NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA

CONCEPTOS BÁSICOS

FLUIDOS En general se consideraran fluidos aquellas

sustancias que fluyen con facilidad, es decir, líquidos y gases.

Los gases son ligeros y se comprimen fácilmente.

Los líquidos son más pesados y muy difíciles de comprimir (hacen falta 200 bar para reducir un 1% su volumen).

Los fluidos se caracterizan por no tener forma propia adaptandose a la forma del recipiente que los contiene, esto es debido a la poca fuerza que ejercen sus moléculas entre si.

Conceptos básicos Los fluidos no mantienen su forma sino que fluyen,

debido a que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son muy pequeñas, de manera que éstas pueden desplazarse unas respecto a otras. Esta es la razón por la que adoptan la forma del recipiente que los contiene.

LOS LÍQUIDOS fluyen bajo la acción de la GRAVEDAD hasta que ocupan las regiones más bajas posibles de los recipientes que lo contienen.

LOS GASES se EXPANDEN hasta llenar por completo los recipientes cualquiera que sea su forma. A diferencia de los líquidos, los gases se pueden comprimir y expandir fácilmente.

Entonces el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías); pero no en conductos abiertos (canales).

Propiedades de los fluidos

Estabilidad turbulencia densidad

viscosidad Gravedad específica Presión

tensión superficial

NEUMÁTICA

NEUMÁTICA La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento

del aire. El aire comprimido es una de las formas de energía

más antigua que conoce el hombre, aprovechándose de sus recursos físicos.

El griego Ktesibios fue el primero que se sepa con seguridad utilizó aire comprimido como elemento de trabajo.

Uno de los primeros libros que trató el empleo de aire comprimido como energía data del siglo I, describiendo mecanismos accionados por aire comprimido.

La propia palabra procede de la expresión griega “pneuma”, que se refiere a la respiración, el viento y, en filosofía, al alma.

Por lo tanto, es importante que los técnicos e ingenieros tengan un buen conocimiento de guía del sistema neumático, las herramientas accionadas por aire comprimido y otros accesorios, incluyendo un concepto completo y claro de los principios físicos que rigen el comportamiento del aire comprimido.

NEUMÁTICA

La neumática es el conjunto de las aplicaciones técnicas (transmisión y transformación de fuerzas y movimiento) que utilizan la energía acumulada en el aire comprimido.

NEUMÁTICA La verdadera irrupción de la neumática en la

industria se dio a partir de 1950 con la introducción de la automatización en los procesos de trabajo, aunque al comienzo fue rechazada por su desconocimiento.

Hoy en día no se concibe una explotación industrial sin aire comprimido.

La automatización permite la eliminación total o parcial de la intervención humana.

INTRODUCCIÓN

La tecnología de la neumática ha ganado una importancia tremenda en el campo de la racionalización y automatización del lugar de trabajo, desde las antiguas obras de madera y las minas de carbón, hasta los modernos talleres de máquinas y robots especiales.

Ciertas características del aire comprimido

ha hecho este medio bastante adecuado para usarlo en las modernas plantas de fabricación y producción.

Ventajas de la neumáticaEl aires es de fácil captación y abunda en la tierra

El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existe riesgos de chispas

Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables.

El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de aire.

Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o daño permanente al equipo.

Los cambios de temperatura no afectan su funcionamiento.

Energía limpia.

Cambios de sentido instantáneos.

Desventajas de la neumáticael aire debe ser preparado antes de su utilización, limpiando las

impurezas y humedad.

no se puede obtener en los émbolos velocidades constantes y uniformes. Esto se mejora con elementos electrónicos de control que encarecen la instalación

a la presión normal de trabajo (7 bar), el límite de la fuerza está entre 20000 y 30000 N

el escape del aire produce ruido, necesitándose elementos insonorizantes (silenciadores).

se compensa el coste de preparación del aire con el coste relativamente económico de los elementos y su buen rendimiento.

Introducción a la Neumática

Construcción sencilla de los elementos neumáticos y facilidad en su manejo.

Alto grado de facilidad de control de la presión, velocidad y fuerza.

Posibilidad de un fácil, pero razonables confiable, control a distancia.

Fácil mantenimiento. Características del medio de ser a prueba de

explosión. Costo comparativamente más bajo en relación

con otros sistema.

Aplicaciones reales de la neumática

AUTOMATIZAR PUERTAS. SISTEMAS DE FRENOS. DENTISTAS. SISTEMA DE SUSPENSIÓN. ROBOTS. INDUSTRIA (equipos de lubricación).

Automatización de puertas en un bus con el uso de cilindros doble efecto

Sistema de frenos en un vehículo Las válvulas estranguladoras con retención, conocidas como

válvulas reguladoras de velocidad, son híbridas. Desde el punto de vista de la estrangulación son válvulas de flujo y como tales se las emplea en neumática. La función de retención les hace ser al mismo tiempo una válvula de bloqueo.

El regulador de flujo se alimenta con aire del suministro. Dicho regulador emite un flujo de aire controlado en una conexión en T. Una tubería de esta conexión se conecta a la válvula accionada por diafragma y la otra se deja abierta para que salga aire a la atmósfera.

Cuando la tubería de toma de aire es bloqueada por la rueda de un vehículo, la presión aumenta en la tubería y la válvula accionada por diafragma se activa, y el aire comprimido entra en el pistón.

Sistema de frenos en un vehículo

Un ejemplo. Compactador de Latas

AnimaciónImagen

Taladro dentalSe utiliza la fuerza del aire para hacer girar el esmeril(punta)y poder penetrar en la dentadura

Robot neumáticoUtiliza la fuerza producida por el aire y lo utiliza para levantar ciertos pesos

Equipos de lubricaciónSopletes neumáticos para lavado a presión de hierro con productos atóxicos: detergentes, lubricantes o productos similares de baja densidad. Todas las unidades están calibradas a una presión de 8 bar.

Magnitudes y unidadesAutom

atización neumática

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UNIDADES DE PRESIÓN En el Sistema Internacional la unidad de presión es el N/m2,

llamado Pascal (Pa). Al ser pequeño, se utiliza como múltiplo el bar. Pa = N/m2 ⇒ 1 bar = 105 Pa. La presión ejercida por un fluido, ya sea líquido o gaseoso,

sobre la superficie de las paredes del recipiente que lo contienen, y viceversa, es el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie que recibe su acción.

Caudal. Conceptos fundamentales.

El caudal se define como el volumen de fluido que atraviesa por unidad de tiempo una sección transversal de una conducción

vStlS

tVQ

Ecuación de los gases perfectos Autom

atización neumática

26

Ley de Boyle -MariotteAutom

atización neumática

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El volumen es inversamente proporcional a la presión:•Si la presión aumenta, el volumen disminuye.•Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

P1 · V1 = P2 · V2; T = cte

Leyes de Charles- Gay Lussac Autom

atización neumática

28

El presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:•Si aumentamos la temperatura, aumenta la presión.•Si disminuimos la temperatura, disminuye la presión.

P1 / T1 = P2 / T2; V = cte

Leyes de Charles- Gay Lussac Autom

atización neumática

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El presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:•Si aumentamos la temperatura, aumenta la presión.•Si disminuimos la temperatura, disminuye la presión.

P1 / T1 = P2 / T2; V = cte

CARACTERÍSTICAS DEL AIRE COMPRIMIDO

Elevada fluidez Compresibilidad Baja densidad 1,293 kg/m3 Homogeneidad

EN TODO SISTEMA NEUMÁTICO O HIDRÁULICO DISTINGUIREMOS:

Elementos generadores de energía. Se ha de conseguir que el fluido transmita la energía necesaria para el sistema. En los sistemas neumáticos se utiliza un compresor, mientras que en el caso de la hidráulica se recurre a una bomba.

Elemento de tratamiento de los fluidos. En el caso de los sistemas neumáticos, debido a la humedad existente en la atmósfera, es preciso proceder al secado del aire antes de su utilización. Los sistemas hidráulicos trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un depósito de aceite y en los dos tipos de sistemas, deberán ir provistos de elementos de filtrado y regulación de presión.

Elementos de mando y control. Se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido en el compresor o en la bomba hacia los elementos actuadores.

Elementos actuadores. Son los elementos que permiten transformar la energía del fluido en movimiento, en trabajo útil. Existen dos grandes grupos: cilindros, en los que se producen movimientos lineales y motores, en los que tienen lugar movimientos rotativos.

HIDRÁULICA

HIDRÁULICA

La hidráulica es la parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos o también la ciencia que estudia la transmisión y el control de potencias a través de un liquido incompresible.

Fluidos hidráulicosEl Principio de Pascal, que dice así: Cuando se aplica presión a un fluido encerrado en un recipiente, esta presión se transmite instantáneamente y por igual en todas direcciones del fluido.

P = F1/S1 y P = F2/S2

Por lo que podemos poner

F1/S1 = F2/S2

otra forma de expresarlo es:

F1*S2 = F2 * S1

3.1 Magnitudes y principios fundamentales II

Ecuación de continuidad. Si la tubería a lo largo de la cual circula el fluido tiene dos secciones

diferentes S1 y S2 , en las cuales el fluido, con una densidad d1 y d2 , posee las velocidades respectivas v1 y v2 , se establece que:

Si el fluido es incompresible (caso de los líquidos), d1 = d2 = d , con lo que la expresión anterior resulta:

Ecuación de Bernoulli. El Principio de Bernoulli afirma que la suma de las energías cinética,

potencial y de presión, en distintos puntos de un fluido en movimiento estacionario que recorre un tubo inclinado, debe ser constante

Ecuación de los gases perfectos PV = n RT

ctedvSdvS 222111

ctevSvS 2211

Hgv

dgP

hgv

dgP

h 22

222

2

211

1

Fluidos hidráulicos, oleohidráulicos

Las ventajas de la oleohidráulica son:

-Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o momentos de giro.-El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable.-La velocidad de actuación es fácilmente controlable.-Las instalaciones son compactas.-Protección simple contra sobrecargas.-Pueden realizarse cambios rápidos de sentido.

Desventajas de la oleohidráulica son:

-El fluido es más caro.-Se producen perdidas de carga.-Es necesario personal especializado para la manutención.-El fluido es muy sensible a la contaminación.

Circuitos Hidráulicos En los circuitos hidráulicos en lugar

de emplear aire para conseguir un trabajo se emplea un fluido especial (Aceite hidráulico). Este fluido no es compresible y al tiempo que lubrifica transmite la potencia.

El concepto del circuito hidráulico cambia un poco con respecto al neumático, ya que el elemento que mueve el fluido es una bomba y no el compresor y además cuando acaba todo el ciclo hay que recoger el fluido en un depósito.

Bomba

Filtros

Distribuidores

Actuadores

Fuerza hidráulica Por el principio de Pascal: La presión en cualquier

punto de un líquido cerrado es igual en todos sus puntos.

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11

SF

SF

Como la presión es la misma en todo el líquido

La fuerza solo depende de la superficie

Caudal y potencia hidráulica

El caudal de las bombas es el que hacer que se muevan los actuadores.

Q=V/t ; Q=superficie x velocidad

La potencia hidráulica será la fuerza que es capaz de desarrollar por la velocidad a la que se mueve.

P=F·v ; P=presión x caudal

Resistencia hidráulica es aquella que oponen la tuberías y los elementos hidráulicos al paso del aceite.

R=0,062·μ·l/d4 Μ=ViscosidadL=Longitudd=diámetro tubería

HIDRODINÁMICA La hidrodinámica estudia los

fluidos en movimiento. Si un liquido fluye por un tubo de sección variable, el volumen que pasa por cada sección en la unidad de tiempo es el mismo.

Esto significa que en los tramos mas estrechos de una conducción, la velocidad aumenta.