Neumática e hidráulica. 4º ESO 1

Gustavo Zazo. 2015

UNIDAD DIDÁCTICA NIVEL: 4ºESO

NEUMÁTICA E HIDRÁULICA

1 Conceptos previos ................................................................................................................................ 2

1.1 Neumática e hidráulica ......................................................................................................................... 2

1.2 Presión .................................................................................................................................................. 2

1.3 Caudal ................................................................................................................................................... 2

1.4 Leyes y principios ................................................................................................................................. 3

2 Generalidades de los circuitos hidráulicos y neumáticos .................................................................. 3

3 Elementos de los sistemas neumáticos e hidráulicos ........................................................................ 3

4 Elementos activos ................................................................................................................................. 4

5 Acumuladores ....................................................................................................................................... 5

6 Elementos de protección ...................................................................................................................... 5

7 Elementos de transporte ...................................................................................................................... 6

8 Elementos de control (válvulas) ........................................................................................................... 6

8.1 Válvulas distribuidoras .......................................................................................................................... 6

8.2 Válvulas controladoras de flujo ............................................................................................................ 8

9 Elementos de consumo (actuadores) .................................................................................................. 8

9.1 Actuadores rotativos (motores) ............................................................................................................ 8

9.2 Actuadores lineales (cilindros) ............................................................................................................. 9

10 Ejemplos de circuitos ......................................................................................................................... 10

11 Anexos ................................................................................................................................................. 12

Neumática e hidráulica. 4º ESO 2

Gustavo Zazo. 2015

1 Conceptos previos

1.1 Neumática e hidráulica

Tratan del estudio y aplicación de los fluidos en movimiento, que contienen energía cinética, para producir efectos mecánicos deseados.

En los circuitos neumáticos el fluido es un gas (aire). En los circuitos hidráulicos el fluido es un líquido. Aunque el término hidráulico hace referencia al agua,

en las aplicaciones reales el líquido que se utiliza es un aceite mineral, que presenta una serie de ven-tajas respecto al agua.

Volumen propio Forma propia Comprimible

LÍQUIDOS Sí No No

GASES No No Sí

1.2 Presión

Un fluido almacenado en un recipiente ejerce una fuerza sobre las paredes del mismo. La fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina presión.

𝒑 =𝑭

𝑺 𝑃𝑎 =

𝑁

𝑚2 1 𝑝𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙 =

1 𝑛𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛

1 𝑚2

Unidades de presión

Nombre Símbolo Equivalencias

pascal Pa

atmósfera atm 1 atm = 1,01325·105 Pa

bar b 1 b = 105 Pa / 1 b ≈ 1 atm

mm de Hg mm Hg 1 mm Hg = 133.32 Pa

1 atm = 760 mm Hg

1.3 Caudal

El caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del conducto (tubería, cañería, oleo-ducto, río, canal,...) por unidad de tiempo.

𝑪 =𝑽

𝒕

𝑚3

𝑠

𝑙

𝑠

𝑚3

ℎ

Neumática e hidráulica. 4º ESO 3

Gustavo Zazo. 2015

1.4 Leyes y principios

Hidráulica

Ley de Pascal: el incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incomprimible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.

Principio de Bernoulli: en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

Neumática

Ecuación de estado de los gases perfectos (o ideales).

𝒑 ∙ 𝑽 = 𝒏 ∙ 𝑹 ∙ 𝑻

P: presión (atm) V: volumen (L) N: número de moles (masa/masa molecular) R: constante de los gases (0,082 atm·L/K·mol) T: temperatura (K)

2 Generalidades de los circuitos hidráuli-cos y neumáticos

Circuitos neumáticos Circuitos hidráulicos

Después de realizado el trabajo, el aire se expulsa a la atmósfera.

El aceite se hace retornar a través de tuberías, de modo que puede emplearse indefinidamente.

Útil para esfuerzos hasta 30.000 N

Debido a que el aire es comprimible, no es posible obtener movimientos lentos y a la vez constantes.

Se obtienen movimientos lentos y constantes.

3 Elementos de los sistemas neumáticos e hidráulicos

ELEMENTOS Neumática Hidráulica

ACTIVOS Comunican energía al fluido

Compresores Bombas

PASIVOS Transforman, transportan o controlan la energía. Protegen el circuito

PROTECCIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS FLUIDOS

Filtros Reguladores de presión Lubricadores

Filtros Reguladores de presión Depósitos

TRANSPORTE Y CONTROL Tuberías y válvulas

ACTUADORES O DE CONSUMO Transforman en trabajo útil la energía del fluido en movimiento

Cilindros: Movimientos lineales Motores: movimientos rotativos

Neumática e hidráulica. 4º ESO 4

Gustavo Zazo. 2015

4 Elementos activos

Comunican energía al fluido. Circuitos neumáticos: Compresores

Elevan la presión del aire aspirado de la atmósfera. Los mas usados son los compresores alternativos de pistones mo-vidos por un motor eléctrico o térmico. Se caracterizan por:

La presión que comunican al aire. El caudal que proporcionan Animación compresor monofásico https://www.youtube.com/watch?v=fTDkG1y5R34

Compresor monofásico portátil

Compresor de pistón monofásico Consta de un sistema biela – manivela que está conectado a un émbolo (o pistón) que se mueve dentro de un cilindro. El aire a presión atmosférica entra en el cilindro a través de una válvula de ad-misión; una vez comprimido el aire, este se trans-fiere a través de una válvula de escape. El aire alcanza los 180ºC, debido al aumento de presión. Compresor de pistón bifásico Consta de dos sistemas de émbolo–cilindro encadenados. En la primera fase la presión se eleva a 3 -8 bar y en la segunda fase hasta los 25 bar. El aire se calienta mas; para enfriar el aire se utilizan refrigeradores de agua. Animación compresor bifásico https://www.youtube.com/watch?v=rIqCkrCFSB0 Circuitos hidráulicos: Bombas

Hacen recircular el fluido por el circuito hidráulico. Se accionan mediante un motor eléctrico o térmico. Se usan de tres tipos

De engranes De paletas

De pistón Animación bomba de engranes: https://www.youtube.com/watch?v=c6gwU7IHtlo

Bomba de engranes labmecanica.blogspot.com

Neumática e hidráulica. 4º ESO 5

Gustavo Zazo. 2015

5 Acumuladores

Circuitos neumáticos

Almacenan aire a una presión elevada.

Son necesarios para: o Estabilizar el caudal fluctuante. o Desconectar el compresor cada cierto tiempo. o Suministrar un caudal mayor que el que proporciona el compresor.

Suelen llevar un sensor de presión que activa el compresor cuando es necesario.

sites.google.com

Circuitos hidráulicos: Depósitos

Son necesarios para almacenar el aceite.

Ayudan a separar el aire y los agentes extraños. Contribuyen a disipar el calor que se genera en el circuito.

6 Elementos de protección

Son los encargados de eliminar las impurezas en el circuito y de protegerlo de situaciones que podrían ocasionar perjuicios. Circuitos neumáticos

FILTROS Eliminan: El agua existente en el aire

Las partículas e impurezas en suspensión. LUBRICADORES Inyecta gotas de aceite de tamaño muy fino en el flujo del aire para evitar que se produzca un desgaste excesivo de los elementos del circuito. LIMITADORES (O REGULADORES) DE PRESIÓN Se encargan de que la presión se mantenga por debajo de un límite. Entre ellos cabe destacar las válvulas de escape. SILENCIADOR Evita el ruido que se produce al expulsar el aire a la atmósfera y la entrada de impurezas por la salida del aire. Circuitos hidráulicos

FILTROS La misma misión que en circuitos neumáticos VÁLVULAS DE ALIVIO Si la presión supera un determinado valor se libera el fluido haciendo que se devuelva al depósito.

Neumática e hidráulica. 4º ESO 6

Gustavo Zazo. 2015

7 Elementos de transporte

Son los encargados de llevar el fluido hasta los puntos de consumo. Reciben el nombre de tuberías. Circuitos neumáticos

Deben posibilitar que la pérdida de presión sea mínima. La superficie interior debe ser pulida. Deben soportar la presión sin sufrir daño. Se fabrican en cobre, acero o plásticos resistentes, como el polietileno.

En el caso de que sea necesario la utilización de tuberías flexibles se usan latiguillos (tuberías flexibles de goma o plástico, recubiertas a veces por una malla de acero)

Circuitos hidráulicos

Mismas consideraciones que en los circuitos neumáticos.

Debe haber una tubería de ida y otra de vuelta al depósito.

8 Elementos de control (válvulas)

Controlan el fluido que se inyecta en los elementos de consumo. Se llaman válvulas y pueden ser de distinto tipo dependiendo de lo que controlen.

Válvulas de control de la dirección del flujo (distribuidoras). Válvulas controladoras de flujo.

8.1 Válvulas distribuidoras

Características

Número de vías (entradas y salidas)

Número de posiciones de la válvula. Representación simbólica de las válvulas (norma CETOP)

1. Cada posición se representa por un cuadrado.

2. Las vías se indican con trazos en los bordes de la posición de re-poso de la válvula (0).

3. Las conexiones internas entre las vías se indi-can mediante líneas. Sobre las líneas se indica el sentido de circulación o las conexiones (vías) cerradas.

Neumática e hidráulica. 4º ESO 7

Gustavo Zazo. 2015

4. El tipo de mando y de retorno de la válvula (los pilotajes) se dibujan pegados a esta.

5. Las válvulas se dibujan en reposo. Cuando se acciona, la válvula se desplaza hasta que coin-ciden las vías y las canalizaciones.

6. Las vías se indican alfabética o numéricamente

Alimentación P 1

Vías de utilización A, B, C 2, 4, 6 Escape a la atmósfera (circ .neumáticos) o de retorno al tanque (circ. hidráulicos)

R, S, T 3, 5, 7

Pilotaje X, Y 10, 12

7. Se dice que una válvula está:

Normalmente cerrada (NC), si en reposo el paso del aire está cerrado. Normalmente abierta (NA), si en reposo el paso del aire está abierto.

8.1.1 Nomenclatura de las válvulas distribuidoras

Número de vías / número de posiciones + pilotaje Ejemplos

Válvula 2/2 con mando por pulsador y retorno por muelle

Válvula 3/2 con mando y retorno neumáticos

Válvula 4/2 con mando por pedal y retorno neumático

Válvula 5/2 con mando por palanca y retorno por muelle

Válvula 5/3 con mando electroneumático y retorno por muelle

Neumática e hidráulica. 4º ESO 8

Gustavo Zazo. 2015

8.2 Válvulas controladoras de flujo

Válvula reguladora bidireccional Disminuye el caudal del fluido y, por tanto, la velocidad de los actuadores

Válvula reguladora unidireccional Se utiliza en los cilindros para conseguir que el pistón se desplace mas lentamente en un sentido que en el otro

Válvula antirretorno Sólo permite circular el fluido en un sentido

Válvula selectora de circuito (célula O) Mando de un elemento desde dos lugares diferentes indistintamente

Válvula de simultaneidad (célula Y) Mando de un elemento desde dos lugares diferentes a la vez.

Válvula temporizadora Se consigue combinando un regulador unidireccional y un depósito. Cuanto mayor es el depósito, mayor será el tiempo de retardo.

9 Elementos de consumo (actuadores)

En estos elementos la energía comunicada al fluido por el compresor (en circuitos neumáticos) o la bomba (en circuitos hidráulicos) se utiliza para realizar un trabajo. Según el tipo de movimiento que realizan se clasifican en:

Actuadores rotativos. Actuadores lineales.

9.1 Actuadores rotativos (motores)

El fluido en su movimiento incide en los álabes de una turbina y produce el giro de su eje. Aplicaciones: Taladradoras neumáticas, destornilladores neumáticos, torno de dentista.

Símbolo del motor de un sentido de flujo (un sentido de giro)

Símbolo del motor de dos sentidos de flujo (dos sentidos de giro)

Neumática e hidráulica. 4º ESO 9

Gustavo Zazo. 2015

9.2 Actuadores lineales (cilindros)

Están constituidos por un pistón, unido a un vástago, que se desplaza dentro de un cilindro estanco. El fluido de trabajo entra en el cilindro y empuja el pistón.

9.2.1 Cilindros de simple efecto

El fluido únicamente empuja el pistón en un sentido. El retroceso tiene lugar gracias a la acción de un muelle.

Tienen solo una vía, por la que entra y sale el fluido.

Estos cilindros, por tanto, solo desarrollan trabajo útil en el movimiento de avance

Símbolo del cilindro de simple efecto Movimiento del cilindro de simple efecto

9.2.2 Cilindros de doble efecto

El fluido empuja el pistón en los dos sentidos. Tienen dos vías. Se puede realizar trabajo útil en los dos sentidos.

Hay que tener en cuenta que la superficie de contacto del fluido con el pistón es menor por el lado en que está el vástago. Por tanto F lado vástago < F lado sin vástago.

Símbolo del cilindro de doble efecto Movimiento del cilindro de doble efecto

Aplicaciones de los cilindros: Martillos neumáticos, apertura y cierre de puertas (circuitos neumáticos), gatos y elevadores hidráulicos, maquinaria de obra pública, direcciones asistidas, frenos, etc.

Neumática e hidráulica. 4º ESO 10

Gustavo Zazo. 2015

10 Ejemplos de circuitos

Control de un cilindro de simple efecto mediante una válvula 3/2 con mando por palanca y retroceso por muelle. Escape de aire con silenciador

Control de la velocidad de avance de un cilindro de simple efecto mediante una válvula 3/2 con mando por pedal y retroceso por muelle.

Control de la velocidad de avance y retroceso de un cilindro de simple efecto mediante el accionamiento simultáneo de dos válvulas 3/2 con mando por pul-sador y retroceso por muelle.

Control de la velocidad de avance de un cilindro de doble efecto con una válvula 4/2 con mando por pulsador y retroceso por pedal.

Circuito semiautomático: Mando de un cilindro de doble efecto desde dos puntos indistintamente. Retroceso automático.

Neumática e hidráulica. 4º ESO 11

Gustavo Zazo. 2015

Circuito automático: En la posición de la figura, el vástago está detenido. Cuando se mueve la palanca de la válvula (A) hacia la derecha, se pilota el distribuidor (B) hacia la iz-quierda y el vástago avanza. Cuando el vástago alcanza el mando de la válvula (C), la válvula (B) cambia de posición y el vástago retrocede. El mo-vimiento de avance y retroceso se repite indefini-damente hasta que la válvula (A) se pilote hacia la izquierda.

Motor neumático de un sentido de giro controlado con una válvula 2/2.

Motor neumático de dos sentidos de giro controla-do con una válvula 5/3.

Neumática e hidráulica. 4º ESO 12

Gustavo Zazo. 2015

11 Anexos

RECURSOS Actuadores neumáticos https://www.youtube.com/watch?v=U4cAeWZHyNE Estructura de un sistema de control neumático https://www.youtube.com/watch?v=-iwttJ3ahFo Válvulas distribuidoras hidráulicas https://www.youtube.com/watch?v=7p13IUdsd20 Unidad didáctica http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_neumatica/neumatica_indice.html Simuladores http://ares.cnice.mec.es/electrotecnia/a/generales/simulador_neumatica/simulador_neumatica.htm http://www.fluidsim.de/fluidsim/indexdemo4_e.htm (versión demo de FluidSIM. Muy bueno) “Neumática e hidráulica” 4º ESO por Gustavo Zazo se encuentra bajo una Licencia

Creative Commons Atribución – No Comercial – Compartir Igual 3.0 Unported.