5.SISTEMAS NEUMÁTICOS Y OLEOHIDRÁULICOS
1. Neumática.2. Hidráulica
3.Circuitos neumáticos.
4. Simulación de circuitos neumáticos con Fluidsim 5. Problemas
1.
N
EUMÁTICA
1.1. Definición
La neumática es la técnica que se dedica al estudio y aplicación del aire comprimido en los procesos industriales
Los circuitos neumáticos tienen las partes que se detallan a continuación
El aire comprimido puede cumplir dos funciones:
- Fluido accionador de los motores o cilindros neumáticos - Fluido de control en las instalaciones.
-El aire tiene una composición del 78% de nitrógeno, 20% de oxígeno, 1,3% de gases nobles y cantidades menores de dióxido de carbono y vapor de agua.
-Su densidad es de 1,293Kg/m3y la masa molecular promedio del aire seco (sin vapor de agua) es de 28,8g/mol
-El aire como cualquier gas es compresible, es decir, es capaz de disminuir su volumen como consecuencia de la presión exterior.
-Además al ser introducido en un recipiente tiende a repartirse por igual en el interior del mismo. -Presenta una reducida viscosidad, propiedad que le facilita el fluir a través de conducciones. -Presenta en general un elevado coeficiente de dilatación térmica.
1.2.Presión
1.2.1. Definición y unidades
Se define la presión como el cociente entre el valor de una fuerza que actúa sobre una superficie y el valor del área de la superficie.
S
F
P
=
donde F es la fuerza, y S es el área de la superficie. En el sistema internacional su unidad es el Pascal 21
1
1
m
N
Pa
=
En la práctica y para aplicaciones técnicas se admiten las siguientes equivalencias: 1atm=105Pa=1bar=1kp/cm2=760mm de Hg
1.2.2. Presión relativa y absoluta
Presión atmosférica= Es la presión ejercida por la atmósfera. A nivel del mar a 25ºC es de 1atm Presión absoluta=Es la presión referida al vacío absoluto.
Presión relativa o manométrica=Es la diferencia respecto de la presió atmosférica. Es la que mide el
manómetro.
Presión absoluta = Presión manométrica + Presión atmosférica
1.3. Caudal
Se define el caudal como el volumen de fluido que atraviesa una determina sección transversal de una conducción por cada unidad de tiempo.
v
S
t
l
S
t
V
Q
=
=
. =
.
Se expresa en m3/s Q=caudal t=tiempo V=volumen Energía Aire Tuberías Compresor Depósito Secador +S=sección
l=longitud de la tubería v=velocidad
1.4.Leyes de los gases perfectos
1.4.1. Gas real y gas perfecto: El estudio de las propiedades y procesos de los gases reales es
extraordinariamente complejo, por lo que los científicos han creado la figura del gas perfecto, siendo éste un gas en el que se considera que:
1.- No existe fuerza alguna de cohesión molecular.
2.- Las moléculas no ocupan volumen alguno y se consideran como puntos materiales.
1.4.2. Ley de Boyle-Mariotte
A temperatura constante el volumen de un gas encerrado en un recipiente rígido es inversamente proporcional a la presión absoluta, o sea el producto de la presión absoluta y el volumen es constante para una determinada cantidad de gas siempre que la temperatura sea constante
Cte
V
P
.
=
siempre que T=cte P=presión absoluta1.4.3. Ley de Gay-Lussac
El producto presión absoluta por volumen entre la temperatura absoluta para un mismo número de moles de un gas permanece constante
Cte
T
V
P
.
=
1.4.4. Ecuación de los gases perfectos: PV=nRT
P=presión (Pa, atm, bar) V=volumen(m3, l) n=nº de moles m/M=
molecular
peso
gases
de
masa
_
_
_
R=0,082atm.l/(ºK.mol)=8,314J/(mol.ºK)=8,314Pa.m3/(mol.ºK)=0,08314bar.l/(mol.ºK)=2cal/(ºK.mol) T=temperatura en ºK2.H
IDRÁULICA
2.1. Definiciones
2.1.1.HidráulicaTécnica que se dedica al estudio y aplicación de los líquidos como elemento accionamiento y gobierno de máquinas en los procesos industriales.
Los circuitos hidráulicos tienen las partes que se detallan a continuación
2.1.2.Oleohidráulica
Como el fluido que se suele utilizar es aceite proveniente de la destilación del petróleo se le suele llamar a veces oleohidráulica. Usaremos a partir de ahora el nombre de hidráulica por ser más general al referirse a todo tipo de líquidos.
2.1.3. Los líquidos
Los líquidos a presión y temperatura determinados ocupan un volumen determinado. Introducidos en un recipiente adoptan la forma del recipiente . Los líquidos son prácticamente incompresibles.
2.2. Densidad
2.1. Densidad Motor eléctrico Bomba Elementos de transporte Válvulas (regulación y control) Elementos de trabajoEs la masa por unidad de volumen
v
m
=
ρ
ρ=densidad (Kg/m3 ) m=masa v=volumenLos líquidos al ser practicamente incompresibles poseen densidad constante a una determinada temperatura
2.4. Viscosidad
4.1. ConceptoSe denomina viscosidad a la resistencia que ofrece una capa de un fluido a deslizar sobre otra. Si un fluido circula con poca dificultad como por ejemplo el agua decimos que es poco viscoso; si un fluido circula con mucha dificultad como por ejemplo el aceite decimos que es viscoso.
La viscosidad depende de la temperatura
2.5. Flujo laminar y turbulento
5.1. Flujo laminarSe dice que hay flujo laminar cuando las partículas del fluido se desplazan suave y paralelamente unas a otras. Bajas velocidades en canales lisos producen flujos laminares.
5.2. Flujo turbulento
Se dice que hay flujo turbulento cuando hay un movimiento no lineal sino con remolinos, giros y cambios de dirección de las partículas del fluido.
2.6. Principio de Pascal
La presión aplicada a un fluido confinado se transmite integramente en todas direcciones. Es el fundamento físico de la prensa hidráulica:
2
2
1
1
2
1
S
F
S
F
P
P
=
⇒
=
Sin embargo los avances para fluidos incompresibles del émbolo pequeño y del grande no serán iguales al ser iguales los volúmenes
desalojados pero no las secciones.
2
.
2
1
.
1
2
1
V
S
e
S
e
V
=
⇒
=
3.C
IRCUITOS NEUMÁTICOS
3.1.Producción y tratamiento del aire comprimido
3.1.1. CompresoresSon las máquinas que elevan la presión del aire que aspiran de la atmósfera. Se representan como:
3.1.2.Refrigerador
Como el aire comprimido se calienta bastante, hay que refrigerarlo hasta unos 25ºC. Está formado por una serie de tubos por los que circula el agua . El aire que se va a refrigerar circula en sentido contrario al del agua, por el exterior de los tubos.
Se representan como:
3.1.3.Acumulador
Es un depósito que se coloca a continuación del refrigerador. Su objetivo es almacenar aire comprimido para suministrarlo en los momentos de mayor consumo
Se representan como: S1 F1 S2 F2 e1 e2
3.1.4.Filtro
Detiene las impurezas que arrastra el aire comprimido. Estas impurezas provienen de la atmósfera y de los residuos oxidados de las tuberías. El aire entra en el filtro por la parte superior y sufre un centrifugado. Las partículas sólidas más gruesas y las gotas de agua se proyectan contra la pared interna de la cuba y se depositan en la parte inferior
Se representan como
3.1.5.Lubricador
Mezcla el aire con aceite para aumentar la vida y rendimiento de los elementos neumáticos ya que se disminuye el rozamiento y evita la oxidación
Se representan como
3.1.6.Regulador de presión
Mantiene el aire de salida a una presión constante sean cuales sean las fluctuaciones de la red y las variaciones del consumo de aire de la instalación.
Se representan como
3.1.7. Manómetro
Mide la presión en el circuito. Se representan como:
3.1.8. Representaciones abreviadas de los sistemas de producción y tratamiento
a) Unidad de acondicionamiento: Consta de un filtro, un regulador de presión, un manómetro y un lubricador.
b) Sistema de producción y acondicionamiento
Se representa como
Se representa como
3.2.Actuadores
3.2.1. Cilindros de simple efecto
Realizan trabajo en un solo sentido. Es decir, la presión del aire desplaza al émbolo o pistón que retrocede por acción de un muello.
Se representa como:
3.2.2. Cilindros de doble efecto
Permiten realizar trabajar en los dos sentidos. El émbolo o pistón delimita dos cámaras independientes. Para que el pistón se pueda mover, es necesario que entre aire a una de las cámaras y que por la otra salga a la atmósfera.
Se representa como:
3.3Válvulas
3.3.1. Válvulas distribuidoras
En todas las distribuidoras hay que definir las siguientes características fundamentales:
1. Número de vías: Representa el número de agujeros que tiene una válvula contando las entradas y las salidas
2. Número de posiciones: Normalmente tienen dos posiciones, una que define el estado de reposo y otra el estado de trabajo. Sin embargo es posible encontrar válvulas con tres posiciones lo que indica una posición neutra central.
3. Tipo de mando y retorno: Se refiere al accionamiento para cambiar de posición y para volver al estadio inicial
Las válvulas se nombran citando en primer lugar el número de vías, después el de posiciones y opcionalmente el mando y el retorno.
Funcionamiento de una válvula
3.3.2. Válvulas antirretorno
Permiten la circulación del aire en un solo sentido, quedando bloqueado su paso en sentido contrario
3.3.3. Válvula regulador unidireccional
Regula el caudal de aire en una sóla dirección. En el sentido contrario permite el paso libremente.
3.3.4. Válvula reguladora bidireccional
Regula el caudal de aire en ambas direcciones.
3.3.5. Valvula de simultaneidad o célula Y
Permite la circulación de aire sólo cuando por los dos laterales hay una entrada de presión.
3.3.6 Válvula selectora de circuito o célula O
Permite la circulación de aire cuando sólo una de las dos entradas dispone de presión
4.
S
IMULACIÓN DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS CON
F
LUIDSIM
4 2
1 3
2
1 3
Control de un cilindro Control de un cilindro
4 2 1 3 0 2 4 2 1 3 1 4 4 2 1 3 3 6 4 2 1 3 5 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 mm 50 100 Cilindro doble ef ecto
mm 50 100 Cilindro doble ef ecto
mm 50 100 Cilindro doble ef ecto
mm 50 100 Cilindro doble ef ecto
Denominación del componente Marca
2 1 3 2 1 3 2 1 3 1 100% 1
Control para secuencia 1234derecha4321izquierda
Control para desplazamiento izquierda-derecha en un cilindro de simple efecto
4 2 1 3 6 7 4 2 1 3 1 0 4 2 1 3 3 2 4 2 1 3 5 4 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 mm 50 100 Cilindro doble efecto
mm 50 100 Cilindro doble efecto
mm 50 100 Cilindro doble efecto
mm 50 100 Cilindro doble efecto
Denominación del componente Marca
2 1 3 78% 78% 2 1 3 A 2 1 3 B A B 4 2 5 1 3
Control para secuencia 1234derecha1234izquierda
Control para movimiento alternativo de un cilindro de doble efecto
5.
P
ROBLEMAS
1. Indica el nombre y describe los siguientes elementos: 1 2 3 4 5 7 8
2. El mecanismo elevador de la figura se debe diseñar para levantar coches de hasta 1500 Kg de masa. Con los datos de la figura, halla:
a) Fuerza F1 que hay que ejercer en el pistón de trabajo Pistón de trabajo
b) Elevación de los coches si el pistón de F1 Pistón elevador trabajo se mueve a 150 cm
φ1= 10 cm φ2= 200 cm 3.Dado el montaje de la figura, halla: F1=4 Kg Émbolo de la bomba Pistón de trabajo
a) La presión hidrostática P Cilindro de la bomba
a) La fuerza F2. S1=2.5cm2 S2=25 cm2 F2 b) El recorrido e del pistón.
2cm
e
4 Dado el siguiente circuito neumático: a) Identifica sus componentes.
b) Hacia donde se desplaza el pistón si: - Accionamos la válvula
5. Diseña un circuito neumático que accione la prensa del siguiente dibujo de manera que se deban accionar simultáneamente el botón de accionamiento y el botón de seguridad.
Botón de accionamiento Prensa
Botón de seguridad Usa un cilindro de simple efecto y retorno por muelle.
6. Analiza el funcionamiento del siguiente circuito e indica sobre que válvula tenemos que actuar para que el pistón se mueva según A o B.
7. Explica el funcionamiento del siguiente circuito e identifica cada uno de los elementos.
8. Explica el funcionamiento del siguiente circuito e identifica cada uno de los elementos. ¿Para que sirve A?. ¿Para que sirve el final de carrera 1?.
2 1 3 2 1 3 2 1 3 1 100% 1 Válvulas Desplazamiento hacia A Desplazamiento hacia B 1 2
9. Rellena el siguiente cuadro para indicar el desplazamiento del pistón al actuar sobre la válvula 1 o 2. ¿Para qué sirven los estrangulamientos?.
10. Diseña un sistema para abrir una puerta de un garaje de manera que se abra desde dentro al pulsar una válvula y se cierre desde fuera al pulsar otra.
11. a) Analiza los componentes del siguiente circuito
Razona que ocurre en los siguientes casos si se da el siguiente orden:
b).- Hacia donde se desplaza el pistón cuando manteniendo el suministro de aire no se pulsa la válvula 1. c).- Hacia donde se desplaza el pistón cuando se acciona la válvula 1.
d).-¿Qué sucede cuando el pistón acciona el final de carrera A? e).-¿Qué sucede cuando el pistón acciona el final de carrera B?
12.Diseña con la ayuda del fluisim circuitos que hagan las siguientes secuencias a)1234der-4321izq
b)1234der-1234izq c)1324der-2413izq
d)(12simultaneo)der-(34simultaneo)der-(14simultaneoizq)-(23simultaneo)izq
Desplazamiento del pistón
Accionamos 1 Accionamos 2 2 1 3 78% 78% 2 1 3 A 2 1 3 B A B 4 2 5 1 3 1 100% 2 1 3 2 1 3 100% 1 2
