Neumática y oleohidráulica

4º ESO

Neumática y oleohidráulica

1. CIRCUITOS NEUMÁTICOS

Los circuitos neumáticos utilizan el aire sometido a presión como medio de transmisión de una fuerza. El aire se toma directamente de la atmósfera y se deja salir libremente al final del circuito. La neumática resulta útil para esfuerzos que requieran cierta precisión y velocidad, como sistemas automáticos, herramientas neumáticas, etc.

Un circuito neumático consta, básicamente de los siguientes elementos:

Compresor: elemento que comprime el aire que toma de la atmósfera. Depósito: recipiente donde se acumula el aire a presión. Unidad de mantenimiento: encargada de limpiar el aire antes de entrar al circuito neumático. Válvulas: elementos que regulan el paso de fluido. Actuadores: aprovechan el aire comprimido para realizar un trabajo.

2. CIRCUITOS OLEOHIDRÁULICOS

En este tipo de circuitos el fluido es un líquido capaz de transmitir presión. Habitualmente se emplea aceite industrial, por esa razón se usa el término circuito oleohidráulico.

A diferencia de los circuitos neumáticos, los circuitos hidráulicos son cerrados, es decir, el líquido retorna al depósito después de realizar el trabajo.

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3. PRINCIPIOS BÁSICOS DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA

PRESIÓN (P)Es el cociente entre el valor de la fuerza (F) aplicada sobre una superficie y el área (S) de ésta.

P= FS= Nm2

La unidad de presión en el Sistema Internacional (SI), es el pascal (N/m2). Como el pascal es una unidad muy pequeña, empleamos otras unidades:

1 atmósfera = 1 Kp/cm2= 760 mm Hg = 1,013 bares = 1,013 Kg/cm2 = 1,013·105 Pascales (N/m2).

En la práctica: 1 atm = 1 Kp/cm2 =1 bar = 105 Pa

CAUDAL (Q)

Es el volumen (V) que atraviesa una sección (S) de un conductor por unidad de tiempo (t).

Q = Vt m3/s

El volumen de un fluido en un conducto es igual a:Volumen (V) = Sección (S) · Longitud (L) V= S·L

La velocidad se define como:Velocidad (v) = Longitud (L) / Tiempo (t) v = L/t

Sustituyendo en la fórmula del caudal, podemos deducir la expresión:

Q = V/t = S·L/t = S.v (m3/s)

Si disminuimos la sección manteniendo el caudal constante, la velocidad aumenta. Por tanto, cuanto másfina sea la tubería, más deprisa circula el fluido.

Ley de Boyle-MariotteEn un fluido, si no varía la temperatura, el producto del volumen por la presión absoluta es constante.

P1·V1 = P2·V2

Principio de Pascal

Un fluido ejerce la misma fuerza en cada uno de los puntos del recipiente donde está encerrado.

Este principio se aplica en las prensas hidráulicas.

P1 = P2 F 1S 1

=F2S2

EJERCICIO 0: Completa las siguientes frases con el término apropiado: aire comprimido, fuerza, manométrica, neumática, hidráulica, a presión, pascales, presión, barométrica, aceite mineral, automáticos, caudal, absoluta.

➔ La___________________e hidráulica son aquellas tecnologías destinadas a aprovechar la energía de los fluidos

___________________ para convertir los procesos manuales en___________________ o semiautomáticos.

➔ Como fluido de trabajo la neumática emplea___________________; mientras que la ___________________,

habitualmente llamada oleohidráulica, emplea un___________________ como fluido de trabajo.

➔ La_______________ puede definirse como el cociente entre el valor de la __________________ aplicada sobre

una superficie y el área de ésta.

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➔ La Presión ejercida por el aire que rodea la Tierra, y que se mide con un barómetro, recibe el nombre de

presión ____________________

➔ En el Sistema Internacional (SI), la presión se mide en ______________,.

➔ La presión total en un punto referenciada al vacío se denomina presión _____________________

➔ La diferencia de presiones entre la presión absoluta y la presión atmosférica se denomina presión

___________________, la cuál se mide con un manómetro.

➔ El volumen de un fluido (gaseoso o líquido) que atraviesa una sección (S) por unidad de tiempo (t) recibe el

nombre de ________

Ejercicio 1: Un fluido ejerce una presión de 500.000 N/m2 sobre una superficie de 0,001 m2. Halla la fuerza que ejerce el fluido sobre la superficie. (Sol=500 N)

Ejercicio 2: Una determinada cantidad de aire ocupa 2 m3 de volumen a una presión de 700.000 N/m2 y temperatura ambiente. Determina el volumen que ocupa a 1 bar de presión. (Sol=14 m3)

Ejercicio 3: Halla la fuerza (N) que ejerce un fluido a 20 kp/cm2 de presión sobre una superficie circular de 200 mm de diámetro. (Sol=62800 N)

Ejercicio 4: Halla el caudal que circula por un tubo de 2 cm de diámetro si la velocidad del fluido es de 300 cm/s. (Sol=3,768·10-3 cm3/s)

Ejercicio 5: Calcular el caudal (en l/min) que circula por un tubo de 0,01 m de diámetro si la velocidad del fluido es de 2 m/s. (sol: 1,571·10-4 m3 /s, 9,42 l/min).

Ejercicio 6: Calcular el valor de la fuerza desarrollada por una prensa hidráulica donde: F1 = 1N; d1 = 12 cm y d2 =0,4 m. (sol: 11,11 N). Realiza un dibujo aclaratorio.

Ejercicio 7: En una prensa hidráulica, podemos realizar una fuerza máxima de 50 N. Si las secciones de los pistones son de 50 cm2 y 0,02 m2. ¿Cuál es la fuerza máxima que podemos obtener en el segundo pistón?. Realiza un dibujo aclaratorio. (sol: 200 N)

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4. ELEMENTOS DE UN SISTEMA NEUMÁTICO

MOTOCOMPRESORPara instalaciones pequeñas se suele suministrar de forma conjunta el motor, el compresor, el depósito y la unidad de acondicionamien-to de aire.

En instalaciones industriales los elementos son: Motor: mueve el compresor (eléctrico o térmico). Compresor: comprime el aire (alternativo de

pistón, rotativo de paletas, de tornillo, etc.) Filtro: retiene las impurezas del aire que entra en

el sistema neumático.

UNIDAD DE ACONDICIONAMIENTOFormado por varios dispositivos encargados de limpiar y tratar el aire con el fin de reducir posibles daños al circuito.Está formada por: un filtro, una válvula reguladora de presión, un manómetro y un lubricador.

Símbolos Símbolo simplificado

Filtro: elimina las partículas de aire procedentes de la atmósfera o de secciones anteriores del circuito.

Regulador de presión: válvula que ajusta la presión de salida al valor adecuado. La presión de trabajo en procesos industriales suele ser de unos 6 bares.

Manómetro: mide la presión de entrada al circuito Lubricador: elemento encargado de mezclar el

aire con minúsculas gotas de aceite para minimizar los rozamientos de los elementos móviles.

RED DISTRIBUIDORA. TUBERÍASConducen el aire comprimido hasta los puntos de consumo. El material es cobre, latón, acero o plástico, resistentes a la corrosión.La red es cerrada, con una pendiente del 2% para facilitar que el agua de la condensación circule hacia el punto más bajo.

OTROS ELEMENTOS Deshumificador: extrae el agua condensada que

lleva el aire. Lo hace a través de un purgador. Depósito: recoge el aire a presión que procede del

compresor. Lleva un manómetro y cuando la presión es inferior a un nivel determinado se pone en marcha el compresor.

EJERCICIO 8

5. VÁLVULAS. ELEMENTOS DE CONTROLDispositivos de control que distribuyen el aire comprimido hacia los elementos de actuación y controlan su

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funcionamiento.

Para identificar una válvula necesitamos conocer: Número de vías: una vía es el orificio a través del cual fluye el aire. Las vías se numeran con

letras P (presión), R, A… o con números: 1 (presión), 2, 3… Se identifican con rayitas en la posición de reposo.

Posición: son las partes de la válvula que ponen en contacto las vías. En nuestro caso tiene dos posiciones y se representa con un cuadrado por posición.

Válvulas distribuidorasSe nombran por:1º. Número de vías = nº rayitas en posición de reposo.2º. Número de posiciones = nº de cuadros.3º Tipo de accionamiento en el avance y retroceso: manual, mecánico, eléctrico o neumático.

Válvula2/2

Válvula3/2

Válvula4/2

Válvula5/3

Dirección y cierres de las válvulas Identificación de las vías de las válvulas

Según el nivel operativo: 1.1, 1.2… Conexión a presión 1 Orificios fluido de trabajo 2, 4, 6... Orificios de salida (escapes) 3, 5, 7...

Accionamiento de las válvulas

MANUAL Manual

Palanca Pulsador Pedal

NEUMÁTICO Pilotaje neumático

MECÁNICO Palpador Por rodillo Muelle Con bloqueo

ELÉCTRICO Electroimán

Ejemplo 1Válvula 3/2, con accionamiento en avance por pulsador y retorno por muelle.

Ejemplo 2Válvula 3/2, con accionamiento en avance por rodillo y retorno por muelle

Válvula antirretornoPermite el paso de aire en un sentido, y lo impide en el otro. El aire solo circulará hacia la derecha.

Válvula selectora (OR) Se emplea para controlar un cilindro desde dos posiciones diferentes

Válvula de simultaneidad (AND) Se utiliza para hacer circuitos de seguridad. El cilindro sólo se activará si existe presión en las dos entradas.

Válvula reguladora de caudal unidireccionalPermite el paso del aire libremente en un sentido (21) y lo estrangula en el otro (12).

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Las flechas indican la dirección y sentido del flujo del aire.

La vía está cerrada (no se permite el paso del aire).El triángulo indica que el aire escapa a la atmósfera.El circulito es una entrada de presión

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EJERCICIO 9

Ejercicio 10. Nombra correctamente las siguientes válvulas, indicando: nº de vías, nº de posiciones, modo de accionamiento en el avance retroceso.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

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6. ELEMENTOS DE ACTUACIÓN: CILINDROS

Formados por una cámara en forma de cilindro hueco por donde se desplaza un émbolo o pistón, que lleva acoplado un vástago, que es el que realiza el trabajo.

Distinguimos: Carrera de avance: el aire entra a presión en el

cilindro por el orificio izquierdo (ver figura anterior) y desplaza al pistón haciendo que el vástago se mueva hacia la derecha y realice un trabajo.

Carrera de retroceso: el aire a presión entra por el orificio derecho y el pistón desplaza al émbolo hacia la izquierda o bien es desplazado por un muelle.

Cilindro de simple efecto: un sólo orificio que sirve de entrada del aire para realizar la carrera de avance y por donde sale el aire hacia el escape para hacer el retroceso empujado el pistón por un muelle.

La fuerza viene dada en el avance por:

Fuerza F = P · S Sección cilindro S = π·R2 = π ·D2/4

De doble efecto: Tiene dos tomas de aire, una para la carrera de avance, cuya sección es mayor y otra para la de retroceso, cuya sección es menor porque hay que descontarle la sección del vástago.

a) Fuerza de avance b) Fuerza de retroceso Fa = P · Sa Fr = P · Sr

Sa = π·D2/4 Sr = π·R2 - π·r2= = π·(R2 - r2) =

= π·(D2 - d2) /4D = diámetro del pistón d = diámetro del vástagoR = radio del pistón r = radio del vástago

Ejercicio 11: Halla la fuerza que ejerce un cilindro de simple efecto de 5 cm de diámetro si la presión de trabajo es de 6 Kp/cm2. Realiza un dibujo aclaratorio.

Ejercicio 12: Halla la fuerza en newtons que ejerce un cilindro de simple efecto si la superficie del émbolo es de 19,63 cm2, y trabaja a una presión de 6 kp/cm2. (Sol: 1136,8 N)

Ejercicio 13: Calcular la fuerza en newtons que ejerce en el avance y en retroceso un cilindro de doble efecto de 5 cm de diámetro del émbolo y 0,5 cm de diámetro de vástago, si la presión de trabajo es de 6 Kp/cm2. (Sol: Fav=1.136,8 N y Fret=1.125,2 N).

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Ejercicio 14Un cilindro de doble efecto, de 10 cm de carrera, cuyo émbolo y vástago tienen 2 cm y 0,5 cm de diámetro, respectivamente, se conecta a una red de aire a presión de 7 Kp/cm2. Calcula:

a) El volumen de aire consumido en una hora si realiza 50 ciclos por hora. (Sol: 3040 cm3)b) Las fuerzas ejercidas por el vástago en la carrera de avance y en la de retroceso.

(Sol: Fav = 215,6 N y Fret = 201.8 N).

SOLUCIÓNFuerza de avance Fuerza de retroceso

Fa = P · Sa Fr = P · Sr

Sa = π·D2/4 Sr = π·(D-d)2/4

a) Volumen de aire consumido en 50 ciclos. (Un ciclo es una carrera de avance y de retroceso)o Sección de avance: Sav = π·D2/4 = 3.14 · 22 cm2 / 4 = 3,14 cm2

Volumen carrera de avance: Vav = Sav · L carrera = 3.14 cm2 · 10 cm = 31,4 cm2

o Sección de retroceso: Sret = π·(D - d)2/4 = 3.14 · (22 - 0.52) cm2 /4 = 2,94 cm2

Volumen carrera de retroceso: Vret = Sret · L carrera = 2,94 cm2 · 10 cm =29,4 cm2

o Volumen en 50 ciclos: Vtotal = (Vav + Vret) · nº ciclos= (31.4 + 29,4) · 50 = 3040 cm3 de aire

b) Fuerzas ejercidas en el avance y en el retrocesoo Fav = P · Sav = 7 Kp/cm2 · 3,14 cm2 = 21,98 Kp = 21,98 Kp · 9,81 N/Kp = 215,6 N

o Fret = P · Sret = 7 Kp/cm2 · 2,94 cm2 = 20,58 Kp = 20.58 Kp · 9,81 N/Kp = 201,8 N

Ejercicio 15Un cilindro de doble efecto, de 20 cm de carrera, cuyo émbolo y vástago tienen 4 cm y 0,8 cm de diámetro, respectivamente, se conecta a una red de aire a presión de 6 Kp/cm2. Calcula:

a) El volumen de aire consumido en una hora si realiza 80 ciclos por hora. b) Las fuerzas ejercidas por el vástago en la carrera de avance y en la de retroceso.

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Ejercicio 16: Escribe el nombre completo de cada uno de los elementos del siguiente circuito neumático y explica su funcionamiento:

0:

0.1:

1.2:

1.3:

1.1:

1.02:

1.0:

Funcionamiento:

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BIBLIOGRAFÍA

Portal ESO-Apuntes de Neumática http://www.catedu.es/aratecno/images/pilar/neu.swf

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