Introduccion a la Neumática e Hidráulica
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By : Ing. Vinicio Sánchez L Rev: Ing. Carlos Pillajo 1 1. INTRODUCCIÓN Hidráulica del aceite, oleohidráulica, oleodinámica o simplemente hidráulica como se conoce entre los profesionales que manejamos máquinas es muy utilizada en los diferentes campos por sus múltiples facilidades, pero esta técnica no trabaja sola sino que van de la mano con la tecnología neumática. La creciente necesidad de automatizar en los diferentes campos de la industria, especialmente en los procesos de fabricación industrial, han elevado estas dos especialidades la neumática e hidráulica, hasta costas insospechadas. El éxito fulgurante de estas dos hermanas tecnologías en los últimos años se debe sin duda alguna, a la facilidad para la implantación de sistemas de manipulación ya sea con aire comprimido en la neumática o con aceite en el caso de la hidráulica. Estas tecnologías prestan grandes ventajas al momento de generar movimientos ya sean estos circulares o rectilíneos alternativos, lo que simplifica el diseño de cualquier máquina, a lo que se le puede agregar la facilidad para controlar la velocidad, a pesar de estas ventajas tiene ciertas limitaciones que las revisaremos en la presente asignatura, pero en la actualidad ninguna tecnología trabaja solo por tal razón la neumática e hidráulica se complementan con la electricidad y electrónica para formar la electroneumática y electrohidráulica. En la actualidad no hay campo que no se haya beneficiado de la neumática e hidráulica, por tal razón en la presente asignatura vamos ha ir desde lo básico de estas tecnologías hasta el diseño y ensamblaje de circuitos electro-oleoneumáticos.
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Este es un archivo en donde se encuentran los conceptos de Oleoneumática
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1. INTRODUCCIÓN
Hidráulica del aceite, oleohidráulica, oleodinámica o simplemente hidráulica como se
conoce entre los profesionales que manejamos máquinas es muy utilizada en los
diferentes campos por sus múltiples facilidades, pero esta técnica no trabaja sola sino
que van de la mano con la tecnología neumática.
La creciente necesidad de automatizar en los diferentes campos de la industria,
especialmente en los procesos de fabricación industrial, han elevado estas dos
especialidades la neumática e hidráulica, hasta costas insospechadas. El éxito
fulgurante de estas dos hermanas tecnologías en los últimos años se debe sin duda
alguna, a la facilidad para la implantación de sistemas de manipulación ya sea con aire
comprimido en la neumática o con aceite en el caso de la hidráulica.
Estas tecnologías prestan grandes ventajas al momento de generar movimientos ya sean
estos circulares o rectilíneos alternativos, lo que simplifica el diseño de cualquier
máquina, a lo que se le puede agregar la facilidad para controlar la velocidad, a pesar de
estas ventajas tiene ciertas limitaciones que las revisaremos en la presente asignatura,
pero en la actualidad ninguna tecnología trabaja solo por tal razón la neumática e
hidráulica se complementan con la electricidad y electrónica para formar la
electroneumática y electrohidráulica.
En la actualidad no hay campo que no se haya beneficiado de la neumática e hidráulica,
por tal razón en la presente asignatura vamos ha ir desde lo básico de estas tecnologías
hasta el diseño y ensamblaje de circuitos electro-oleoneumáticos.
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1.1 APLICACIONES DE LA HIDRÁULICA
• PRENSAS.
• MAQUINAS DE TRANSFORMACIÓN DEL PLÁSTICO.
• MAQUINARIA AGRÍCOLA.
• ROBOTS INDUSTRIALES.
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_______________ En la figura indique la dirección del fluido y los nombres de los diferentes elementos.
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1.2 APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA.
• AUTOMATIZAR PUERTAS. • SISTEMAS DE FRENOS. • DENTISTAS. • SISTEMA DE SUSPENSIÓN. • ROBOTS. • INDUSTRIA CERÁMICA.
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Actividad 1.
Concepto de neumática.
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Concepto de Hidráulica.
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En la figura indique las partes que conoce
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CONCEPTOS
Neumática“Tecnología que estudia la producción, transmisión y control de movimientos y fuerzas mediante el aire comprimido”
Oleohidráulica“Tecnología que estudia la producción, transmisión y control de movimientos y fuerzas mediante el aceite a presión”
¡Compresible!
I ibl !
Del griego pneuma: viento, respiración
Oleo (del latín oleum): AceiteDel griego hidra: agua y aulos: conducto
En las industrias se emplean comúnmente las dos técnicas para automatizar a
continuación se analiza sus semejanzas.
Neumática vs Oleohidráulica
Aire libreDepósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula
Válvula
Válvula
SIMILITUD Neumática vs Oleohidráulica
Aire libreDepósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula
Control sencilloControl de fuerza
Regulando la presión
Control de velocidadRegulando el flujo
Control de posiciónRegulando el volumen
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VENTAJAS DE LA HIDRÁULICA
• MOVIMIENTOS SUAVES• PRECISIÓN • ELEVADAS FUERZAS• FACILIDAD DE REGULAR LA VELOCIDAD.
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DESVENTAJAS DE LA HIDRÁULICA
• AFECTA LA TEMPERATURA• FUGAS• MANTENIMIENTO• REPUESTOS CAROS
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VENTAJAS DE NEUMÁTICA
•Fuente inagotable, limpia, que no contamina•No le afecta la temperatura.•Transportable y almacenable•Posibilidad de bloqueo. Seguridad.•Riesgo de accidente mínimo.
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DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA
Costes energéticos
100
400
1000
EnergíaEléctrica
Energía Oleohidráulica
Energía Neumática
El coste de la energía neumática frente a otras energías.
Para poder tener una idea del costo de la energía hidráulica la vamos a comparar con
otros tipos de energía, como lo son la energía eléctrica e hidráulica.
Los factores que se tendrán en cuenta:
- Energía motriz para generar aire o aceite a presión.
- Mantenimiento
- Costo de maquinaria
Rendimiento
Transformación de energía
Motor Compresor Actuador TrabajoEnergía Energía Energía Energía
Mecánica MecánicaNeumáticaηM ηC ηA
Motor Bomba Actuador TrabajoEnergía Energía Energía Energía
Mecánica MecánicaHidráulicaηM ηB ηA
Neumática
Oleohidráulica
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Neumática vs Oleohidráulica
Aire libreDepósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula
Válvula
Válvula
Compresión del aire
El trabajo realizado se transforma en:– Energía de presión (20%)– Energía térmica (80%) F
V1, P1, T1
F
V2, P2, T2
V1 > V2
P1 < P2
T1 < T2Totalmente inútil. ¡Se elimina!
¡Comprimir aire a presiones mayores que 10 bar es completamente antieconómico!
Las presiones típicas en neumática están alrededor de 7-8 bar (absolutos)
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Compresión de aceite
Prácticamente el 100% del trabajo se convierte en energía de presión
Módulo de elasticidad volumétricoK = 16.000 bar
Disminuyendo un 1% el volumenla presión se incrementa en160 bar
F
P1 = 1 bar
F
P1 = 161 bar
í á
Compresibilidad del aireDesventajas
La presión no se puede aumentar instantáneamente
Aire libre
Válvula
F
Compresor
Válvula
P
t
F/A
tretardo
¡Se necesita un depósito!
DESVENTAJAS
• Coste.• Compresibilidad.• Fuerza limitada.• Dificultad de regular los movimientos con
precisión.
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Comparación de los medios de trabajo entre diversas tecnologias
Criterio Neumática Hidráulica Electricidad
Fuerza lineal
Grandes fuerzas
utilizando alta presión.
Mal rendimiento; gran
consumo de energía en la
marcha en vacío.
Fuerza
rotativa
Par de giro en reposo
también sin consumo de
energía.
Par de giro también en
reposo, originándose
consumo de energía.
Par de giro más bajo en
reposo.
Seguridad
frente a las
sobrecargas
Sí, se para. Vuelve a
moverse cuando se
elimina la sobrecarga.
Movimiento
lineal
Generación fácil
mediante cilindros;
buena regulabilidad.
Movimiento
rotativo u
oscilante
Motores neumáticos con
muy altas revoluciones
(500.000 min-1); elevado
coste de explotación; mal
rendimiento; movimiento
oscilante por conversión
mediante cremallera y
piñón.
Motores hidráulicos y
cilindros oscilantes
con revoluciones más
bajas que en la
neumática; buen
rendimiento.
Regulabilidad Fácil regulabilidad de la
fuerza y de la velocidad,
pero no “exacta”.
Regulabilidad muy
buena y exacta de la
fuerza y la velocidad
en todo caso
Posible sólo
limitadamente siendo el
gasto considerable.
Acumulación
de energía y
transporte
Acumulación posible
sólo limitadamente;
transportable en
conductos de hasta
unos 100 m.
Acumulación muy difícil y
costosa, fácilmente
transportable por líneas a
través de distancias muy
grandes.
Influencias
ambientales
Insensible a los cambios de
temperatura; ningún peligro
de explosión; hay peligro
de congelación existiendo
Insensible a las
fluctuaciones de
temperatura; en los
ámbitos de peligrosidad
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F2=100kg
elevada humedad
atmosférica.
hacen falta instalaciones
protectoras contra
incendio y explosión.
Gastos de
energía
Alto en comparación con la
electricidad; 1 m3 de aire
comprimido a 6 bar cuesta
de 0,03 a 0.09 dólares.
Gastos más reducidos de
energía.
Manejo y Mantenimiento
No requiere de
especialistas ni en
ejecución ni en
mantenimiento. No
presenta peligros.
Requiere de
especialistas. Precisa
conducciones de
retorno.
Sólo con conocimientos
técnicos; peligro de
accidente; la conexión
errónea causa a menudo
la destrucción de los
elementos y del mando.
En general Los elementos son seguros
contra sobrecargas; los
ruidos del aire de escape
son desagradables,
necesita una
amortiguación.
Los elementos no son
seguros contra
sobrecargas; ruidos en la
maniobra de los
contactores y
electroimanes.
1.3 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES.
1.3.1 Principios sobre la hidrostática e hidrodinámica
Hidrostática. La hidrostática se encarga de estudiar a los líquidos en reposo (equilibrio).
PRESIÓN
La presión en general representa la
PRESIÓN (P) = ______
A1 = 10m2 A2 =0.1cm2
Esto se da en los sólidos, ya que la fuerza que reciben la transmiten, mientras que en los
líquidos se tiene el Principio de pascal.
F1=100kg
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Principio de pascal.
Se debe tener claro que el fundamento de la hidrostática es la ley de Pascal:
“La presión aplicada en un líquido confinado se transmite con la misma intensidad en
todas direcciones, actuando siempre de forma perpendicular a las paredes del recinto
que lo contiene”
Gracias a la ley de pascal se ha desarrollado gran parte de la hidráulica del aceite,
especialmente las prensas hidráulicas.
Multiplicación de fuerzas
La multiplicación de fuerzas es una de las aplicaciones del principio de Pascal. Para
apreciar la multiplicación de fuerzas se va a trabajar con el ejemplo de un elevador
hidráulico.
P
F
A2
A1
F1 F2
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F2=1
12 F*AA
Ejercicio Nº 1
Un gato hidráulico tiene dos pistones el primero con un Diámetro D1 = 1.2 cm. Y el
segundo con un diámetro D2 = 3.6cm, al primer pistón se aplica una fuerza F1 de 250
Kg.¿Cual es la fuerza F2 que se podrá obtener?
Datos:
F1 = 250 Kg.
cm2.11 =φ
cm6.32 =φ
Área de un círculo: = 4* 2φπ
A2 A1
F1=250kg F2 = ?
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Relación de fuerzas.
R = F2 /F1
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Multiplicación de Espacio.
Para entender de mejor manera la multiplicación del espacio nos basaremos en el
siguiente gráfico.
En el cual si se desplaza el área A1 un espacio S1 se obtiene un Volumen V1 por lo
tanto Volumen V1 = A1*S1.
Pero al mismo tiempo y aprovechando la propiedad que los líquidos son
incomprensibles, el liquido empuja el área A2 por lo cual desplaza un espacio S2 con
lo cual se obtiene un volumen V2 = A2*S2.
Como ya se mencionó la propiedad de incomprensibilidad de los líquidos, el líquido que
es expulsado desde el punto 1 por el área A1 no tiene a donde dispersarse, por lo cual
el volumen del punto 1 se desplaza hacia el punto 2 conservándose la misma cantidad
de líquido, dando como resultado que: V1 = V2
S1 S2
1 2
S1 S2
1 2
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Ejercicio Nº 2
Un gato hidráulico tiene dos pistones el primero con un Diámetro D1 = 1.2 cm. y el
segundo con un diámetro D2 = 3.6cm, al primer pistón se aplica una carrera de
S1 = 40mm. ¿Cuál será su carrera S2?
Datos:
A1= 1.13 cm2
A2= 10.17 cm2
Teniendo en cuenta que
Relación de espacios.
R = 2
1SS
R =
S1=40mm A2=10.17 cm2
A1=1.13cm2
F1 F2
S2=?
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Multiplicación de Presión
Ecuación de la Continuidad
Para poder entender la ecuación de la continuidad hay que definir lo que es el caudal.
“El caudal (Q) es la cantidad de fluido que atraviesa una sección en un tiempo
determinado”
Q=)()(
TiempotVolumenV
V = A *S
Q = t
SA*
Recordar que la velocidad v = )()(
tiempotespacios
Por lo cual caudal también se puede expresar:
Q = A*v
Las unidades del caudal son por lo general L/min, gpm, ft3/min.
En la siguiente figura se tiene que una tubería tiene dos secciones transversales A1 y A2,
por dichas secciones atraviesa un determinado caudal Q, en la sección A1 la velocidad
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del líquido es baja, mientras en la sección A2 la velocidad es alta con lo cual se justifica
para poder mencionar que “Caudal que entra es igual a caudal que sale”
Con lo que la fórmula quedara
VARAILBLES DE CONCENTRACIÓN
• DENSIDAD (ρ): Cantidad de masa por unidad de volumen.
• PESO ESPECIFICO (γ):Cantidad de peso por unidad de volumen.
• Relación: densidad peso especifico y masa.
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PRESIÓN HIDROSTÁTICA
• Es la presión que ejerce un fluido en reposo, dependo solo de la altura y el peso especifico (γ) del fluido.
Unidades de medida de presión empleadas en la oleohidráulica.
La unidad de medida de presión en el sistema internacional es el pascal (Pa).
Pascal (Pa)= 2mNewton
Pa = 2mN
1 Bar = 100.000 Pa = 100.000 2mN
1 Bar ≈ 1 2cmkg
10 m.c.a ≈ 1 Bar
10 m.c.a ≈ 1 2cmkg
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La unidad de medida de presión en el sistema Ingels es el PSI (Pound Square Inch)
pulgada
PSI =( )2lg adasPu
Libra
1 bar ≈ 14.47 PSI
Ejercicios.
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1.3 PRINCIPIOS FÍSICOS DE NEUMÁTICA.
EL AIRE Y SUS PROPIEDADES
• PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL AIRE
PROPIEDADES FÍSICAS
• Es de menor peso que el agua.
• Tiene Volumen indefinido.
• No existe en el vacío.
• Es incoloro, inodoro e insípido.
PROPIEDADES QUÍMICAS
• Reacciona con la temperatura condensándose en hielo a bajas temperaturas y
produce corrientes de aire.
• Esta compuesto por varios elementos entre ellos el oxigeno (O2) y el dióxido de
carbono elementos básicos para la vida.
COMPOSICIÓN DEL AIRE
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____________________________________________
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Propiedades de los gases
• Ley de Boyle-Mariotte.• La temperatura se mantiene constante.
• P*V = Cte
Propiedades de los gases
• Ley de Charles:• El volumen se mantienen constante .
• P/T = Cte
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LEY DE GAY LUSSAC
- La presión se mantiene constante
- V/T = Cte
Medición de la presión
• Existe dos maneras de indicar la presión• PRESIÓN ABSOLUTA• PRESIÓN RELATIVA O MANOMÉTRICA.•
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EJERCICIO DE FIN DE UNIDAD. En el siguiente esquema calcule Potencia de trabajo, Potencia del motor, p3 y el caudal de la bomba, la presión p3 indicar en unidades de Bar, mca y psi (4 Puntos)
