Título: Válvulas Neumáticas.
Objetivo:
El
objetivo de este informe es que el lector adquiera los conocimientos básicos acerca
de válvulas neumáticas; funcionamiento, tipos y sus diferentes aplicaciones.
Temario
1. Definición.
2.
Clasificación.
3. Válvulas
direccionales.
4. Válvulas
reguladoras de flujo.
5. Válvulas de
bloqueo
6. Válvulas de
presión
7. Válvulas
especiales.
8.
Determinación del tamaño de válvula.
9. Mantenimiento.
10. Resumen.
11.
Cuestionario.
12.
Bibliografía.
1. Definición.
En neumática la válvula es un elemento
de mando que determina las características del circuito.
Las válvulas neumáticas son los
dispositivos que dirigen y regulan el aire comprimido; gobiernan la salida y la
entrada, el cierre o habilitación, la dirección, la presión y el caudal de aire
comprimido.
2. Clasificación.
Según sus propiedades y la función que
realiza dentro del sistema, las válvulas neumáticas se clasifican en los
siguientes grupos:
- Válvulas direccionales.
- Válvulas reguladoras de flujo.
- Válvulas de bloqueo.
- Válvulas de presión.
- Válvulas especiales.
3.Válvulas
direccionales.
Las válvulas direccionales son aquellas que en un
circuito neumático distribuyen o guían el aire comprimido hacia los elementos
de trabajo. Por esta razón, también se les conoce como válvulas distribuidoras.
Constituyen los órganos de mando de un circuito, es decir, aquellos que
gobiernan (mandan) el movimiento de los órganos motores del mismo (cilindros,
actuadores, etc.)
También son utilizadas en sus tamaños más pequeños, como
emisoras o captadoras de señales para el mando de las válvulas principales del
sistema, y aún en funciones de tratamiento de señales.
Según el tipo de construcción, las válvulas
distribuidoras se clasifican principalmente en:
- 3.0 válvulas de asiento y en válvulas de corredera.
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| VÁLVULAS DE ASIENTO VÁLVULAS DE CORREDERA
Al pasar por la válvula, las secciones entre el elemento
de cierre y el cuerpo producen
un estrangulamiento del aire, además de los
previstos cambios de sentido de flujo, con lo que las pérdidas de presión son
inevitables. Dichas pérdidas son mayores en las válvulas de corredera porque el
aire pasa con mayor dificultad.
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- 3.1 Número de vías - número de posiciones (Nº de vías / Nº de posiciones)
La forma en que se conectan dichos orificios, en una posición estable,
constituye un estado de la válvula, lo que habitualmente se denomina posición.
Los orificios se llaman vías.
Para evitar errores en el montaje de estos elementos, los
orificios para las conexiones, se identifican por letras, o bien (según una
nueva norma) por medio de números:
Orificios
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Letras
|
Números
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Alimentación de presión
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P
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1
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Conductos de trabajo
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A, B, C...
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2, 4, 6..
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Escapes
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R, S, T...
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3, 5, 7...
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Fuga
|
L
|
9
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Tuberías o conductos de pilotaje
|
Z, Y, X...
|
12, 14, 16...
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Las conexiones con tomas de presión (unión de tuberías
que enlazan con el compresor) y escape (unión directa o por tubería a la
atmósfera) son muy comunes y por este motivo se muestran en la siguiente
figura.
Tipos de accionamiento de las válvulas distribuidoras.
La clasificación más utilizada para los mandos se
establece según la fuente de energía que activa los componentes de mando. Los
mandos pueden ser:
- · Manuales
- · Mecánicos
- · Neumáticos
- · Eléctricos
3.2 Liga para ver el tipo de accionamiento de una válvula distribuidora.
Según ya se ha dicho, las válvulas
direccionales se designan de acuerdo al número de vías y posiciones de la
siguiente manera:
A continuación se presenta una descripción general de los
tipos de válvulas direccionales, comúnmente utilizados en neumática, en un
formato usual.
Válvulas 2/2
Pertenecen a este grupo todas las válvulas de cierre que
poseen un orificio de entrada y otro de salida (2 vías) y dos posiciones de
mando. Únicamente se utilizan en aquellas partes de los circuitos neumáticos
donde no es preciso efectuar por la misma válvula la descarga del sistema
alimentado, sólo actúan como válvulas de paso.
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| Válvula distribuidora 2/2 |
· Válvulas 2/2 NC
Son aquellas válvulas que en su posición
normal de reposo (aquella determinada por su reacción, resorte o neumática) no
permiten la circulación de fluido. Conducen al ser accionado su mando
(muscular, neumático, mecánico, eléctrico, etc.)
· Válvulas 2/2 NA
En su posición normal de reposo permiten
la circulación de aire, interrumpiéndolo al ser accionado su mando.
Válvulas 3/2
Pertenecen a este grupo de válvulas aquellas que poseen
un orificio de alimentación, uno de utilización y otro de escape (3 vías) y dos
posiciones de mando. Sus funciones dentro de un circuito neumático pueden ser
muy variadas y van desde el manejo de señales hasta el comando de cilindros de
simple efecto. A diferencia de las anteriores, estas posibilitan la descarga
del sistema que alimentan.
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| Válvula distribuidora 3/3 |
· Válvulas 3/2 NC
Son aquellas que en la posición normal
de reposo no permiten la circulación desde el orificio de alimentación al de
utilización, el cual queda conectado a escape. Esta condición es invertida al
operar su mando, pasando el fluido a la utilización en tanto el escape es
bloqueado.
· Válvulas 3/2 NA
En su posición normal de reposo permiten
el pasaje de fluido de la alimentación a la utilización, el escape es
bloqueado. Al operar el mando, se interrumpe el pasaje y el sistema alimentado
es puesto a descarga.
La diferenciación aludida entre válvulas
3/2 normal cerrada y normal abierta no implica necesariamente que se trate de
dos válvulas diferentes, aquellas válvulas 3/2 del tipo de distribuidor axial
generalmente admiten ser conectadas de una u otra manera indistintamente.
Válvulas 4/2
Poseen cuatro orificios de conexión (4 vías) correspondiendo:
uno a la alimentación, dos a las utilizaciones y el restante al escape, este es
común a ambas utilizaciones. Poseen dos posiciones de mando, para cada una de
las cuales sólo una utilización es alimentada, en tanto la otra se encuentra
conectada a escape. Esta condición se invierte al conmutar la válvula. Dado que
para cada posición existe un pasaje abierto y uno cerrado, carece de sentido
hablar de una válvula 4/2 normal abierta o normal cerrada.
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| Válvula distribuidora 4/2 |
Válvulas 5/2
Estas poseen cinco orificios de conexión y dos posiciones
de mando. A diferencia de las 4/2, poseen dos escapes, correspondiendo uno a
cada utilización.
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| Válvula distribuidora 4/2 |
Válvulas 5/3
Las válvulas de dos posiciones de mando sólo permiten
condiciones de paradas extremas de los actuadores gobernados, no permitiendo la
obtención de paradas intermedias. Para esto ˙último es necesario contar con una
tercera posición de mando intermedia, surgiendo así válvulas 3/3, 4/3 y 5/3. En
lo que sigue aplicaremos el concepto de tres posiciones a válvulas de 5 vías,
siendo válido también para las válvulas de 3 y 4 vías.
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| Válvula distribuidora 5/3 |
3.3 Vídeo de válvulas distribuidoras.
4.Válvulas
reguladoras de caudal o flujo.
Las válvulas reguladoras de caudal se utilizan para el control
de velocidad de cilindros neumáticos, actuadores, así como también para la
obtención de efectos de retardo de señales neumáticas (temporización neumática),
permitiendo de esta forma la regulación del tiempo de presurización de un
volumen.
Existen básicamente dos grupos de reguladores de caudal:
- Regulador de caudal bidireccional
- Regulador de caudal unidireccional
4.0 Regulador de caudal unidireccional
Regulan el caudal en una sola dirección del flujo, permitiendo
el libre pasaje del aire en sentido contrario.
Su principal aplicación es la regulación de velocidad de
cilindros y actuadores neumáticos, para lo cual son instalados sobre las vías que
alimentan al cilindro (vías de utilización de la válvula)
A los efectos de obtener regulaciones más precisas se aconseja
instalarlos lo más cerca posible del elemento a regular. Actualmente, para
favorecer esta última condición, se han desarrollado reguladores unidireccionales
combinados con el mismo conector, para montar directamente sobre el cilindro.
Comercialmente son conocidos con el nombre de reguladores
banjo. Los mismos minimizan accesorios de conexionado y mano de obra de
montaje.
También son utilizados en combinación con acumuladores,
para obtener efectos de temporización banjo neumático.
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| Regulador de caudal unidireccional |
4.1 Regulador de caudal bidireccional
El regulador de caudal bidireccional es comúnmente
llamado válvula de aguja. Su función es la de restringir el paso del aire en
ambas direcciones del flujo.
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| Regulador de caudal bidireccional |
4.2 Vídeo de válvulas reguladoras de caudal.
5.Válvulas
de bloqueo
5.0 Válvulas anti-retorno
Estas válvulas permiten circulación libre en un sentido,
bloqueándola completamente en el sentido contrario. Existen diferentes tipos
constructivos, como ser: con cierre a bola, a cono, disco, membrana, anillo,
etc.
Existen válvulas de no retorno con cierres de dos tipos:
Cierre por presión de trabajo.
Cierre con fuerza incorporada: en las cuales la
circulación ser· posible cuando la presión venza la resistencia del resorte
antagónico de cierre.
Cuando es necesario mantener la presión dentro de un
cilindro o depósito o manejar a voluntad un volumen acumulado, puede utilizarse
una válvula de retención comandada, en donde la condición de bloqueo es
relevada a voluntad por medio de una señal neumática.
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| Válvula anti-retorno |
5.1 Válvula (O) o Selectora de Circuitos
Esta válvula tiene dos entradas y una salida. Cuando el
aire comprimido llega por cualquiera de las dos entradas, automáticamente se
obtura la otra y el aire circula hacia la salida, ocurriendo lo mismo si el
aire penetra por la otra entrada, desempeñando en un circuito la función lógica
(O).
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| Válvula selectora |
5.2 Válvula de escape rápido
Esta válvula permite elevar la velocidad de los émbolos
de cilindros. Con ella se ahorran largos tiempos de retorno, especialmente si
se trata de cilindros de simple efecto. Logra obtener la máxima velocidad en
los cilindros neumáticos. La misma tiene tres vías de conexión correspondiendo:
una a la alimentación (desde la válvula), otra a la utilización (al cilindro) y
la restante al escape; de modo tal que al alimentar al cilindro, una membrana o
disco obtura en forma automática el escape. De esta forma, permite el pasaje
del aire al interior del cilindro. Cuando la válvula es puesta a descarga, la
propia presión en el cilindro desplaza la membrana o disco, permitiendo que el
aire salga rápidamente por el escape sin
recorrer la conducción que comunica a la válvula de escape rápido con la
válvula de mando, es decir, con muy poca pérdida de carga, lo que implica gran
velocidad de descarga y también gran velocidad en el cilindro. Es recomendable montar este tipo de válvula lo
más cerca posible del cilindro.
Se han desarrollado modelos de válvulas de escape rápido,
cuya vía de escape en lugar de poseer un orificio roscado hembra, incorporan un
elemento silenciador. De este modo, se disminuye notoriamente el ruido que
produce la súbita expansión del aire en la atmósfera característico de estas
válvulas.
| Válvula de escape rápido |
5.3 Válvula (Y) o de Simultaneidad
Esta válvula posee tres vías de conexión, dos de las cuales
son entradas y la restante es la de utilización. De dicha forma sólo saldrá
aire por esta ˙última cuando exista presión simultáneamente sobre las dos
entradas. Cuando una de ellas no existe, automáticamente se bloquea la entrada
de la otra, anulándose la salida de aire por la utilización. Cuando las señales
están desfasadas en el tiempo, la ˙última recibida es la que pasa a la
utilización.Desempeña la función lógica (Y).Esta función también se logra empleando una válvula 3/2 con mando neumático y reacción a resorte.
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| Válvula de simultaneidad |
5.4 Vídeo de válvulas de bloqueo
6.Válvulas
de presión
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| Válvula reguladora de presión |
6.0 Válvula reguladora de presión
Tiene la misión de mantener constante la presión, es
decir, de transmitir la presión ajustada en el manómetro sin variación a
los elementos de trabajo o servo elementos, aunque se produzcan
fluctuaciones en la presión de la red.
La presión de entrada mínima debe ser siempre superior a
la de salida.
Forma parte del grupo de mantenimiento.
Válvula limitadora de presión
Estas válvulas se utilizan, sobre todo, como válvulas
de seguridad (válvulas de
sobre-presión). No admiten que la presión en el
sistema sobrepase un valor máximo admisible. 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, cierra
el paso.
6.1 Válvula de secuencia
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| Válvula de secuencia |
Es una válvula de 3 vías normalmente cerrada, que permite
la circulación de fluido cuando en la línea de alimentación de la misma se haya
alcanzado una presión predeterminada y regulable a voluntad. En los equipos
neumáticos, las válvulas de secuencia se prevén en donde deba garantizarse una
presión mínima determinada para el funcionamiento y por lo tanto debe evitarse
la realización de la maniobra con una presión inferior. Además, se emplean
también donde deben conectarse consumos preferenciales, alimentándose los
restantes solamente cuando haya suficiente presión.
6.2 Enlace válvulas de presión
6.3 Vídeo válvulas de presión
7.Válvulas especiales
7.0 Electroválvulas
Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un
temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrica o sensor de cualquier
tipo (inductivo, capacitivo, óptico, etc.), presostatos o mandos electrónicos,
excitando a un solenoide que por acción magnética provoca el desplazamiento de
un núcleo móvil interno que habilita o no el pasaje de fluido.
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| Electroválvula biestable |
En válvulas de pequeño porte, este núcleo móvil
constituye en sí mismo el distribuidor principal de la válvula, denominándose a
esto como mando directo. En válvulas de mayores tamaños, el mando directo obligaría
al uso de núcleos magnéticos de grandes dimensiones y en consecuencia de
solenoides de elevada potencia y tamaño.
En estos casos resultan convenientes los mandos electro
neumáticos, en los que una pequeña electroválvula 3/2 de mando directo comanda
la señal neumática que desplaza al distribuidor principal. En su conjunto el
mando resulta indirecto. Resultan así distribuidores más livianos, solenoides más
pequeños y de menor potencia, y más alta velocidad de respuesta.
7.1 Válvulas de compuerta.
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la
cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza
en ángulos rectos sobre el asiento
 |
| Válvula de compuerta |
7.2 Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la
circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en
el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un
giro de 90°.
 |
| Válvula macho |
7.3 Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales
una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la
circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la
bola 90° y cierra el conducto
| Válvula de bola |
7.4 Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la
circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en
ángulos rectos con el sentido de la circulación
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| Válvula de mariposa |
7.5 Válvulas de globo
Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual
el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del
fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería
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| Válvula de globo |
8.Determinación del tamaño de una válvula.
- Determinar el número de vías y posiciones
- Tuberías que debe gobernar (número mínimo de vías) [SE 1 vía, DE 2 vías]
- Sentido de circulación (entrada aire, salida de aire)
- Posiciones del actuador (dentro, fuera, intermedias)
- Determinar el sistema de accionamiento
- Obtener un distribuidor con la relación Q/∆ P suficiente para la velocidad de actuación requerida.
- Características de los racores de conexión.
- Caudal
8.0 Dimensionado de
válvulas
El caudal nominal normal que debe tener la válvula, queda
determinado por la siguiente expresión:
Donde:
Qn = caudal nominal de la válvula
∆p=Caída de presión admitida en la válvula
Pe= Presión absoluta de alimentación de la válvula (bar) (presión
manométrica + 1.013)
Qr= Caudal requerido por el accionamiento (Nm³/h)
8.1 Guía para cálculos de válvulas.
9.Mantenimiento.
El mantenimiento de válvulas es un servicio que está dirigido a optimizar la funcionalidad de la
válvula después de cierto período de utilización. Para realizar un mantenimiento
adecuado se recomienda:
- Una inspección regular de la válvula y de sus componentes.
- Llevar un registro de funcionamiento de cada válvula, anotando cualquier incidencia.
- Disponer siempre de juntas de repuesto en stock.
- Lubricante, si es válvula lubricada.
- Llevar a cabo de manera autónoma la detección de fallas, prevención y mantenimiento productivo del equipo neumático instalado en su maquinaria.
- Estar al cuidado de temas relacionados con el ambiente y de la seguridad de operación, del equipo que utiliza aire comprimido.
- Explicar y demostrar en su línea de producción, cómo efectuar ajustes en su equipo neumático para incrementar la productividad.
- Identificar problemas relacionados con el funcionamiento de elementos neumáticos industriales
- Efectuar la limpieza y reparación de componentes de un sistema neumático (mantenimiento del aire comprimido, unidad de mantenimiento, válvulas, electro-válvulas y actuadores).
- Mantener el equipo neumático en condiciones óptimas de funcionamiento.
- Reducir costos de mantenimiento y tiempos muertos en la maquinaria por paros imprevistos.
10.Resumen
Una válvula neumática es un elemento de mando que
determina las características del circuito neumático, son dispositivos que
dirigen y regulan el aire comprimido; gobierna la entra y salida, el cierre o
habilitación, la dirección, la presión y el caudal del aire comprimido. Las
válvulas neumáticas según sus propiedades y función dentro del sistema se
clasifican en las siguientes:
Válvulas direccionales.
Válvulas reguladoras de flujo.
Válvulas de bloqueo.
Válvulas de presión.
Válvulas especiales.
Válvulas direccionales:
Válvulas direccionales.
Son aquellas que en un circuito neumático distribuyen o
guían el aire comprimido hacia los elementos de trabajo, constituyen los
órganos del mando del circuito aquellos que gobiernan el movimiento de los
órganos motores del mismo.
De acuerdo a su construcción se clasifican en:
Válvulas de asiento
Válvulas de corredera
Y por el número de vías-número de posiciones:
Válvulas reguladoras de caudal o de flujo:
Se utilizan para el control de velocidad de cilindros
neumáticos actuadores, así como para la
obtención de efectos de retardo de señales neumáticas, permitiendo la regulación
del tiempo de presurización de un volumen.
Existen dos grupos de reguladores caudal:
Regulador de caudal unidireccional: regulan el caudal en
una sola dirección del flujo, permitiendo el libre pasaje del aire en sentido
contrario.
Regulador de caudal bidireccional: su función es la de restringir el
paso del aire en ambas direcciones del flujo.
Válvulas de bloqueo:
Este tipo de válvulas como su nombre lo indica impiden el
paso del aire en determinadas áreas del circuito, su clasificación es la
siguiente:
Válvulas
anti-retorno: permiten la circulación libre del aire en un sentido,
bloqueándola completamente en el sentido contrario. Existen válvulas de no
retorno con cierre de dos tipos.
Cierre por presión de trabajo.
Cierre fuerza
incorporada
Válvula de presión:
Estas válvulas trasmiten la presión ajustada en el
manómetro sin variación a los elementos de trabajo o servo elementos, aunque se
produzcan fluctuaciones en la presión de la red.
La
presión de entrada debe de ser mínima siempre superior a la de salida. Se clasifican
en:
Válvula limitadora de presión: se utilizan como válvulas de seguridad,
no admiten que la presión en el sistema sobrepase un valor máximo
admisible.
Válvula de secuencia:
Esta válvula permite
la circulación de fluido cuando en la línea de alimentación de la misma se
halla alcanzado una presión determinada y regulable a voluntad.
Válvulas especiales:
Dentro
de esta clasificación tenemos a las electroválvulas, en las cuales la señal que
da origen a la conmutación es de naturaleza eléctrica que por acción magnética
provoca el desplazamiento de un núcleo, en los mandos directos el mismo núcleo
habilita o no el paisaje principal de fluido en los mandos electromagnético, una
válvula piloto de mando directo comanda la señal magnética que desplaza al
distribuidor principal.
También existen otros tipos de válvulas especiales como son:
las válvulas de compuerta, válvula macho, válvulas de globo, válvulas de mariposa, de bola entre otras.
Determinar el tamaño de una válvula dependerá de algunas características como:
tuberías que debe gobernar, caudal del área de trabajo, sentido de circulación del
aire etc.
Pero con ayuda de la siguiente expresión podemos calcular
datos útiles para la elección de la válvula correcta.
Donde:
Qn = caudal nominal de la válvula
∆p=Caída de presión admitida en la válvula
Pe= Presión absoluta de alimentación de la válvula (bar)
(presión manométrica + 1.013)
Qr= Caudal requerido por el accionamiento (Nm³/h)
Para optimizar la funcionalidad de la válvula después de
cierto período de utilización es necesario como primer punto darle un buen
tratamiento de lubricación al aire, para evitar daños no solo en las válvulas si
no en todos los elementos neumáticos utilizados. Para ello es recomendable
hacer chequeos de rutina para evitar daños en los equipos y aunado a ello
disminuir los costos de producción.
11.Cuestionario
12.Bibliografía
- http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4917/html/3_tipos_de_vlvulas_distribuidoras_y_su_identificacin.html
- file:///C:/Users/hp/Downloads/unidad%203%20vlvulas%20y%20cilndros%20neumticos.pdf
- http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_neumatica/neumatica_indice.html
- http://www.miclase.com.ar/documentos/neumatica-industrial_festo.pdf
