Neumática e Hidráulica -...

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Neumática e HidráulicaNeumática e Hidráulica

Tecnología 4º E.S.O. Alberto Núñez Abril 2011

Alberto Núñez 2

OBJETIVOSOBJETIVOS

Conocer qué se esconde detrás de los conceptos Neumática, Hidráulica y sus aplicaciones en diferentes entornos.Comprender los principios físicos en que se basan los sistemas neumáticos e hidráulicos.Analizar el funcionamiento de los componentes de los sistemas neumáticos e hidráulicos.Calcular las magnitudes básicas necesarias para diseñar un sistema. Diseñar circuitos neumáticos o hidráulicos sencillos empleando programas de simulación y utilizando los símbolos estandarizados.Conocer los criterios medioambientales y de seguridad a considerar en el empleo de sistemas neumáticos e hidráulicos (oleohidráulicos).

Para ello:Trabajaremos los conceptos teóricos que se aplican en estos sistemas.Realizaremos ejercicios calculando parámetros necesarios para el diseño de componentes y sistemas neumáticos y oleohidráulicos.Realizaremos el montaje práctico de un sistema neumático.Diseñaremos circuitos neumáticos empleando un simulador.

NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

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MAPA DE CONTENIDOSMAPA DE CONTENIDOS

Principio de Pascal

APLICACIONES FUNDAMENTOSTEÓRICOS

Sistemas neumáticos

Sistemas hidráulicos

Ley de BoyleMariote

Ley de losgases ideales

DISEÑOSISTEMAS

Componentesy sus símbolos

Herramientasde simulación

NEUMÁTICA E HIDRÁULICA

MAGNITUDESY CARACTERÍST.

Presión

Requisitos delos sistemasCaudal

Flujos y velocidad

Viscosidad

Densidad


Ecuación decontinuidad

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NEUMÁTICA VERSUS HIDRÁULICANEUMÁTICA VERSUS HIDRÁULICANNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

TIPO DE SISTEMA NEUMÁTICO HIDRÁULICOOLEOHIDRÁULICO

Un nuevo reto para la TecnologíaEl problema: Necesitamos algo capaz de transmitir una gran cantidad de energía que realice grandes trabajos, con precisión y que sea barato de implementar.La solución: Sistemas neumáticos e hidráulicos (oleohidráulicos)

Origen del término Pneuma (viento) Hydro (agua), oleo (aceite)

Elemento que transmite la energía

Gases(fluido compresible)

Líquidos(fluido no compresible)

Ejemplos de aplicaciones

Máquinas, robots industriales herramientas, puertas autobuses

Máquinas de obras públicas, robots, aeronáutica

Características comparativas de los dos tipos de sistemas

- Fuerza limitada hasta 30000 N- Facilidad de instalación- Componentes económicos- Movimientos rápidos- El aire no mancha, hace ruido.

- Fuerza solo limitada por el material del cilindro.- Menor coste energético.- Control de velocidad, posición- Residuos a tratar, silencioso

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FUNDAMENTOS TEÓRICOSFUNDAMENTOS TEÓRICOSNNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

Los fluidos adoptan la forma del recipiente que los contiene

Los gases se expanden hasta llenar el recipiente

Los líquidos ocupan la parte inferior del recipiente por efecto de la gravedad

Los gases se pueden comprimir y expandir fácilmente

El comportamiento de gases y líquidos es análogo en conductos cerrados (tuberías), pero no en conductos abiertos.

El por qué de las diferencias.

FUERZA Y RAPIDEZ MUCHA FUERZA Y CONTROL DE VELOCIDAD

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS. MAGNITUDES.FUNDAMENTOS TEÓRICOS. MAGNITUDES.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

Presión. Presión absoluta y relativa.Presión (P) ejercida por un fluido (líquido o gaseoso) sobre las paredes del recipiente que lo contiene y viceversa, es el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie que recibe la acción.

Unidad de presión: Pascal (Pa)

1 bar = 1Kp/cm2 = 105 Pa = 760 mm Hg = 0,987 atm.

La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire existente en la atmósfera sobre la superficie terrestre, debida a su propio peso. Se mide con un barómetro.

Para medir la presión del aire comprimido se utilizan los manómetros, que miden la presión relativa.

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11mNPa =

relatmabs PPP +=

p= FS

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FUNDAMENTOS TEÓRICOS. MAGNITUDES.FUNDAMENTOS TEÓRICOS. MAGNITUDES.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

Caudal.El Caudal (Q) se define como el volumen V de fluido que atraviesa por unidad de tiempo una sección transversal S de una conducción.

vS

tlS

tVQ ⋅=⋅==

El Trabajo (W) en una superficie plana es la fuerza que ejerce un sistema para desplazar un objeto una determinada distancia. En neumática también lo puedes calcular como la presión por la variación de volumen.

La Potencia (P) es el trabajo que ejerce un sistema por unidad de tiempo. En neumática e hidráulica también lo puedes calcular como el producto de la presión por el caudal.

Potencia.

Trabajo.

W=p .ΔVW=F . l

P=Wt

P=p .Q

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Principio de Pascal (fluidos en reposo)Principio fundamental de la Hidrostática.“Cualquier fluido sometido a presión distribuye dicha presión a lo largo de todo el fluido, sin direcciones preferentes.”


Ley de Boyle y Mariotte (fluidos en reposo)“El producto del volumen V que ocupa una cantidad de gas por la presión p a la que está sometido permanece constante si no se producen variaciones de temperatura.”

FUNDAMENTOS TEÓRICOS. LEYES DE LOS FLUIDOS.FUNDAMENTOS TEÓRICOS. LEYES DE LOS FLUIDOS.

2

2

1

1

SF

SF

=

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Ley de los gases ideales.

En las condiciones de trabajo habituales en los sistemas neumáticos, el aire se puede considerar como un gas ideal. Entonces se cumple la expresión que relaciona su presión, volumen, temperatura y número de moléculas.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS. FLUIDOS EN NEUMÁTICA.FUNDAMENTOS TEÓRICOS. FLUIDOS EN NEUMÁTICA.

p .V=n . R.T

siendo:p: presión (atm)V: volumen (L)n: número de moles del gas (moles)

T: Temperatura en grados Kelvin; T(K) = T(ºC) + 273; p.e. Tª ambiente = 27 K

R: constante de los gases R=0,082 atm.LK.mol

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Principio de continuidad (líquidos no viscosos en movimiento)Para un fluido incomprensible (ej. aceite), el caudal Q que circula por un conducto es el mismo en todas sus secciones.


ctedvSdvS =⋅⋅=⋅⋅ 222111

QctevSvS ==⋅=⋅ 2211

Consecuencia: Al modificar el diámetro de una conducción la velocidad del fluido se modifica.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS. FLUIDOS EN OLEOHIDRÁULICAFUNDAMENTOS TEÓRICOS. FLUIDOS EN OLEOHIDRÁULICA

En cualquier fluido

Si el fluido es incompresible (líquido), entonces la densidad es la misma

S1

S2 v

2v

1

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Los líquidos al circular por los conductos se comportan de forma diferente en función de sus propiedades y esto provoca una pérdida de presión (carga). Esas propiedades son:


FUNDAMENTOS TEÓRICOS. FLUIDOS EN OLEOHIDRÁULICAFUNDAMENTOS TEÓRICOS. FLUIDOS EN OLEOHIDRÁULICA

Consideraciones al diseñar instalaciones Para evitar que el fluido entre en régimen turbulento la velocidad en las

tuberías se mantienen por debajo de 2,5 – 5 m/s, según la sección de la tubería. Los aceites que se emplean en oleohidráulica cuentan con características

específicas para estas aplicaciones. Al diseñar las instalaciones hay que hacer los recorridos lo más cortos

posibles, sin codos ni empalmes.

Pérdida de carga y propiedades de los líquidos en oleohidráulica.

Densidad: Relación entre la masa y el volumen que ocupaViscosidad: Resistencia que ofrece al fluir (Indice de viscosidad)Capacidad de lubricación: Disminuye la fricción

Consideraciones medioambientales al manejar aceites. Son muy contaminantes, Vigilar las pérdidas en los

circuitos y los residuos deben llevarse siempre a centros autorizados para su tratamiento.

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DISEÑO DE SISTEMAS. TIPOS DE COMPONENTES.DISEÑO DE SISTEMAS. TIPOS DE COMPONENTES.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

TIPO DE ELEMENTO NEUMÁTICO HIDRÁULICOOLEOHIDRÁULICO

1. Generadores de energía Compresor Bomba

2. Mando y control(controlan y dirigen la energía)

Válvulas Válvulas

3. Actuadores o elementos de trabajo

Cilindros, motores Cilindros, motores

4. Elementos de transporte y almacenamiento del fluido

Tubos rígidos y flexibles, racores,

depósitos

Tubos rígidos y flexibles, racores, depósitos

5. Elementos de seguridad, medición y acondicionamiento.

Válvula de alivio, filtros manómetro, secador.

Unidad de acondicionamiento

Válvula de alivio, filtros manómetro. Unidad de

acondicionamiento

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DISEÑO DE SISTEMAS. SISTEMA NEUMÁTICO. DISEÑO DE SISTEMAS. SISTEMA NEUMÁTICO. NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1166


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DISEÑO DE SISTEMAS. SISTEMA HIDRÁULICO. DISEÑO DE SISTEMAS. SISTEMA HIDRÁULICO. NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA



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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS GENERADORES.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS GENERADORES.

Partes del motocompresor:Motor (eléctrico o térmico)CompresorDepósito o calderínFiltroSecador o deshumidificador


MOTOCOMPRESOR

Características:Potencia (W).Voltaje alimentación (si es eléctrico) (V)Caudal (m3/s)Presión máxima (N/m2)Capacidad del depósito (m3) Compresor de

aire comprimido

Depósito neumático

Tipos de compresores:De émbolo.Rotativo de paletasRotativo de husilloRotativo de tornilloRotativo Turbocompresor

ÉmboloRotativo de

paletas

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS GENERADORES.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS GENERADORES.

Partes:Motor (eléctrico o térmico)BombaDepósitoVálvula limitadora de presión.


BOMBA

Características:Potencia (p

* Q) (W)

Presión nominal o de trabajo (Pa).Caudal (m3/s)Velocidad de rotación máxima y mínimaRendimiento (%)

Bomba hidráulica de flujo unidireccional

Depósito hidráulico

Tipos de bombas:De engranagesDe tornilloDe paletasDe pistones Paletas Pistones

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN.

Cilindro de simple efecto


CILINDROS

Cilindro de doble efecto

F = p . S

Fav

= p . Sav

Fretr

= p . Sretr

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

CILINDROS. Consumo de fluido del cilindro.Condiciona las características del compresor o la bomba. Depende de su volumen y el número de ciclos que hace.

Volumen del cilindro de simple efecto

siendo c la carrera o longitud que el vástago puede salir. Volumen del cilindro de doble efecto (avance y retroceso)

Si queremos conocer el volumen de aire tomado de la atmósfera recurrimos a la ley de Boyle y Mariotte.

Vatm

. patm

= Vcomp

. Pcomp

(todos los valores de presión absoluta)

Consumo (C) = V . nc

V=Sav

.c+ Sretr

.c=Π 2D2−d 2

4.c

V=S .c=Π D2

4.c

En el caso de los cilindros oleohidráulicos podemos controlar la velocidad de avance del émbolo regulando el caudal v=Q

S

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

MOTORES.Podemos encontrar motores de varios tipos tantos neumáticos como hidráulicos

Motor neumático de paletas(Un sentido de giro)

Motor neumático de paletas(doble sentido)

Motores hidráulicos

Un sentidode giro

Dos sentidosde giro

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL.

Varios tipos: - De secuencia o distribuidoras- Antirretorno- Regulador de caudal


VÁLVULAS

Válvula de secuencia 3/2

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Se caracterizan por:- el número de posiciones.- el número de vías (orificios).- el tipo de accionamiento. (4 tipos)


VÁLVULAS DE SECUENCIA O DISTRIBUIDORAS

Una posición

Dos posiciones

Tres posiciones

Sirven para:- Distribuir el fluido por sus vías (interruptor)

POSICIONES

Válvula 2/2 Válvula 3/2 Válvula 5/3 Válvula 4/2, 4 vías 2 posiciones

VÍAS

ACCIONAMIENTOSManual

Mecánicos Neumático/HidráulicoEléctrico

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Posición de reposo o activa.Normalmente abierta, en reposo deja pasar el fluido. Normalmente cerradas, en reposo NO deja pasar el fluido.


VÁLVULAS DE SECUENCIA. ACCIONAMIENTO Y REPRESENTACIÓN.

Las vías de las válvulas se dibujan en la posición de reposo.El desplazamiento a la posición de trabajo se realiza transversalmente, hasta que las canalizaciones coinciden con las vías en la nueva posición.También se indica el tipo de mando que modifica la posición de la válvula (señal de pilotaje).

El fluido circula de 1 a 2

Válvula 3/2 en posiciónnormalmente cerrada.

Válvula 3/2 en posiciónnormalmente abierta.

Válvula 3/2 con activación por presión y retorno mecánico pormuelle.

CIRCULACIÓN DEL FLUIDO

No permite el paso del fluido

Válvula 2/2 con activación manual por mando con bloqueo y retorno mecánico por muelle.

El fluido circula de 3 a 4

Canales unidos.

El triángulo indica la situación de unescape de aire sobre la válvula.

CAMBIO DE POSICICIÓN SÍMBOLO COMPLETO

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

VÁLVULAS SELECTORA (OR - O) y DE SIMULTANEIDAD (AND - Y).

Selectora (OR - O)Deja pasar el fluido hacia la salida cuando el fluido entra por cualquiera de sus entradas. (Ej. activar un cilindro desde varios sitios)

De simultaneidad (AND - Y)Deja pasar el fluido hacia la salida sólo cuando hay presión de fluido en sus dos entradas de forma simultánea. (Ej. circuito de seguridad)

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VÁLVULAS ANTIRRETORNO y REGULADORAS.

Válvula antirretorno.Permite el paso libre del fluido sólo en uno de los sentidos.

Válvula reguladora (estranguladora) unidireccional.Permite el paso libre del fluido sólo en uno de los dos sentidos (2 a 1), pero en el otro sentido (1 a 2) el fluido circula más lentamente en función de la regulación de la válvula.

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DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE TRANSPORTE.DISEÑO DE SISTEMAS. ELEMENTOS DE TRANSPORTE.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

CONDUCTOS

Pueden ser:- Metálicos, de plástico, de teflón y otros materiales rígidos o flexibles (latiguillos).

Se pueden empalmar:- Con racores

Sirven para:- Distribuir el fluido por el sistema

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DISEÑO DE SISTEMAS. MEDICIÓN Y ACONDICIONAMIENTO.DISEÑO DE SISTEMAS. MEDICIÓN Y ACONDICIONAMIENTO.NNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

UNIDAD DE MANTENIMIENTO (Seguridad, medición, filtrado).

Unidad de mantenimiento

CompletaSimplificada

Incorpora varios elementos:- Regulador de presión.- Filtro.- Lubricador de aire.

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DISEÑO DE SISTEMAS. DISEÑO DE CIRCUITOSDISEÑO DE SISTEMAS. DISEÑO DE CIRCUITOSNNEEUUMMÁÁTTIICCA A – – HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA

NORMAS DE REPRESENTACIÓN DE CIRCUITOS.

Nivel superior Actuadores.

Nivel medio.Elementos de control

Nivel inferior.Elementos de alimentación y acondicionamiento

AB

RPS

YZ

ISO24

315

1214

CETOP

La representación en los circuitos responde a normas internacionales ISO 1219 (UNE 101 149-86), aunque hay algunas pequeñas diferencias de nomenclatura ISO (Organización Internacional de estándares y CETOP (Comité Europeo de transmisiones oleo-hidráulicas y neumáticas.

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CIRCUITOS NEUMÁTICOS. SIMULACIÓN.Para ayudarnos en el diseño de los sistemas hidráulicos disponemos de simuladores que nos permiten diseñar el circuito empleando los símbolos normalizados que se corresponden con elementos o dispositivos disponibles en el mercado y además probar su comportamiento tantas veces como sea necesario hasta ajustar los parámetros que necesitamos.

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CIRCUITOS NEUMÁTICOS. APLICACIONES.

1.0

1.31.22

1 3

2

1 3

1.3

4 2

1 3

2.32.22

1 3

2.2

2

1 3

2.3

4 2

1 33.33.2

2

1 3

3.2

2

1 3

3.3

4 2

1 3

2.03.0

2.2

1.3 3.22.3 3.3

SISTEMA DE TALADRADO

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

mm

50

100Cilindro doble ef ecto

mm

50


mm

50


Denominación del componente Marca

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