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Distribuidores.

Los distribuidores y electro distribuidores neumáticos son los puntos sensibles del sistema nervioso formado por el conjunto de la instalación del automatismo neumático. Son ellos los que controlan los impulsos que hacen moverse a los cilindros. Realizan una función amplificadora del nivel de potencia de las señales procedentes de los sistemas gestores centrales (autómatas), secuenciadores electrónicos o mando repartido lógico.

Los distribuidores, con sus diferentes sistemas de mando, conducen el aire  comprimido hacia los cilindros, actuadores de giro, bombas de vacío, para que éstos efectúen, dentro del automatismo, la función encomendada.

Si observamos el dibujo como posición inicial, vemos que el resorte mantiene retraído el cilindro, y la válvula de macho giratorio impide que el aire comprimido del depósito pase hacia el cilindro.

De manera secuencial, vemos que en el dibujo central, hemos girado la válvula de tal manera que el aire ha fluido hacia el cilindro, efectuando éste el accionamiento de salida de vástago y comprimiendo el resorte. Si queremos deshacer el accionamiento, no nos vale solamente cerrar la válvula puesto que el aire quedaría confinado en el cilindro impidiendo el retroceso del vástago.

Será preciso adicionar una segunda válvula en derivación, de tal manera que al accionarla escape a través de ella el aire contenido en el cilindro hacia la atmósfera.

Al hacerlo así la presión desaparece, el resorte hace recuperar la posición inicial del cilindro, efectuándose el accionamiento de retorno. De esta forma vemos que utilizando convenientemente las dos válvulas, podemos accionar el cilindro de simple efecto para que efectúe el trabajo de ida y vuelta.

En la práctica no se utiliza este sistema, ya que son precisas dos maniobras de válvulas para conseguir el accionamiento del cilindro. Las válvulas anteriormente empleadas son las llamadas de 2 vías/2 posiciones (abierto-cerrado).

Para solucionar el problema de los dos accionamientos se desarrollaron las válvulas de 3 vías/2 posiciones. En éstas, con un simple accionamiento se logran las dos funciones deseadas.

En la figura vemos esquematizado de forma elemental un distribuidor de 3 vías/2 posiciones de corredera deslizante. Apreciamos en ella un cuerpo de distribuidor con tres salidas, dentro del cual desliza ajustado un émbolo en forma de carrete que en sus posiciones extremas las combina para hacer la maniobra del cilindro.

En la parte de la izquierda de la figura vemos que el resorte está extendido y el vástago recogido puesto que el aire ha escapado a través del anillo hueco del carrete. El otro orificio vemos que está obturado por el propio carrete e impide la llegada de aire hacia el cilindro.

En el dibujo del centro, observamos que al trasladar el carrete al extremo opuesto del cuerpo del distribuidor, queda en comunicación el depósito de aire comprimido con el cilindro a través de otro anillo hueco. El aire empuja sobre el cilindro y el vástago sale efectuando el trabajo. Si de nuevo cambiamos de posición el carrete, se interrumpe la comunicación del depósito con el cilindro y se vacía éste a través del escape.

Este montaje con una sola válvula de 3 vías/2 posiciones equivale al descrito con válvulas de 2 vías/2 posiciones.

En el dibujo de la derecha se representa la incorporación de un símbolo ISO de dos casillas desplazables que esquematizan el funcionamiento del distribuidor de 3 vías/2 posiciones.

El accionamiento del carrete del distribuidor puede ser diverso: manual, pedal, mecánico, pilotado, eléctrico.

Cuando se trata de accionar un cilindro de doble efecto, se utilizan los distribuidores de 5 vías, como se muestra en la figura.

 Para que estos cilindros efectúen las maniobras, es preciso que además de conectar el aire comprimido a una cara del émbolo, conectemos la cara opuesta con la atmósfera.

Los distribuidores de 5 vías/2 posiciones consiguen con un solo movimiento del carrete del distribuidor las inversiones necesarias.

En la parte de la izquierda de la figura, vemos que el depósito de aire comprimido comunica, a través del anillo hueco central del carrete, con la cámara del cilindro correspondiente al vástago, estando la cámara opuesta conectada con la atmósfera. Si mediante cualquier procedimiento desplazamos el carrete hacia la izquierda, comprobamos que el depósito queda en comunicación con la cámara opuesta al vástago , al estar la otra cámara en comunicación con la atmósfera, el vástago es impelido hacia afuera, desarrollando el trabajo.

Al cesar la acción que mantenía apretado el resorte, éste recupera su posición de máxima extensión, las conexiones vuelven al estado inicial y el cilindro se recoge.

Clasificación según el tipo de accionamiento

Hasta este momento se ha dicho que los distribuidores tienen un carrete que se  desplaza mediante accionamientos porque el conjunto cuerpo-carrete define la función del distribuidor (2 vías/2 posiciones, 3 vías/2 posiciones, 5 vías/2 posiciones) pero, no se ha hecho mención de cómo se producía este desplazamiento.

Hemos visto que hay distribuidores sin resortes que permanecen estables indefinidamente en la última posición de reposo alcanzado. Y hay otros que disponen de resortes que empujan al carrete a una determinada posición cuando cesa la acción que les obligó a cambiar.

A continuación vamos a describir somera mente los diferentes tipos de accionamiento de uso más frecuente.

Accionamiento manual

Es el más simple de los accionamientos junto con el mando de pedal.

En este accionamiento, el carrete del distribuidor es accionado directamente por la palanca de mando. Estos distribuidores pueden controlar un cilindro directamente, o bien pueden estar destinados a poner en marcha y parar un determinado sistema automático.

En cualquiera de los casos se trata de sistemas no complejos. Cuando un distribuidor manual controla directamente un cilindro, no hablamos de automatismo sino que hablamos de amplificación, puesto que con unos gramos de esfuerzo sobre la palanca ejercemos varios kilogramos o cientos de kilogramos con el vástago del cilindro.

Los accionamientos manuales pueden tener cuatro variantes: Manual de dos posiciones fijas,, Manual con retorno por resorte, Manual de tres posiciones fijas, Manual de tres posiciones con retorno a la posición central por resortes.

La primera es la representada en la figura en ésta es preciso mover la palanca a uno y otro lado para que cambie de posición el distribuidor y, por tanto, el cilindro. En estos casos la posición del cilindro y el momento en que debe ser accionada la palanca se decide visual mente por el operador de la máquina.

El segundo tipo tiene en un lado la palanca y en el opuesto un resorte antagonista de tal manera que cuando no se acciona la palanca, el resorte efectúa la recuperación del carrete, con lo cual el cilindro retorna a la posición de vástago retraído.

El tercer y cuarto tipos permiten una parada intermedia en el recorrido del carrete en la cual todas las salidas quedan bloqueadas, pudiendo detenerse el cilindro en posiciones intermedias a voluntad del operador de la máquina.

Los accionamientos por pedal son similares y no requieren ninguna descripción especial.

Este tipo de accionamiento a pedal precisa de un túnel de protección para evitar que el accionamiento se efectúe fortuitamente pudiendo dañar al operador o a la máquina.

Accionamiento neumático

En estos distribuidores, la acción muscular del operador sobre el carrete es , sustituida por la acción del aire comprimido sobre éste como si de un pequeño cilindro se tratara.

Distribuidor de accionamiento neumático

 En la figura vemos que el resorte del distribuidor está extendido porque, la tubería de pilotaje está conectada con la atmósfera a través de la válvula  de pulsador y la distribución queda de tal manera que el cilindro está expandido.

Cuando izamos el distribuidor de 3 vías, el aire de alimentación a través de él, y por el tubo de pilotaje, penetra en el cuerpo del distribuidor de 5 vías, empujando al carrete como si de un pequeño cilindro se tratara- hacia la derecha contra el resorte, que resulta comprimido.

Retroceso del distribuidor

En los distribuidores de palanca precisamos que el operador esté situado junto a ella. Cuando utilizamos distribuidores pilotados estamos utilizando un telemando en su función más simple, puesto que las tuberías de pilotaje pueden ser tan largas como sea preciso (tanto como permita la aplicación en cuanto a tiempos de respuesta del sistema se refiere).

Distribuidor biestable

En la figura vemos un montaje similar pero el distribuidor principal es del tipo «doble piloto» y el mando se efectúa por la acción de dos distribuidores de 3 vías/2 posiciones con accionamiento por pulsador y retroceso por resorte. Podemos observar que los extremos del cuerpo del distribuidor 2 están conectados con la atmósfera a través de los distribuidores 1 y 3.

El distribuidor principal 2 está conectado de tal manera que el aire de alimentación es conducido a la cámara del cilindro que le hace tomar la posición de extendido.

Si pulsamos el distribuidor 3, pasará el aire al piloto derecho pero nada cambia porque el carrete ya está situado en la posición extrema. Al dejar de pulsar 3, escapa el aire piloto, permaneciendo el carrete del distribuidor 2 en equilibrio sin cambiar de posición.

Si pulsamos el distribuidor 1, en el piloto izquierdo del distribuidor 2,  penetrará el aire a presión, desplazando el carrete hacia la derecha (no hay presión en este extremo), y se efectuará la conmutación de tal manera que el cilindro se desplazará a su posición de retraído.

Al disminuir la presión sobre , el distribuidor 1, se escapará a la atmósfera el aire que ha originado el último  pilotaje, permaneciendo el carrete del distribuidor en equilibrio sin cambiar de posición.

Estos distribuidores en los que el carrete de distribución queda en equilibrio en la última posición adquirida se denominan de memoria o biestables.

Como en el caso anterior, este sistema puede ser considerado un telemando neumático elemental.

Distribuidores de mando por membrana

Hemos visto que los distribuidores de carrete o corredera deslizante precisan muy poca presión para cambiar de posición. En algunas aplicaciones es necesario hacer descender el valor de la presión, para lo cual se utiliza una membrana o diafragma de gran diámetro

Cuando este aire entra en una cámara donde esta dispuesta la membrana , deforma la membrana de manera que el carrete es desplazado hacia abajo cambiando de estado la distribución.

El cuerpo del distribuidor puede ser de 3 o 5 vías. El retorno de este distribuidor puede ser por aire comprimido a niveles de presión normal de 2 a 10 bar, pero, como puede suponerse, también es posible un retorno por resorte.

La presión de pilotaje necesaria para cambiar de estado este distribuidor es muy baja, ya que la fuerza necesaria para desplazar el carrete es también muy baja y la superficie de actuación sobre el diafragma es muy grande. El orden de magnitud es de 0.2 bar. Existen modelos servo pilotados cuya presión de pilotaje es de 0.002 bar.

Un orificio de venteo o respiración de la parte posterior de la cámara, sirve para que la cámara inferior de la membrana no comprima aire y éste pueda escapar al exterior.

Estos distribuidores de membrana pueden pilotarse también conectando el orificio de venteo a una línea de vacío dejando el orificio principal, en este caso, como venteo a la atmósfera.

Distribuidores de mando sensible

Se han desarrollado distribuidores de accionamiento sensible para los casos en los cuales la fuerza actuante es pequeña.

El aire comprimido de alimentación pasa a través de una pequeña conducción hasta una cámara, que está cerrada debido a la estanqueidad que produce un pulsador .

La presión del aire genera sobre la cara superior del carrete una fuerza superior a la del resorte, por lo cual éste se comprime y queda situado en su posición inferior.

Sobre el pulsador  se ejerce una fuerza hacia arriba de acuerdo con la superficie del pulsador. Debido a que este orificio es muy pequeño, la fuerza ejercida es también pequeña.

Por tanto, con una fuerza muy pequeña  ejercida sobre el pulsador en sentido contrario, se permite que el aire acumulado en la cámara  escape al exterior y que la presión en dicha cámara disminuya, entonces la fuerza del resorte hace que el carrete se eleve efectuando la conmutación.

Al desaparecer la fuerza ,el pulsador cierra de nuevo el escape, la presión en la cámara se recupera y empuja al carrete a su posición inferior. En estos distribuidores la presión de servicio está condicionada por la fuerza del resorte.

En los distribuidores de 3 vías con mando a pulsador perfeccionado.

-Se substituye el resorte por un pistón diferencial.

-El cierre directo del orificio de escape se substituye por un cierre beneficiado por la acción de una palanca de relación 5:1.

El pistón diferencial está fabricado con 2 diámetros (superficies) diferentes en cada extremo. Cuando se conecta el aire comprimido, el carrete es empujado en sentidos contrarios por ambos extremos, a la misma presión. Vence el lado de mayor diámetro, mientras la cámara derecha está cerrada por el pequeño resorte.

Una acción sobre el pulsador mediante la palanca permite la descompresión de esta cámara y entonces la presión de alimentación empuja al carrete hacia la derecha. Al ceder la presión sobre el pulsador se cierra el pequeño orificio y la presión se acumula de nuevo; el carrete vuelve otra vez a la posición inicial bruscamente.

Debe darse como natural, en estos distribuidores, el escape continuo producido mientras están accionados. Debido a los pequeños orificios emplea- dos en la construcción de estos distribuidores, el escape suele ser audible

Accionamiento electropilotado

Cuando en los circuitos neumáticos de automatismo se necesita efectuar movimientos con multitud de cilindros, controles remotos, autómatas programables, etc, es preciso utilizar distribuidores de mando eléctrico o electro- pilotado como enlace entre ambas energías.

Las electro-válvulas y los electro-distribuidores son, por tanto, los encargados de transformar las señales eléctricas en señales neumáticas.

En la situación actual de los automatismos, puede decirse que los electro-distribuidores son la familia más amplia de los componentes de automatismos.

Vamos a describir de manera elemental el funcionamiento de estos componentes que tanta importancia tienen en todos los automatismos actuales.

El electro-distribuidor es el elemento básico de enlace entre la energía eléctrica y la energía neumática. Se emplean como componentes independientes o bien como componente inseparable de distribuidores de 5 vías en función electro-piloto.

 Corte de un electrodistribuidor

Cuando por el arrollamiento no pasa corriente eléctrica, un resorte está comprimiendo un émbolo móvil (núcleo magnético) contra el orificio 1, manteniendo cerrado el paso. Mientras tanto, el orificio 2 está en comunicación con el orificio 3. La estanqueidad en el orificio está asegurada por una pieza elástica de neopreno. Si en el orificio 1 conectamos la alimentación de aire comprimido, debe verificarse que ,

F > P S   siendo F La fuerza del resorte, P la presión de servicio,  S la sección del orificio de paso

Con lo cual el orificio 1 permanece cerrado.

Al pasar la corriente eléctrica por el arrollamiento (bobina), se genera un ' campo magnético que hace moverse al núcleo contra el orificio 3, que se cierra, permitiendo el paso de aire desde el orificio 1 hacia el orificio 2. Esta posición se mantiene mientras no interrumpamos el paso de corriente eléctrica por el arrollamiento. Si cortamos el paso de corriente, desaparece el campo magnético, con lo cual el resorte empuja al núcleo contra el orificio 1 que se cierra, descargándose el aire comprimido que pudiera existir en 2  hacia la atmósfera por el orificio 3, tal como estaba en la condición inicial.

Este distribuidor de tres vías es del tipo directo, ya que la bobina actúa , directamente sobre el elemento de distribución. La superficie de paso de aire en estos distribuidores es pequeña, por lo cual se emplean para accionar, pequeños cilindros neumáticos de simple efecto.

Si se intentaran fabricar en tamaños grandes, el tamaño de las bobinas resultaría desorbitado, puesto que el resorte de cierre precisaría una gran fuerza para cerrar el paso de aire en, un orificio de gran sección.

Para actuar distribuidores de grandes pasos se recurre siempre a distribuidores de acción indirecta o pilotada

Electrodistribuidor con vástago extendido

Puede observarse que el piloto del distribuidor principal está sin aire al haber escapado por el orificio superior del electro-piloto, y el carrete está posicionado de tal manera que el cilindro se encuentra posicionado con el vástago extendido. .

Electrodistribuidor con vástago retraído

Al accionar el pulsador eléctrico y pasar corriente por la bobina, se genera el campo magnético que levanta el núcleo, cerrándose el orificio superior y permitiendo que el aire pase a pilotar el carrete, que se desplaza hacia el lado derecho, con lo cual el cilindro neumático sale, haciendo el trabajo encomendado.

Cuando cortamos el paso de la corriente eléctrica, el núcleo vuelve a cerrar la entrada de aire comprimiendo al piloto, y el aire de éste escapa a la atmósfera por el orificio superior, con lo cual el resorte del carrete recupera la posición inicial. Vemos que ésta es la forma de accionar un cilindro neumático por medio de una señal eléctrica.

Si en lugar de utilizar un distribuidor de simple piloto para el mando del cilindro, hubiéramos utilizado uno de memoria o biestable, entonces con el auxilio de 2 electropilotos, obtendríamos un electrodistribuidor también biestable o de memoria con accionamiento eléctrico.

En este caso bastaría dar un pequeño impulso de corriente a cada bobina para que se verifique el cambio de estado a la posición opuesta.

Electroválvulas neumáticas de 2 vías/2 posiciones de maniobra por membrana

Son muchas las aplicaciones en las que sólo se precisa abrir o cerrar un conducto para controlar el paso de aire comprimido, gases o líquidos. Una aplicación tipo puede ser la alimentación de aire a una pistola de pintura, la expulsión de piezas por medio de un chorro libre, el control de agua en utilización de refrigeración, etc. Para estas aplicaciones se han desarrollado las válvulas de cierre por membrana

 El núcleo, cuando la bobina está desexcitada, mantiene cerrado el principal de paso, con lo que el fluido pasa a través del orificio de entrada y llena una cámara superior de la membrana.

Debido a que la fuerza generada por la presión en la parte superior corresponde a toda la superficie y en la inferior sólo a la corona exterior, hace que la membrana descienda tapando el orificio principal de paso.

Cuando hacemos pasar corriente por la bobina, el campo magnético eleva el núcleo abriendo el orificio principal de paso despresurizándose la cámara superior, puesto que este orificio es mucho más grande (4-5 veces) que el orificio de entrada con lo que la membrana se eleva permitiendo el paso por el orificio principal. Al dejar de pasar la corriente por la bobina, el núcleo vuelve a tapar el orificio de paso. El fluido que sigue pasando a través del orificio de entrada, llena de nuevo la cámara superior de la membrana, presurizándola y haciéndola descender hasta que se cierre el orificio principal de paso.

Cuando se trabaja con líquidos, estas válvulas deben cerrar lentamente para evitar los golpes de ariete. En este caso, disponen de un regulador de flujo con el que se puede ajustar el tiempo de llenado de la cámara superior de la membrana. Para evitar la oclusión de sus orificios de control, estas válvulas deben ir protegidas por un filtro previo.

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