Els actuadors pneumàtics es classifiquen, segons la forma en què realitzen el treball, en: cilindres (fan el treball en forma rectilínia), actuadors de gir (proporcionen moviments angulars) i motors rotatius (generen moviment rotatiu).
En una instal·lació pneumàtica els receptors són anomenats actuadors pneumàtics o elements de treball i la seva funció és transformar l’energia pneumàtica de l’aire comprimit en treball mecànic per a l’accionament de màquines i mecanismes.
Cilindres
El cilindres són actuadors que fan el treball de manera rectilínia, mitjançant moviments lineals i rectes que transformen l’energia continguda en l’aire comprimit en treball mecànic.El cilindres tenen dos paràmetres principals: la secció i la cursa. La secció en un cilindre, en ésser generalment circular, ve donada per l’expressió A=p·r2. La cursa és la distància entre les dues posicions extremes de l’èmbol.
El cilindre pneumàtic està constituït, bàsicament, per un tub cilíndric tancat en els extrems per dues tapes,dins del qual es fa lliscar un èmbol que separa dues cambres, volums d’aire en què queda dividit el cilindre per l’èmbol. A l’èmbol va unit una tija que, en sortir d’una tapa, permet d’utilitzar la força desenvolupada pel cilindre.
El principal avantatge de la utilització de l’aire comprimit per accionar cilindres és la seva gran velocitat d’accionament. La regulació de velocitat, molt necessària a la pràctica, s’aconsegueix mitjançant reguladors o estranguladors de cabal que limiten el flux d’aire que surt del cilindre cap a l’escapament, atès que resulta el millor mètode, tant per la suavitat de desplaçament del cilindre com per la seva senzillesa.
Actualment, a causa de l’amplitud dels camps d’aplicació de la pneumàtica, hi ha en el mercat una nombrosa gamma de cilindres pneumàtics de les més diverses formes, mides i models, els quals es divideixen en tres grans categories, en funció del seu accionament i de la forma en què realitzen el treball: cilindres de simple efecte, cilindres de doble efecte i cilindres especials.
Cilindre de simple efecte. Només té una entrada de pressió i desenvolupa l’esforç en un únic sentit, és a dir, el desplaçament de l’èmbol degut a la pressió de l’aire comprimit té lloc en un únic sentit. El retorn a la seva posició inicial es realitza per mitjà d’una molla recuperadora que porta el cilindre incorporada o bé per l’acció de forces exteriors. Per regla general, la cursa d’aquests cilindres no supera els 100 mm, són de petit diàmetre i consumeixen poc aire.
Cilindre de doble efecte. L’aire comprimit exerceix la seva acció en les dues cambres del cilindre, d’aquesta forma pot realitzar el treball en els dos sentits del moviment . El cilindre realitza la cursa d’avanç en aplicar aire comprimit a la cambra posterior i comunicar la cambra anterior a l’atmosfera. La cursa de retrocés s’efectua aplicant aire a pressió en la cambra anterior i comunicant la cambra posterior amb l’atmosfera. Els cilindres constitueixen els components pneumàtics de treball més utilitzats, principalment per les seves possibilitats i característiques per a resoldre qualsevol problema de desplaçament lineal. Tanmateix, algunes aplicacions particulars necessiten cilindres especials: cilindres de doble tija, cilindres antigir, cilindres amb bloqueig de la tija, cilindres sense tija, cilindres telescòpics, cilindres vibradors, cilindres flexibles, cilindres de múltiples posicions, etc.
Actuadors de gir
La pneumàtica ha anat ampliant el seu camp d’aplicació i, com a conseqüència d’això, els seus components han anat evolucionant i s’han perfeccionat. Avui dia els actuadors de gir, emprats quan es necessita un accionament angular, són un element pneumàtic més del mercat, amb diversitat de models i mides, lliures de problemes i a preus assequibles. Un altre element cada cop més popular és la pinça pneumàtica, molt aplicada en sectors en plena expansió com la robòtica i la manipulació.Motors pneumàtics
Els motors pneumàtics transformen l’energia pneumàtica en energia mecànica de rotació, en un procés similar i invers al de la compressió. L’avantatge d’aquests motors respecte dels elèctrics convencionals és que són insensibles a la calor, la pols, la humitat i les vibracions, a més d’oferir una millor solució en ambients explosius. El principal inconvenient és que tenen un major cost energètic. El tipus més utilitzat és el motor de paletes, encara que també s’empra, amb menys freqüència, el motor de pistons.Elements de regulació i control
En una instal·lació pneumàtica o oleohidràulica és necessari comandar, regular i controlar la pressió, el cabal i el sentit de circulació del fluid per aconseguir el moviment i el correcte funcionament de les parts operatives o motrius. Els elements més importants que ens ho permeten de fer són: les vàlvules distribuïdores, les vàlvules de control i regulació i els captadors de senyal.Vàlvules distribuïdores
Les vàlvules distribuïdores, conegudes també com a vàlvules de control direccional, són les encarregades de governar l’arrencada, l’aturada i el sentit del flux en un circuit pneumàtic o oleohidràulic.La funció de les vàlvules distribuïdores en un circuit d’automatització pneumàtic o oleohidràulic és governar, d’acord amb les ordres o senyals rebudes, les connexions entres els conductes a elles connectats per obtenir els corresponents senyals de sortida que accionin els actuadors. Quan actuen directament sobre el cilindre fan les funcions d’òrgans de regulació.
Essencialment, les vàlvules distribuïdores es componen d’un cos, una part mòbil i uns elements d’accionament que permeten de canviar l’estat de la vàlvula. En el cos estan practicats els conductes interns i els orificis de sortida, a més d’allotjar la resta de components. L’element mòbil de la vàlvula, amb el seu desplaçament, aconsegueix les diferents posicions (una, dues o tres) de la vàlvula i realitza les connexions internes de les vies.
Les vàlvules distribuïdores es defineixen per dues característiques funcionals:
Nombre d’orificis o vies. Amb aquesta indicació es designa el nombre màxim d’orificis o conductes principals, anomenats també vies (tant d’entrada com de sortida), que poden interconnectar-se a través de la vàlvula distribuïdora. Nombre de posicions. Són les connexions diferents que es poden obtenir de manera estable entre les vies de la vàlvula distribuïdora. Generalment en tenen dues posicions, una que es defineix de repòs i altra de treball. Algunes aplicacions, però, necessiten vàlvules de tres posicions, la qual cosa implica una posició neutra central.
Una vàlvula distribuïdora es designa per mitjà de dues xifres; la primera indica el nombre de vies i la segona el nombre de posicions. Així, una vàlvula 3/2 vol dir que posseeix tres vies i dues posicions de maniobra.
Representació gràfica de les vàlvules distribuïdores.
La representació de les vàlvules distribuïdores de fluids, tant pneumàtiques com oleohidràuliques, es realitza segons normes internacionals (ISO-CETOP), utilitzant símbols que simplifiquen la realització d’esquemes i faciliten la seva comprensió. La simbologia consta de tres parts: símbol bàsic, tipus de comandament i localització d’orificis.Símbol bàsic. Cada posició es representa per una casella quadrada, dins de la qual se situen les fletxes que indiquen les connexions entre els orificis i el sentit del flux del fluid, així com el nombre de vies. Els conductes es dibuixen en la casella que representa la posició de repòs. La lectura de la posició de treball es du a terme desplaçant l’altra casella del símbol davant la representació dels conductes.
Tipus de comandament. Les vàlvules distribuïdores es representen amb el tipus de comandament, el qual s’afegeix al símbol base. La funció del comandament (o pilotatge) és realitzar els canvis de posició de la vàlvula. Segons la font d’energia que activa els components, els comandaments poden ser: manuals, mecànics, pneumàtics, hidràulics i elèctrics.
És molt freqüent utilitzar vàlvules amb comandament electropneumàtic o electrohidràulic (combinació d’electricitat i pneumàtica o oleohidràulica), les anomenades electrovàlvules. A través d’aquest tipus de comandament el senyal elèctric es transforma en un senyal pneumàtic/hidràulic destinat a accionar el mecanisme de tancament o obertura de les distintes vies de les vàlvules. Avantatges: més econòmic, gran velocitat de transmissió dels senyals, estalvi d’energia, reducció de la mida i més possibilitats de control .
Localització dels orificis. La localització de cadascun dels orificis de la vàlvula distribuïdora es realitza
segons un codi que utilitza números o lletres.
Funcionament d’algunes vàlvules distribuïdores
Vàlvula distribuïdora 2/2. Aquestes vàlvules més que distribuïdores són de comandament, ja que només obren o tanquem un conducte. Tenen un orifici per a l’entrada d’aire i un altre per a la utilització. Evidentment, només té sentit que admetin dues posicions: vies tancades o vies obertes. Si està en repòs (la vàlvula sense accionar) i les vies estan tancades, s’anomena vàlvula normalment tancada (NT). En cas contrari, normalment oberta (NO).
Vàlvula distribuïdora 3/2. Generalment no s’utilitzen vàlvules de dues vies per comandar un cilindre pneumàtic de simple efecte. És usual utilitzar un distribuïdor 3/2 per realitzar aquesta funció; un orifici d’entrada, un de sortida i un tercer per a l’escapament. Aquest tipus de vàlvula no se sol utilitzar en oleohidràulica.33
Vàlvula distribuïdora 5/2. Per a pilotar un cilindre pneumàtic de doble efecte o per accionar vàlvules de major mida s’utilitza a la pràctica una vàlvula distribuïdora de cinc vies: un orifici per a l’entrada, dues sortides i dos escapaments. Normalment, els cilindres de doble efecte es comanden amb vàlvules 4/2 i 5/2,encara que existeixen versions de vàlvules 5/3, les quals permeten deixar immobilitzat o bloquejat el cilindre en la posició central.
Vàlvules de control i regulació
Les vàlvules de control, regulació i bloqueig, dins de les limitacions que imposen l’energia pneumàtica i oleohidràulica, permeten d’ajustar les velocitats de desplaçament dels actuadors (cilindres, actuadors de gir i motors rotatius) i regular la seva força. Dins d’un circuit pneumàtic/oleohidràulic fan les funcions d’elements de comandament .En aquesta categoria de vàlvules, podem considerar com a més rellevants els tipus següents:
Vàlvules unidireccionals. Són un tipus particular de vàlvules de control que permeten la circulació del flux de fluid en un únic sentit, evitant-ne el pas en sentit invers. Les més utilitzades en sistemes pneumàtics i oleohidràulics són les vàlvules antiretorn. Es tracta d’una vàlvula normalment tancada per mitjà d’un con o una bola associats a una molla. En un sentit, el fluid venç la força de la molla i deixa el pas lliure. En el sentit contrari la força de la molla es suma a la pressió del fluid tancant el pas.
Vàlvules reguladores de cabal. Sovint és necessari modificar la velocitat dels elements de treball. Per aconseguir-ho s’utilitzen les vàlvules reguladores de cabal, que varien la velocitat dels actuadors i regulen el cabal d’alimentació. Aquestes vàlvules es poden dividir en dos grups: bidireccionals i unidireccionals. Les vàlvules reguladores de cabal bidireccionals regulen el pas del fluid en ambdós sentits. Les unidireccionals, en canvi, permeten la lliure circulació del fluid en un sentit i, en el contrari, intercalen una estrangulació, que es pot regular a voluntat i que fixa el cabal de fluid.
Vàlvules reguladores de pressió. Tenen com a objectiu reduir la pressió d’entrada fins un valor inferior regulable de sortida. Són vàlvules de dues vies normalment obertes gràcies a la força de la molla, les quals redueixen la pressió quan el valor en la sortida supera el de regulació, tot barrant el pas mitjançant un pistó o corredora.
Vàlvules limitadores de pressió. Se les anomena també vàlvules de seguretat i són un element de seguretat en una instal·lació pneumàtica/oleohidràulica. Impedeixen superar la pressió màxima permesa pel sistema, ja que si la pressió s’eleva per sobre del valor prefixat, la vàlvula obre cap a l’atmosfera l’orifici de sortida i permet l’expansió del fluid fins que es restableix el valor nominal de pressió.
Vàlvules d’escapament ràpid. Són vàlvules destinades accelerar la velocitat dels cilindres, assegurant l’escapament directe a l’atmosfera o al dipòsit, sense retencions del fluid contingut en el cilindre.
Vàlvules selectores de circuit. Són elements que permeten obtenir a la sortida un senyal procedent indistintament de dos punts d’entrada diferents. Compleixen la funció lògica “O” (OR) de dues entrades.
Vàlvules de simultaneïtat. Compleixen la funció lògica “Y” (AND). Disposen de dues connexions d’entrada i una de sortida. Només s’obtindrà senyal pneumàtic o oleohidràulic a la sortida si hi ha pressió, simultàniament, a les dues entrades.
