende, en el
caso de válvulas con dispositivo de
reposición automática, aquella posición
que ocupa cuando sobre la válvula no se
ejerce ninguna acción.
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44. Los conductos de escape a través de un
conducto se representan con un triángulo
ligeramente separado del símbolo de la
válvula.
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45. Los conductos de escape sin empalme de
tubo, es decir cuando el aire se evacua
directamente a la atmósfera se
representan mediante un triángulo unido al
símbolo de la válvula.
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49. Las válvulas distribuidoras se designan
por su número de vías o conexiones con el
exterior y el de posiciones posibles,
separadas por una barra.
v/p
Número de vías Número de posiciones
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50. Por ejemplo, una válvula 3/2 significa que
tiene tres conexiones con el exterior (una
con un actuador, otra la alimentación y la
tercera el escape) y que puede ocupar dos
posiciones diferentes.
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51. Válvulas distribuidoras
Válvula 2/2 Válvula 3/2 Válvula 4/2 Válvula 5/2 Válvula 5/3
NA
NA
NC
NC
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66. Las válvulas pueden ser accionadas de
diferentes maneras, incluso pueden
accionarse de manera distinta en un
sentido u otro.
El accionamiento puede ser manual,
mecánico, neumático o eléctrico.
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67. El accionamiento manual se hace
mediante pulsador, palanca o pedal.
El mecánico se efectúa por medio de una
leva, muelle o rodillo; éste puede ser
normal o escamoteable, es decir si sólo
actúa cuando se desplaza el rodillo en un
sentido mientras que en el otro se retrae.
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68. En el accionamiento neumático se utiliza
aire comprimido del mismo circuito o de
otro auxiliar para maniobrar la posición de
la válvula.
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69. Generalmente se necesita una presión
mínima del aire (presión mínima de
pilotaje o de mando) para poder accionar
la válvula.
Dicha presión se especifica en los
catálogos en función de la presión de
trabajo del circuito.
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70. El accionamiento eléctrico se efectúa con
la fuerza que se provoca al hacer pasar
una corriente eléctrica alrededor de una
bobina con un núcleo de hierro
desplazable en su interior.
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71. El accionamiento eléctrico tiene muchas
ventajas frente al resto de accionamientos
y da lugar a una tecnología conocida como
Electroneumática.
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73. Los accionamientos se representan en las
líneas laterales de los cuadrados extremos
que simbolizan las válvulas, mediante un
pequeño símbolo.
En las siguientes diapositivas se
representan los más significativos.
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81. Llamadas también válvulas
antirretorno o de retención, son
aquellas que impiden el paso de aire
en un sentido y lo dejan libre en el
sentido contrario.
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82. Las más empleadas son las siguientes:
• Válvula de retención
• Válvula selectora (módulo O)
• Válvula estranguladora con retención
• Válvula de escape rápido
• Válvula de simultaneidad (módulo Y)
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84. Las válvulas antirretorno impiden el
paso absolutamente en un sentido,
mientras que en el sentido contrario
el aire circula con una perdida de
presión mínima.
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85. La obturación en un sentido puede
obtenerse mediante un cono, una
bola, un disco o una membrana que
apoya sobre un asiento.
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88. Permite el paso del aire cuando éste
procede de uno u otro conducto.
Esta válvula tiene dos entradas 12 y
14, y una salida.
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89. Cuando el aire comprimido entra por
la entrada 12, la bola obtura la
entrada 14, y el aire circula de 12
hacia 2.
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90. También cuando el aire llega por 14
se obtura la conexión 12 y pasa de
14 hacia 2.
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91. Por otra parte, cuando el aire
regresa, es decir procede de 2,
cuando se elimina el aire de un
cilindro o una válvula, la bola
permanece en la posición en que se
encontraba permitiendo su paso
hacia 12 ó 14.
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93. Esta válvula se denomina también
“elemento O (OR)”; aísla las señales
emitidas por dos válvulas de
señalización desde diversos lugares
e impide que el aire escape por una
segunda válvula de señalización.
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94. Se utiliza también cuando se desea
mandar un cilindro o una válvula de
gobierno desde dos o más puntos.
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98. Se trata de un válvula que evacua el
aire de manera rápida hacia la
atmósfera.
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99. Esta válvula permite elevar la
velocidad de los émbolos de los
cilindros.
Con ella se ahorran largos tiempos
de retorno, especialmente si se trata
de cilindros de simple efecto.
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100. La válvula tiene una conexión de
alimentación 1 y otra de escape 3,
que pueden cerrarse.
Cuando el aire procede de la
alimentación se cierra 3 y pasa
hacia 2.
Si el aire procede de 2 se cierra 1 y
el aire se dirige directamente a 3.
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101. Se recomienda montar esta válvula
directamente sobre el cilindro o lo
más cerca posible de éste con el fin
de mejorar su efecto.
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102. La velocidad de retorno del vástago
de un cilindro de simple efecto o la
de un cilindro de doble efecto en
cualquiera de sus dos sentidos
puede ser incrementada por medio
de una válvula de escape rápido.
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111. Esta válvula se denomina también
módulo “Y” o función lógica “AND”.
Se utiliza principalmente en mandos
de enclavamiento, funciones de
control y operaciones lógicas.
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112. Se emplea si se desea que un
cilindro sea maniobrado cuando se
reciban señales de aire comprimido
simultáneas desde dos puntos
diferentes.
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113. Es el caso que interesa por
cuestiones de seguridad, para que el
operario tenga ocupadas sus dos
manos al accionar un elemento que
pudiera dañarlas.
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115. Antiguamente llamadas válvulas de
caudal, ya que actúan de modo
preferente sobre el caudal.
La acción sobre el caudal (flujo), se
limita exclusivamente al caudal
circulante.
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120. Estas válvulas influyen
principalmente sobre la presión, o
están condicionadas por el valor que
tome aquélla. Entre ellas destacan
las siguientes:
• Válvulas reguladoras de presión
• Válvulas limitadoras de presión
• Válvulas de secuencia.
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122. Tiene la misión de mantener
constante la presión en su salida
independientemente de la presión
que exista a la entrada.
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123. Tienen como finalidad fundamental
obtener una presión invariable en los
elementos de trabajo,
independientemente de las
fluctuaciones de la presión que
normalmente se producen en la red
de distribución.
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124. La presión de entrada mínima debe
ser siempre, obviamente, superior a
la exigida a la salida.
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125. Existen dos tipos, una con orificio de
escape a la atmósfera y otra sin él,
con las características que a
continuación se explican.
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127. Esta válvula consta de una
membrana con un orificio en su
parte central presionada por un
muelle cuya fuerza puede graduarse
desde el exterior; además dispone
de un estrechamiento en su parte
superior que se modifica al ser
desplazado un vástago por la
membrana, siendo a su vez retenido
por un muelle.
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128. La regulación de la presión se
consigue de la manera siguiente. Si
la presión de salida es superior a la
definida, actúa sobre la membrana
oprimiendo el muelle y deja el paso
del aire hacia el exterior a través del
orificio de escape.
AOHB 128
129. Cuando se alcanza la presión de
consigna, la membrana regresa a su
posición normal cerrando el escape.
El estrechamiento de la parte
superior tiene como finalidad
producir la pérdida de carga
necesaria entre la entrada y la
salida.
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130. El muelle que dispone esta válvula
auxiliar tiene por objeto atenuar las
oscilaciones excesivas.
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133. La válvula sin orificio de escape es
esencialmente igual a la anterior con
la diferencia que al no disponer de
un orificio de escape a la atmósfera
cuando se produce una
sobrepresión, es necesario que se
consuma el aire para reducir la
presión al valor de consigna.
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136. También llamada válvula de alivio,
sobrepresión o de seguridad, es una
válvula similar a la válvula
reguladora de presión, la diferencia
estriba en su utilidad.
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137. Mientras que las válvulas
reguladoras de presión se utilizan
para proteger los elementos
neumáticos, las válvulas limitadoras
de presión se emplean para limitar la
presión de toda la red.
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138. No admiten que la presión en el
sistema sobrepase un valor máximo
admisible.
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139. Al alcanzar en la entrada de la
válvula el valor máximo de presión,
se abre la salida y el aire sale a la
atmósfera.
La válvula permanece abierta, hasta
que el muelle incorporado, una vez
alcanzada la presión ajustada en
función de la característica del
muelle, cierre el paso.
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142. Su funcionamiento es muy similar al
de la válvula limitadora de presión,
la diferencia estriba que en vez de
salir el aire a la atmósfera al
alcanzarse la presión de consigna,
deja pasar el aire para realizar un
determinado cometido.
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143. El aire no circula de 1 (P) hacia la
salida 2 (A), mientras que en el
conducto de mando 12 (Y) no se
alcanza una presión de consigna.
Un émbolo de mando abre el paso
de 1 hacia 2.
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144. Estas válvulas se montan en
mandos neumáticos que actúan
cuando se precisa una presión fija
para un fenómeno de conmutación.
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147. El temporizador neumático, es una
unidad formada por tres elementos
básicos:
• Una válvula direccional
• Una válvula reguladora de caudal
unidireccional
• Un acumulador
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149. La regulación del tiempo se logra
estrangulando el paso del fluido que
llaga por la línea 12 (Z) al
acumulador.
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150. Cuando la cantidad de aire que ha
ingresado al acumulador genera una
presión suficiente para vencer el
resorte, se acciona la válvula
direccional para bloquear la señal de
presión y establecer comunicación
entre 2 (A) y 3 (R).
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151. Cuando la línea 12 (Z) se pone en
descarga, el fluido sale del
acumulador a través del conducto
que en primera instancia cerraba la
membrana flexible (antirretorno) en
lugar de seguir por la estrangulación
ya que esto significa un mayor
esfuerzo.
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154. La unidad de mantenimiento
representa una combinación de los
siguientes elementos:
• Filtro de aire comprimido
• Regulador de presión
• Lubricador de aire comprimido
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182. NORMA SIGNIFICADO
ISO International Standard Organization
(Organización Internacional de Normas)
CETOP Comité Européen des Transmissions
Oléohydrauliques et Pneumatiques
(Asociación Europea de Transmisiones
Oleo hidráulicas y Neumáticas)
DIN Deutsches Institur für Normung (Instituto
Alemán de Normalización)
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183. NORMA SIGNIFICADO
VDI Verein Deutscher Ingenieure (Asociación
Alemana de Ingenieros)
UNE Una Norma Española
En neumática, la ISO 1219 es equivalente a
la UNE 101 149-86
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185. NIVEL COMPONENTE EJEMPLOS
6º Elementos de trabajo Cilindros, motores neumáticos
5º Elementos de regulación de velocidad Reguladores de caudal unidireccional
4º Elementos de potencia Válvula distribuidora para el cilindro
3º Elementos de tratamiento de señal Selectores de función “O” e “Y”
2º Elementos de entrada de señal Microválvulas de acc. manual, final de carrera
1º Fuente de alimentación de energía Unidad de mantenimiento
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187. 1. Los elementos de trabajo, de accionamiento o
de maniobra van numerados por este orden:
1.0, 2.0, 3.0, ...
2. Los elementos de potencia, distribuidores
principales, de ajuste, de gobierno u órganos
de potencia llevan la designación:
1.1, 2.1, 3.1, ...
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188. 3. Los captadores de señal, emisores de señal,
de introducción o captadores de información se
nombran con:
- Los que intervienen en la salida del vástago
(pares):
1.2, 1.4, 1.6, ...
2.2, 2.4, 2.6, ...
3.2, 3.4, 3.6, …
…
AOHB 188
189. - Los que intervienen en el retroceso del
vástago (impares):
1.3, 1.5, 1.7, …
2.3, 2.5, 2.7, …
3.3, 3.5, 3,7, …
…
AOHB 189
190. 4. Los elementos de regulación de velocidad:
- Los que intervienen en la salida del vástago
(pares):
1.02, 2.02, 3.02, …
- Los que intervienen en el retroceso del
vástago (impares):
1.03, 2.03, 3.03, …
AOHB 190
191. 5. Los elementos auxiliares de producción y
tratamiento de aire:
0.1, 0.2, 0.3, ...
AOHB 191
202. Hay tres tipos de representaciones de los
esquemas neumáticos:
1. Esquemas de situación o de disposición
2. Diagramas de funcionamiento
3. Esquema del sistema neumático
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204. ESQUEMAS DE SITUACIÓN O DISPOSICIÓN
Muestran la ubicación de los elementos
con los que se trabaja y el proceso que se
está realizando.
Deben ser sencillos y limitarse a lo
esencial.
AOHB 204
206. Se requiere diseñar un sistema elevador-
empujador de cajas de maderas, para
elevar cajas de madera conteniendo
productos frágiles a un segundo nivel, con
un cilindro de simple efecto, y luego
desplazarlas hacia una cinta
transportadora de rodillos mediante otro
cilindro de simple efecto.
AOHB 206
207. Esquema de situación del sistema elevador-empujador de las
cajas de madera
207
207
209. DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO
Estos diagramas a su vez pueden ser:
a. Diagramas espacio-fase.
b. Diagramas espacio-tiempo.
c. Diagramas espacio-fase-tiempo.
AOHB 209
219. ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
La elaboración de estos esquemas se
realiza con el uso de los símbolos de la
norma ISO 1219.
AOHB 219
220. ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
Se debe tener presente las siguientes reglas:
1. El desarrollo del esquema se realiza de
abajo hacia arriba, en el sentido del flujo de
energía, continuándose la representación
de los diferentes elementos de mando de
izquierda a derecha.
AOHB 220
221. ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
2. La designación de los elementos se hace
de acuerdo a la nomenclatura numérica de
los elementos presentes en el esquema
neumático.
AOHB 221
222. ESQUEMA DEL SISTEMA NEUMÁTICO
3. La numeración se hace en sentido
contrario al flujo de energía, manteniendo
el índice del eslabón de mando al que
pertenece.
AOHB 222