SISTEMAS NEUMATICOS E HIDRAULICOS Elementos componentes y circuitos

SISTEMAS NEUMATICOS E HIDRAULICOS Elementos componentes y circuitos típicos de potencia y control

1. - Introducción. 2. - Generalidades de los Sistemas Neumáticos e Hidráulicos. 3. - Conceptos básicos relacionados. 3. 1. - Propiedades de los fluidos. 3. 2. - Magnitudes y principios fundamentales. 4. - Sistemas neumáticos. 4. 1. - Producción del aire comprimido. 4. 2. - Elementos de tratamiento del aire comprimido. 4. 3. - Elementos de consumo en circuitos neumáticos. RECEPTORES 4. 4. - Elementos de control en circuitos neumáticos. 4. 5. - Circuitos neumáticos simples. 4. 6. - Símbolos de elementos de uso frecuente en neumática. 5. - Sistemas hidráulicos. 5. 1. - Grupo de accionamiento. 5. 2. - Elementos de transporte. 5. 3. - Elementos de distribución, regulación y control. Válvulas. 5. 4. - Elementos de trabajo. 5. 5. - Circuitos característicos de aplicación. 5. 6. - Símbolos de elementos de uso frecuente en neumática.

1. INTRODUCCIÓN La Neumática y la Hidráulica tratan de las leyes que rigen el comportamiento y el movimiento de los gases y de los líquidos, respectivamente, así como de los problemas que plantea su utilización. Las diferencias entre ambas vienen marcadas por la naturaleza de los fluidos : • Los sistemas hidráulicos se emplean, por lo general, en aquellas situaciones en que se requiera una fuerza elevada. • Por el contrario, la neumática se utiliza preferentemente en la automatización de procesos. En la actualidad, los sistemas hidráulicos y neumáticos se encuentran presentes en automóviles, aeronaves, máquinas-herramientas, maquinaria de construcción. . . , y en casi cualquier tipo de aplicaciones industriales

2. Generalidades de los Sistemas Neumáticos e Hidráulicos. Las diferencias entre ambas vienen marcadas por la naturaleza de los fluidos que se consideran: aire (muy compresible) y aceite o similares (casi incompresibles). La Neumática se puede considerar adecuada para fuerzas no superiores a las 3 Tn. , aunque su ámbito preferente de utilización se extiende hasta fuerzas menores de 1, 2 Tn. , con desplazamientos rápidos. También EN pequeños motores, como es el caso de herramientas portátiles, o de motores de alta velocidad que pueden alcanzar las 500. 000 r. p. m. Su campo de aplicación abarca procesos de control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas, etc. en todo tipo de industrias. La Hidráulica es apropiada para grandes esfuerzos tanto en actuadores lineales como en motores de par elevado, y permite un control exacto de velocidad y parada. Su utilización se extiende a las industrias metalúrgicas, a las máquinasherramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte, etc. .

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.

3. Conceptos básicos 3. 1 Propiedades de los fluidos 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).

3. 1 Magnitudes y principios fundamentales I Presión. Conceptos fundamentales. 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. P = F/S Caudal. Conceptos fundamentales. El caudal se define como el volumen de fluido que atraviesa por unidad de tiempo una sección transversal de una conducción Leyes fundamentales en los fluidos. principio fundamental de la Hidrostática La presión aplicada, sobre un punto de una masa de fluido confinado, se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente a las paredes del recipiente.

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 S 1 y S 2 , en las cuales el fluido, con una densidad d 1 y d 2 , posee las velocidades respectivas v 1 y v 2 , se establece que: Si el fluido es incompresible (caso de los líquidos), d 1 = d 2 = 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

4. Sistemas Neumáticos • Producción del aire comprimido. • Elementos de tratamiento del aire comprimido. • Elementos de consumo en circuitos neumáticos. • Regulación y control.

4. 1 Producción de aire comprimido Para generar el aire comprimido : COMPRESORES REFRIGERADOR. SECADOR

Producción de aire comprimido I Compresores Los compresores elevan la presión del aire hasta el valor adecuado para su utilización. Energía exterior -> energía de presión En el funcionamiento de un compresor aparecen dos magnitudes: La presión que se comunicará al aire, El caudal que el compresor es capaz de proporcionar. Existen dos tipos: • Los compresores volumétricos En ellos el aire que entra en un recipiente hermético es reducido a un volumen inferior al que tenía, aumentando su presión (Ley de Boyle-Mariotte). • Los compresores dinámicos El aire aspirado aumenta su velocidad a medida que pasa por las distintas cámaras, transformándose su energía cinética en energía de presión.

Producción de aire comprimido II compresores Compresores Volumétricos De embolo De una etapa De dos etapas De varias etapas Rotativos Paletas Tornillos Dinámicos Centrífugos

Producción de aire comprimido III Refrigerador y secado Refrigerador. El aire comprimido alcanza temperaturas bastante altas, por lo que es necesario refrigerarlo, para dejarlo a uno 25ºC. Secador. Tiene por objeto reducir el contenido de vapor de agua existente en el aire. Secador por absorción

4. 2 Elementos de tratamiento del aire comprimido TIENEN COMO MISIÓN SUMINISTRAR EL AIRE COMPRIMIDO EN LAS MEJORES CONDICIONES POSIBLES PARA SU UTILIZACIÓN POSTERIOR. El aire comprimido debe estar libre de impurezas (partículas en suspensión, agua, aceite), regulado a la presión deseada de utilización y adecuadamente lubrificado en aquellos lugares donde sea preciso. Los elementos de tratamiento del aire comprimido son: Filtros. Reguladores de presión. Lubricadores

Elementos de tratamiento del aire comprimido II FILTROS LOS FILTROS TIENEN COMO MISIÓN DEPURAR EL AIRE COMPRIMIDO. El polvo y vapor de agua si llegan hasta los puntos de consumo de aire comprimido, pudiendo ocasionar serios deterioros. Funcionamiento El aire, entra en el filtro por la parte superior y sufre un centrifugado por efecto del deflector de aletas, de esta manera las partículas más gruesas y las gotas de agua se proyectan contra la pared interna de la cuba y se depositan en la parte inferior. Las partículas sólidas más finas son detenidas por medio del elemento filtrante.

Elementos de tratamiento del aire comprimido III REGULADORES DE PRESIÓN LA MISIÓN DEL REGULADOR DE PRESIÓN ES MANTENER CONSTANTE EL VALOR DE LA MISMA. Funcionamiento Se basa en bloquear o dejar pasar el aire comprimido a través de un obturador, cuya apertura o cierre se consigue por medio de un vástago accionado por una membrana o por un pistón en equilibrio entre dos fuerzas. La regulación de la presión consiste en la mayor o menor apertura de la válvula de asiento, que dispone de un muelle que evita oscilaciones.

Elementos de tratamiento del aire comprimido IV LUBRICADORES Como las automatizaciones neumáticas se realizan por medio de componentes que poseen órganos mecánicos móviles y que, por tanto, están sujetos a rozamientos, resulta necesario proceder a la lubricación de los mismos. Funcionamiento La lubricación se suele llevar a cabo mediante el aire comprimido, que es el que produce el movimiento de los órganos mecánicos. De esta manera, el lubricador aporta aceite a los elementos móviles, disminuyendo así el rozamiento y evitando la oxidación.

4. 3 RECEPTORES SON LOS ELEMENTOS QUE PERMITEN TRANSFORMAR LA ENERGÍA COMUNICADA AL AIRE POR EL COMPRESOR EN ENERGÍA ÚTIL. Se pueden dividir en dos grandes grupos: Elementos alternativos o cilindros. Elementos rotativos o motores.

RECEPTORES II Cilindros De simple efecto De doble efecto

RECEPTORES III Motores De pistones Paletas Turbinas

4. 4 ELEMENTOS DE CONTROL Se llaman Válvulas a los elementos encargados de controlar la energía que se transmite a través del fluido hacia los elementos de consumo, tanto la presión como el caudal del aire comprimido. TRES TIPOS FUNDAMENTALES Válvulas de control de dirección (distribuidores). Válvulas de control de caudal Válvulas de control de presión

ELEMENTOS DE CONTROLII Válvulas de control de dirección (distribuidores). Son los elementos que gobiernan la dirección y el sentido en que debe circular el aire comprimido, según los casos, y en unas ocasiones se debe permitir el paso libre del fluido y en otras cortarlo totalmente. Se definen por dos características: Nº de vías u orificios: Representa el número de agujeros que tiene una válvula, tanto de entrada como de salida. Nº de posiciones: Generalmente tienen dos posiciones, una que define el estado de reposo y otra el estado de trabajo, aunque algunas aplicaciones exigen el empleo de tres posiciones, que implica el empleo de una posición neutra central.

ELEMENTOS DE CONTROLII Válvulas de control de dirección (distribuidores). Identificación de orificios Son los elementos que gobiernan la dirección y el sentido en que debe circular el aire comprimido, según los casos, y en unas ocasiones se debe permitir el paso libre del fluido y en otras cortarlo totalmente. Se definen por dos características: Nº de vías u orificios: Representa el número de agujeros que tiene una válvula, tanto de entrada como de salida. Nº de posiciones: Generalmente tienen dos posiciones, una que define el estado de reposo y otra el estado de trabajo, aunque algunas aplicaciones exigen el empleo de tres posiciones, que implica el empleo de una posición neutra central. Alimentación de ENTRADA (compresor). . P Circuitos de trabajo. . . A, B, C, . . . Escape a la atmósfera. . . . . R, S, T, . . . Conexiones de pilotaje. . . . . X, Y, Z, . . .

Válvulas de control de dirección (distribuidores).

ELEMENTOS DE CONTROL Válvulas de control de caudal Antiretorno Reguladora de caudal Unidireccional Bidireccional

ELEMENTOS DE CONTROL Válvulas de control de presión ACTÚA SOBRE LA PRESIÓN DEL AIRE MANTENIÉNDOLA REGULADA DESDE UN VALOR NULO HASTA OTRO MÁXIMO QUE CORRESPONDE AL VALOR DE LA PRESIÓN DE ALIMENTACIÓN. La regulación se realiza por medio del ascenso o descenso de un elemento roscado. Finalidades: • • • Como válvula de seguridad en los equipos generadores de aire comprimido, (válvula de descarga). Para alimentar elementos que trabajan a presiones diferentes (válvula de secuencia). Para mantener la presión de alimentación estabilizada en un determinado valor.

4. 5 CIRCUITOS NEUMÁTICOS SENCILLOS

4. 6 S I M B O L O G Í A

Equipos de linea Líneas de fluido Grupos de acondicionamiento Actuadores Accesorios

5. Sistemas hidráulicos Las instalaciones hidráulicas constan de: Grupo de accionamiento Elementos de transporte Elemento de trabajo • Regulación y control.

VENTAJAS Las ventajas de las instalaciones hidráulicas : • Fácil regulación de la velocidad (incompresibilidad de los líquidos). • Posibilidad de inversión instantánea de los mecanismos hidráulicos. • Posibilidad de efectuar grandes esfuerzos con componentes de reducido tamaño (trabajo a altas presiones). • Detención en cualquier posición de los actuadores hidráulicos (incompresibilidad de los líquidos). • Fácil protección del sistema ante las sobrecargas (con el uso de válvulas limitadoras de presión).

5. 1 Grupo de accionamiento E. mecánica -> E. Hidráulica B. engranajes B. De tornillo B pistones B. Paletas

5. 2 Elementos de transporte El TRANSPORTE del líquido se realiza por medio de TUBERÍAS. Aquéllas que forman el circuito de potencia se representan mediante una línea continua Los circuitos auxiliares para el control de alguna válvula se simbolizan por medio de una línea de trazos

5. 3 Regulación y Control Las válvulas son los elementos que sirven para gobernar los sistemas hidráulicos. VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS Rotativas, axiales, piloto, electroválvulas, antirretorno. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL Estranguladoras, temporizadoras, parada-marcha. VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN De seguridad, de derivación, productoras de presión.

Válvulas distribuidoras 2/2 3/2 4/3 5/2 V inversión rotativa

Reguladoras de caudal V. caudal fijo. V. caudal variable Reguladora de caudal con antiretorno

Reguladoras de Presión Reguladora de Presión Limitadora de presión

5. 4 Actuadores Cilindros Motores

Cilindros C. De simple efecto C. De doble efecto

Motores hidraulicos M de paletas M de Engranajes M de pistones

6. 5 Circuitos hidraulicos Accionamiento de un cilindro de simple efecto Accionamiento de un cilindro de doble efecto con v 4/2

Ejemplos II Mando de Cilindro de doble efecto con válvula 4/3 Regulación de velocidad de mando de un cilindro

Símbolos Hidráulicos

EJERCICIOS