SISTEMAS NEUMTICOS

SISTEMAS NEUMTICOSSDEFINICINLa neumatica es la tecnologa que utiliza aire comprimido como medio transmisor de energia, y engloba el conjunto de tcnicas para su transmisin, control y regulacin.

Sistemas Neumticos e HidrulicosY la hidrulica es la tecnologa que utiliza aceite regularmente como medio de transmisor de energa y engloba un conjunto de tcnicas para su transmisin, control y regulacin

Elementos hidrulicos Lahidrulicaes una rama de lamecnica de fluidosy ampliamente presente en laingenieraque se encarga del estudio de las propiedades mecnicas de loslquidos. Todo esto depende de lasfuerzasque se interponen con lamasay a las condiciones a que est sometido el fluido, relacionadas con laviscosidadde este.

La energia generada es transmitida a traves de una linea y utilizada localmente por actuadores, motores y otros elementos de trabajo para realizar una determinada funcion.

La automatizacin de los procesos productivos es, hoy da, una necesidad en las Industrias modernas que pretenden ser competitivas. La neumatica ayuda a estas empresas a aumentar su flexibilidad y el ritmo de produccin gracias a las caractersticas del aire comprimido como medio transmisor y la adaptabilidad que permiten sus componentes SProduccion y distribucion del aire comprimido

El suministro de aire comprimido para instalaciones neumticas comprende los apartados siguientes:

Produccin de aire comprimido mediante compresores.

Acondicionamiento del aire comprimido para las instalaciones neumticas. Conduccin del aire comprimido hasta los puntos de utilizacion.

COMPRESORESEl elemento central de una instalacion productora de aire comprimido es el compresor. La funcion de un compresor neumatico es aspirar aire a presion atmosferica y comprimirlo a una presion mas elevada.

SMBOLO NORMALIZADOCOMPONENETES DEL COMPRESOR

Las caracteristicas tecnicas a valorar para su eleccin en los compresores son:

-El caudal suministrado en Nl/min (para compresores pequenos) o en Nm3/min

-La relacion de compresion, siendo esta ultima la presion alcanzada en bar, kp/cm2.

Los compresores se dividen, segun el tipo de ejecucion, en:

Compresores de embolo. Compresores rotativos. Compresores centrifugos.

COMRPESOR DE MBOLOEl compresor mas frecuentemente utilizado.

En los compresores de embolos, la compresion es obtenida en uno o mas cilindros, en los cuales los embolos comprimen el aire.

En lineas generales, los fabricantes de compresores los construyen en las siguientes escalas:

a) Compresores de una etapa para presiones hasta 10 bar.

b) Compresores de dos etapas para presiones hasta 50 bar.

c) Compresores de tres y cuatro etapas para presiones hasta 250 bar.

SRECORDANDOPRESIN:Fuerza por unidad de superficie que ejerce un liquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.BAR:Unidad de presin equivalente a 1 milln de barias, aprximado a 1 atmosfera.

COMPRESOR ROTATIVOLos compresores rotativos suministran presiones mas bajas que los de embolo, pero las presiones de servicio son mas altas que las de los compresores centrifugos. Asimismo, el volumen de aire que suministran por unidad de tiempo es mas grande que en los compresores de embolo, pero mas pequeno que en los compresores centrifugos. Los compresores rotativos pueden ser de paletas o de tornillos.

Compresor rotativo de paletas

Compresor rotativo de tornillos

COMPRESOR CENTRFUGOEn los compresores centrifugos la compresion del aire se produce utilizando un rapido rodete giratorio.

La presion es ejercida al forzar a las particulas del aire existentes en el rodete a alejarse del centro como resultado de la accion centrifuga.

DEPOSITOSLos depsitos generalmente disponen de:1 manmetro que indica la presin interior.1 vlvula de seguridad que se dispara en caso de sobrepresiones. 1 espita para el desage de las condensaciones que se producen en el interior del depsito.

La mayor parte de los compresores suministran un caudal discontinuo de aire, de manera que se debe almacenar en un depsito.

El depsitoa dems sirve para evitar que los compresores estn en funcionamiento constantemente, incluso cuando no se necesita gran caudal de aire, tambin ayudan a enfriar el aire.

Tambin conocido como ACUMULADOR

SMBOLO NORMALIZADOLos factores que influyen mas decisivamente en el dimensionado de los depositos son:

El caudal del compresor.

Las variaciones de la demanda.

El tipo de refrigeracion.

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO

La simple compresion del aire en el compresor y la posterior conduccion neumatica no son suficientes, ya que el aire contiene bastantes impurezas que pueden causar efectos dainos en los equipos a emplear.

Los principales enemigos de toda instalacion neumatica son:

-Agua -Aceite-Polvo -Suciedad-Residuos de la combustin-Desechos industriales

Estos, producen desgaste por friccin en las partes mviles.

Oxidan y corroen las partes metlicas y tuberas de los sistemas neumticos.

Para evitar el deterioro de los componentes del sistema, es necesario:ENFRIAR

SECAR

FILTRAR

LUBRICAR (EN ALGUNOS CASOS)

ENFRIAMIENTO DEL AIRE

SMBOLO NORMALIZADOENFRIADO POR AGUASe compone de un recipiente de acero, dentro del que se alojan los tubos que conducen al aire comprimido caliente.

ALMACENAMIENTO DEL AIRE

SECADO DEL AIRETiene por objeto separar la humedad del aire comprimido

SECADO POR ENFRIAMIENTO

SMBOLO NORMALIZADOSECADO POR ADSORCIN

SECADO POR ABSORCIN

UNIDAD DE MANTENIMIENTOFRL: Se compone de filtro, regulador de presin y lubricador.

Su funcin es acondicionar el aire comprimido para su utilizacin.

SMBOLO NORMALIZADO(SIMPLIFICADO)FILTROTiene la misin de eliminar las ltimas impurezas que puede llevar el aire.

SMBOLO NORMALIZADO

REGULADOR DE PRESINLa vlvula reguladora, reduce la presin de la red al nivel requerido de la instalacin y lo mantiene constante aunque haya variaciones en el consumo.

SMBOLO NORMALIZADO

LUBRICADOREl lubricador, incorpora al aire comprimido una fina niebla de aceite para lubricar las partes mviles de los componentes neumticos.

SMBOLO NORMALIZADO

DISTRIBUCIN DEL AIREAn cuando no es conveniente transportar el aire comprimido a largas distancias, se requiere desplazarlo del compresor al acumulador (depsito) y de este distribuirlo a todos los componentes del sistema neumtico.

Para ello se utilizan tubos cilndricos de seccin transversal circular.Tubos neumticosTubo de acero inoxidableCuando se requieren grandes dimetros en lneas largas y rectas.

Tubo de cobreCuando se requiere resistencia a la corrosin

Maguera lexible de goma (plstico reforzado o nylon)Para herramientas neumticas manuales.

Tunos y mangueras de diversos materiales.REDES NEUMTICASLos componentes de los sistemas neumticos son abastecidos de aire comprimido por tubos, que en conjunto se conocen como RED.SIMBOLO NORMALIZADO DE LA TOMA DE AIRE(conocida como cuello de ganso)RED CON FINAL EN LNEA ABIERTALos tubos principales se instalan uno a continuacin del otro desde el acumulador hasta el final del sistema sin que la tubera tenga retorno.

RED CON FINAL EN LNEA CERRADALos tubos principales se instalan uno a continuacin del otro desde el acumulador hasta el final del sistema y regresan para concluir en el acumulador o cerca de este.

ELEMENTOS DE TRABAJO ACTUADORES LINEALES Y ROTATIVOS

S

LINEALES

CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

CILINDRO DE DOBLE EFECTO

ROTATIVOSMOTOR DE PALETAS Y CILINDRO BASCULANTE

ELEMENTOS DE MANDOVALVULASTIPOS DE VALVULAS Segn su funcin las vlvulas se subdividen en 5 grupos: Vlvulas de vas o distribuidoras. Vlvulas del bloqueo. Vlvulas de presin. Vlvulas de caudal Vlvulas de cierre.

SVALVULA NEUMATICA DE VIAS 3/2

VALVULA NEUMATICA DE VIAS 5/2

VALVULA OR (O)

VALVULA AND (Y)

VALVULA ANTIRRETORNO

VALVULA ESTRANGULADORA UNIDIRECCIONAL

ACCIONAMIENTOS MECANICOS, POR FUERZA MUSCULAR,NEUMATICOS Y ELECTRICOSUna caracterstica importante de toda vlvula es su clase de accionamiento debido a que, de acuerdo con ello, dentro de la cadena de mando de un equipo neumtico se la emplear como elemento emisor de seal, rgano de control o de regulacin. ACCIONAMIENTOS MECANICOSSon necesarios en todas aquellas partes en las que la vlvula deba ser accionada mediante un rgano mecnico del equipo.

POR ACCIONAMIENTO MUSCULAR

ACCIONAMIENTO NEUMATICO

ACCIONAMIENTO ELECTRICO

SISTEMAS HIDRULICOS

Elementos hidrulicos Lahidrulicaes una rama de lamecnica de fluidosy ampliamente presente en laingenieraque se encarga del estudio de las propiedades mecnicas de loslquidos. Todo esto depende de lasfuerzasque se interponen con lamasay a las condiciones a que est sometido el fluido, relacionadas con laviscosidadde este.

Qu es un circuito hidrulico? Uncircuito hidrulicoes un sistema que comprende un conjunto interconectado de componentes separados que transportalquido.

Este sistema se usa para controlar el flujo del fluido (como en una red de tuberas de enfriamiento en un sistema termodinmico) o controlar la presin del fluido (como en los amplificadores hidrulicos).

Componentes principales de los sistemas hidrulicosEn todocircuito hidrulicohay tres partes bien diferenciadas: El grupo generador de: Presin, El sistema de mando El actuador.

El grupo generador de presin es el rgano motor que transfiere la potencia al actuador para generar trabajo. La regulacin de esta transmisin de potencia se realiza en el sistema de mando que est formado por una serie de vlvulas limitadoras de caudal y de presin, distribuidoras, de bloqueo, etc.

Componentes principales de los sistemas hidrulicosCada elemento de una instalacin hidrulica tiene unas determinadas caractersticas que es preciso conocer para deducir el funcionamiento de la instalacin. Loselementos constitutivos del circuito hidrulico son:-Tanque o depsito de aceite.-Filtro-Bomba-Elementos de regulacin y control-Actuadores-Redes de distribucin

Tanque hidrulico

La principal funcin del tanque hidrulico es almacenar aceite, aunque no es la nica. El tanque tambin debe eliminar el calor y separar el aire del aceite.. Los tanques deben tener resistencia y capacidad adecuadas, y no deben dejar entrar la suciedad externa. Los tanques hidrulicos generalmente son hermticos.

Tipos de fluidos utilizadosAgua. Al tener la posibilidad de que las restricciones ambientales cada vez ms estrictas en la aplicacin de aceite minerales, losfluidos hidrulicosa base de agua puede convertirse en una alternativa realista. El agua pura tiene baja lubricidad y no puede trabajar como unlubricanteen el sentido convencional, pero el agua se ha utilizado comofluido hidrulico en los usos especiales donde la contaminacin por fugas y el peligro de incendio son las principales preocupaciones. Nuevos diseos y tambin el uso de materiales resistentes al desgaste positivamente han puesto de manifiesto las posibilidades de utilizacin del agua comofluido hidruliconuevo.

FiltroFiltro: Un filtro hidrulico es el componente principal del sistema de filtracin de una mquina hidrulica, de lubricacin o de engrase.

Estos sistemas se emplean para el control de la contaminacin por partculas slidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosin de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida til tanto de los componentes del equipo como del fluido hidrulico.

Tipos de filtros utilizados De impulsin o de presin: situado en la lnea de alta presin tras el grupo de impulsin o bombeo, permite la proteccin de componentes sensibles como vlvulas o actuadores

Tipos de filtros utilizados De retorno: en un circuito hidrulico cerrado, se emplaza sobre la conduccin del fluido de retorno al depsito a baja presin o en el caso de filtros semi-sumergidos o sumergidos, en el mismo depsito. Actan de control de las partculas originadas por la friccin de los componentes mviles de la maquinaria.

Tipos de filtros utilizadosDe venteo, respiracin o de aire: situado en los respiraderos del equipo, permite limitar el ingreso de contaminantes procedentes del aire.

Tipos de filtros utilizadosDe recirculacin: situadosoff-line, normalmente sobre la lnea de refrigeracin que alimenta el intercambiador de calor, permiten retirar los slidos acumulados en el depsito hidrulico

Tipos de filtros utilizadosDe succin: llamados tambinstrainers, se disponen inmediatamente antes del grupo de impulsin a manera de proteger la entrada de partculas al cuerpo de las bombas.

Tipos de filtros utilizadosDe llenado: se instalan, de manera similar a los filtros de venteo, en la entrada del depsito habilitada para la reposicin del fluido hidrulico de manera que permiten su filtracin y la eliminacin de posibles contaminantes acumulados en el contenedor o la lnea de llenado de un sistema centralizado.

Tipos de actuadoresCilindro de efecto doble: La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferencia de presin entre los extremos del pistn cuando el lquido entra en este.

Tipos de actuadoresCilindro de presin dinmica: Lleva la carga en la base del cilindro. Los costos de fabricacin por lo general son bajos ya que no hay partes que resbalen dentro del cilindro.

Tipos de actuadoresCilindro telescpico: La barra de tipo tubo multietpico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a presin. Se puede lograr una carrera relativamente en comparacin con la longitud del cilindro.

Tipos de bombas Segn el principio de funcionamiento HIDROSTATICASBombas de desplazamiento positivo o volumtricasHIDRODINAMICASBombas RotodinmicasBombas de desplazamiento positivo o volumtricas: En las que el principio de funcionamiento est basado en la hidrosttica, en estas mquinas, el movimiento del fluido es discontnuo y los procesos de carga y descarga se realizan por vlvulas que abren y cierran alternativamente

Tipos de bombas hidrulicas

Bombas volumtricas rotativas o rotodinticas

Bombas volumtricas rotativas o rotodinticas:

En las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presin) hasta la zona de salida (de alta presin) de la mquina.

Tipos de bombasLAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO SON APLICABLES PARA: -Volmenes pequeos.-Altas presiones.-Lquidos limpiosLAS BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO SON APLICABLES PARA: -Volmenes pequeos y medianos.-Altas presiones.-Lquidos viscosos.

Bomba hidrulica

Nos proporcionan una presin y caudal adecuado de lquido a la instalacin. La bomba hidrulica convierte la energa mecnica en energa hidrulica.

Es un dispositivo que toma energa de una fuente (un motor, un motor elctrico, etc.) y la convierte a una forma de energa hidrulica. La bomba toma aceite o fluido hidrulico de un depsito de almacenamiento (un tanque) y lo enva como un flujo al sistema hidrulico.

Bomba hidrulicaTodas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vaco a la entrada de la bomba. La presin atmosfrica, ms alta, empuja el fluido a travs del conducto de entrada a las cmaras de entrada de la bomba. Los engranajes de la bomba llevan el aceite a la cmara de salida de la bomba. El volumen de la cmara disminuye a medida

Elementos de regulacin y control

Son los encargados de regular el paso del aceite desde las bombas a los elementos actuadores. Estos elementos, que se denominan vlvulas, pueden ser activados de diversas formas: manualmente, por circuitos elctricos, neumticos, hidrulicos o mecnicos. La clasificacin de estas vlvulas se puede hacer en tres grandes grupos: de direccin, antirretorno y de presin y caudal.

Motor hidrulico

A continuacin se muestra la clasificacin de este tipo de motores: Motor de engranaje: El aceite a presin fluye desde la entrada que acta sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en una direccin.

La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad Motor oscilante con pistn axial. Tiene como funcin, el absorber un determinado volumen de fluido a presin y devolverlo al circuito en el momento que ste lo precise

Motores hidrulicosMotor con pistn eje inclinado: El aceite a presin que fluye desde la entrada empuja el pistn contra la brida y la fuerza resultante en la direccin radial hace que el eje y el bloque del cilindro giren en la direccin de la flecha.

Este tipo de motor es muy conveniente para usos a alta presin y a alta velocidad. Es posible modificar su capacidad al cambiar el ngulo de inclinacin del eje.

Tipos de acumuladores

Acumulador de contrapeso: El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el lquido almacenado, por medio de grandes pesos que actan sobre el pistn o mbolo. Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado, como hierro e incluso agua.

Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamao, en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidrulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fbricas y sistemas hidrulicos centrales.

Tipos de acumuladoresAcumulador cargado por muelle: En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al lquido almacenado por medio de un pistn sobre el cual acta un resorte. Suelen ser ms pequeos que los cargados por peso y su capacidad es de slo algunos litros.

Usualmente dan servicio a sistemas hidrulicos individuales y operan a baja presin en la mayora delos casos.

Mientras el lquido se bombea al interior del acumulador, la presin del fluido almacenado se determina por la compresin del resorte.

Tipos de acumuladores Si el pistn se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presin almacenada sera mayor que en el caso de un resorte comprimido tan slo cuatro pulgadas. A pesar de los sellos del pistn, cierta cantidad de fluido almacenado podra infiltrarse al interior de la cmara del resorte del acumulador. Para evitar la acumulacin de fluido, un orificio de respiracin practicado en la cmara permitir la descarga del fluido cuando sea necesario.

Redes de distribucin

Circuito cerrado: Los circuitos con centro cerrado emplean bombas hidrulicas de caudal variable, capaz de mantener la presin y reposar cuando no se necesita caudal en el circuito. Las vlvulas distribuidoras empleadas tienen el centro cerrado y el aceite no retorna continuamente al depsito.

Cuando es necesario alimentar varios actuadores, el caudal de aceite por actuador se controla empleando los siguientes dispositivos: -El tamao de la tubera de alimentacin. -Vlvulas dosificadoras con orificios calibrados segn el caudal que necesite el actuador.

Redes de distribucin

Redes de distribucinCircuito abierto: Los circuitos con centro abierto emplean bombas con caudal de aceite constante. La bomba manda caudal de forma permanente y necesita una vlvula limitadora de presin para aliviar la presin cuando el mbolo llegue al final de su carrera y para permitir tambin que el aceite retorne al depsito

TuberasLas tuberas ms empleadas en este tipo de circuitos pueden ser:-Tuberas flexibles.-Tuberas rgidas. Tubieras flexibles: Las tuberias flexibles son ideales para unir los componentes del circuito. Se pueden doblar, absorben las vibraciones y picos de presin y se montan y desmontan con facilidad. Las capas de material son las siguientes:-Cubierta exterior de goma o trenzados metlicos.-Malla metlica de refuerzo.-Tubo interior de goma sinttica.

TUBERAS Tuberas rgidas: Las tuberas rgidas se emplean para alta y baja presin. El material empleado en la fabricacin depende de la presin que soporten: -Las tuberas de acero estirado en fro se emplean para canalizaciones de alta presin. -El cobre, aluminio y plsticos se emplean en tuberas de baja

Diferencias mas destacadas de los sistemas hidraulicos y neumticosENERGA/PARAMETROSHIDRAULICAHIDRAULICA

NEUMATICANEUMATICAACUMULACIN La cantidad es limitada y los contenedores son robustosSe almacena en tanques; sencillos y rpidos de recargar por compresoresTRANSMISION Rentable en distancias hasta 100m y velocidad de 2m/s a 6m/sRentable en distancias hasta 100m yvelocidad de 20 m/s a 40m/sCOSTOSEl costo de implantacin es elevado Los Dispositivos son robustosEL COSTO ES ELEVADOEl aire que se toma de la atmosfera debe ser acondicionadoPRODUCIR MOVIMIENTOS LINEALESEs sencillo por actuadores lineales hay grandes fuerzasActuadores lineales fuerzas hasta 25000kgPRODUCIR MOVIMIENTOS GIRATORIOSEs sencillo con un par de gro potente. RPM BAJOEs sencillo con un par de giro limitado. RPM ALTO