1. AUTOMATIZACIN NEUMATICA YOLEOHIDRAULICA Es un asignatura tcnica que permite al estudiante deingeniera dar las competencias profesionalizantespara iniciarse en la automatizacin de maquinas ysistemas mecatronicos. Est dividida en dos partes Neumtica yOleohidraulica que estudian el movimiento queproducen los fluidos a alta presin especficamenteaire , aceite y las tecnologas que se encuentranactualmente en la industria para automatizacin. 2. Contenido del curso Syllabus. Programa analtico detallado.Ejes de Formacin profesional de automatizacin: Automatizacin Neumtica y Oleohidraulica. (sextosemestre) Control Automtico. (Octavo semestre) Automatizacin (noveno semestre) 3. Polticas de curso Formas de evaluacinFormas Descripcin Subpuntaje PuntajeEvaluacin finalEscrita, taller,programacin20Participacin enclase10Instalacin decircuitos neumaticos10Instalacin decircuitoselectroneumaticos10Programacin enmicro LOGO SoftComfort10Tarea de neumtica 5Tarea de5oleohidraulicaExperimentacion conprensa oleohidraulica, 15Investigacin defuncionamiento deuna envasadora15401030Gestin en el aulaTrabajo autnomoInvestigacinTotal 100 4. Bibliografa Festo, Guas de Neumtica y Oleohidraulica. Carpeta de Automatizacin Neumtica yoleohidraulica de 1.5 Gb. Principios de Oleohidrulica Jhon Deere. Manual de Software Fluidsim neumtica 3.6 Manual de Software Fluidsim hidrulica 3.0 Manual de Software LOGO Soft Comfort 7 5. Lugar de clases Primera semana:Aula programada por la UNACI. Siguientes semanas:Laboratorio de Neumtica.Laboratorio de AutomatizacinLaboratorio de Computacin.Clases presenciales:Asistencia mnima: 70% 6. Neumtica Bsica6 7. Programa del Curso1. Introduccin y Teora del aire.72. Tratamiento del Aire Comprimido.3. Simbologa ISO 1219-1.4. Funcionamiento Componentes Neumticos.5. Diseo de Circuitos Neumticos. 8. 9 Introduccin. Composicin del aire. Presin atmosfrica. Aire comprimido industrial. Presin. Unidades de presin. Presin y fuerza. Ley general de los gases. Generacin de aire comprimido. Agua en el aire comprimido. Caudal de aire comprimido. Caudal a travs de vlvulas. 9. Introduccin Que es Neumtica ? La Ciencia que trata del aprovechamiento de las propiedadesque tiene el aire comprimido para su transformacin enenerga mecnica. Propiedades del aire comprimido : Fluidez: no ofrecen ningn tipo de resistencia aldesplazamiento. Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un recipientecerrado aumentando la presin. Elasticidad: la presin ejercida en un gas se transmite conigual intensidad en todas las direcciones ocupando todo elvolumen que lo engloba.10 10. Composicin del aire El aire que respiramoses elstico,comprimible y fluido. Damos por hecho queel aire llena todo elespacio que locontiene. El aire se componebsicamente denitrgeno y de oxgeno.11Composicin por VolumenNitrogeno 78.09% N2Oxgeno 20.95% O2Argn 0.93% ArOtros 0.03% 11. Presin Atmosfrica La presin atmosfrica escausada por el peso delaire sobre nosotros. Esta es menor cuandosubimos una montaa ymayor al descender a unamina. La presin vara con lascondiciones atmosfricas.12 12. Atmsfera Standard Una atmsfera standard se define por laOrganizacin Internacional de Aviacin Civil. Lapresin y temperatura al nivel del mar es 101325Pascal absoluta y 288 K (15OC).131013.25 m bar 13. Atmsfera y vacio La potencia de lapresin atmosfrica esevidente en la industriade manipulacindonde se utilizanventosas y equipos devacio. El vacio se consigueevacuando todo el airede un sitiodeterminado.14 14. Aire comprimido industrial Las presiones se dan en bar(relativos a la presinatmosfrica). El zero del manmetro es lapresin atmosfrica. Para clculos se utiliza lapresin absoluta:Pa = Pg + Patmsfera. Se asume para clculos rpidosque 1 atmsfera equivale a1.000 mbar. En realidad 1 atmsferaequivale a 1.013 mbar.15RangoIndustrialampliadoRangoindustrialtpicoRangobajo17161514131211109876543210161514131211109876543210Presin absolutabarPresin manomtrica barAtmsferaVacio total 15. Presin 1 bar = 100.000 N/m2(Newtons por metrocuadrado). 1 bar = 10 N/cm216 1.000 mbar = 1 bar El sistema de medidasanglosajn utiliza lospies por pulgadacuadrada (psi)1 psi = 68.95mbar14.7 psi = 1bar 16. Unidades de presin Existen diversas unidades de medida de presin. Semuestran algunas de ellas y sus equivalencias: 1 bar = 101.300 N/m2 1 bar = 101 kPa 1 bar = 14.70 psi 1 bar = 10.197 kgf/m2 1 mm Hg = 1,334 mbar approx. 1 mm H2O = 0,0979 mbar approx. 1 Torr = 1mmHg abs (para vacio)17 17. Presin y fuerza El aire comprimido ejerce unafuerza de igual valor en todas lasdirecciones de la superficie delrecipiente que lo contiene. El lquido en un recipiente serpresurizado y transmitido conigual fuerza. Por cada bar de manmetro, seejercen 10 Newtonsuniformemente sobre cadacentmetro cuadrado.19 18. Presin y fuerza La fuerza que se desarrollasobre un pistn debida a lapresin del aire comprimido esel rea efectiva multiplicadapor la presin:20Fuerza =D24p PD mmP bar 19. Presin y fuerza Si ambas conexiones de uncilindro de doble efecto seconectan a la misma presin elcilindro se mover debido eldiferencial de presin que hayen ambas cmaras. Si el cilindro es de doblevstago el cilindro no semover.21 20. Las leyes de los gases Para cualquier masa de aire dada las propiedades variables sonpresin, volumen y temperatura. Asumiendo que una de estas variables se mantiene constante sedarn los siguientes casos: Temperatura Constante Presin Constante Volumen Constante23P.V = C (una constante)VT= C (una constante)= C (una constante)PT 21. La Ley general de los Gases24= = CP1 .V1T1P2 .V2T2Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante. 22. Central Generacin AireComprimido26Presin manmetroCompresor y refrigeradorVlvula seguridadDepsito acumuladorVlvula de purgaPurga condesadosTuberadistribucinSWP10bar Vlvula de corteM 23. Agua en el aire comprimido Cuando se comprimengrandes cantidades de aire seproduce una cantidadconsiderable de condensados. El vapor de agua natural quecontiene el aire atmosfricolicua como en una esponja. El aire en el interior delrecipiente continuar saturado(100% HR).28purgaairetotalmentesaturadoCondensado 24. Agua en el aire comprimido La cantidad de vapor de agua que contiene una muestra de aireatmosfrico se mide por la humedad relativa en % HR. Esteporcentage es la proporcin de la cantidad mxima de agua quepuede contener el aire a una temperatura determinada.294020-20-400 10 20 30 40 50060 70 80Gramos vapor agua / metro cbico aire g/m3Temperatura Celsius25% RH 50% RH 100% RHA 20o Celsius100% HR = 17.4 g/m350% HR = 8.7 g/m325% HR = 4.35 g/m3 25. Agua en el aire comprimido La ilustracin muestra cuatro cubos donde cada uno representa 1metro cbico de aire atmosfrico 20 C. Cada uno de estosvolumenes tiene una humedad relativa del 50% HR. Esto quiere decirque contiene 8.7 gramos de vapor de agua, la mitad del mximoposible que es 17.4 gramos.30 26. Agua en el aire comprimido Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cbicos enuno solo luego habr 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estaspartes se pueden mantener como vapor en un metro cbico devolumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.31 27. Agua en el aire comprimido Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cbicos enuno solo luego habr 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estaspartes se pueden mantener como vapor en un metro cbico devolumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.32 28. Agua en el aire comprimido Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cbicos enuno solo luego habr 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estaspartes se pueden mantener como vapor en un metro cbico devolumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.33 29. Agua en el aire comprimido Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cbicos enuno solo luego habr 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estaspartes se pueden mantener como vapor en un metro cbico devolumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.34 30. Agua en el aire comprimido 4 metros cbicos a presin atmosfricacontenidos en 1 metro cbico producenuna presin de 3 bares de manmetro. 17.4 gramos de agua se mantienen comovapor produciendo el 100% HR y losotros 17.4 gramos condensan en agualquida. Esto es un proceso continuo, de maneraque cuando el manmetro marca 1 bar,cada vez que se comprime un metrocbico de aire y se aade al metrocbico contenido, otros 8.7 gramos secomprimen.35 31. Unidades de caudal El caudal se mmide comovolumen de aire libre porunidades de tiempo. Las unidades usuales : Litros normales o decmetroscbicos por segundo lN/s odm3/s Metros cbicos por minutom3N/min Pies cbicos normales porminuto scfm 1 m 3/m = 35.31 scfm 1 dm 3/s = 2.1 scfm 1 scfm = 0.472 l/s 1 scfm = 0.0283 m3/min371 metro cbicoo 1000 dm3 32. Caudal aire Libre El espacio entre las barrasrepresenta el volumen real queocup un litro de aire libre a surespectiv presin. El caudal es el resultado de lapresin diferencial, a un barabsoluto (0 de manmetro)solo habra caudal en vacio. Si la velocidad fuese la mismaen cada caso el caudal seria eldobl que en el caso anterior.38Volumen real de 1 litrode aire libre a presin01/81/161/41/21 litro1bar a2bar a4bar a8bar a16bar a 33. Caudal snico La velocidad lmite a la cual puedecircular el aire es la velocidad delsonido Para alcanzar el caudal snico, se hade tener una P1, aprox. 2 veces P2 omas. Cuando se vacia un recipiente deaire a alta presin a la atmsfera elcaudal se mantendr constantehasta que P1 sea menor que 2 P2. Cuando se carga un recipiente elcaudal se mantiene constante hastaque P2 es 1/2 P1.39P1 barabsolutaP1 est 9 barun recipiente ala atmsferatime2P2986543200 5 10 201157atm986543201/2P10 5 10 201157P2 barabsolutaP1 est 9 baralimentacin aun recipienteatm 34. Caudal a travs de vlvulas La caracterstica de caudal de una vlvula se suele indicar por alguntipo de factor de caudal, como C , b, Cv, Kv y otros. El procedimiento mas preciso para determinar esta caractersticade una vlvula es a travs de su valor C (conductancia) y b(relacin crtica de presiones). Estas caractersticas se determinanprovando el componente segn CETOP RP50P recommendations. Para un rango de presionesde alimentacin P determinado,P2 se contrasta con el caudalhasta alcanzar su mximo. El resultado es un conjunto de curvasmostrando la caracterstica de caudalde la vlvula.40P1 P2 35. Caudal a travs de vlvulas A partir de estas curvas se puede determinar la relacin crtica depresiones b. La b representa la relacin de P2 sobre P1, en la cualla velocidad es snica. As la conductancia C en este puntorepresenta el caudal dm/ segundo / bar absoluto.41Relacin crtica de presiones b = 0.150 1 2 3 4 5 6 7Presin P2 (bar) aguas a bajo0.50.40.30.20.10ConductanciaC= 0.062 dm/s/bar aTan solo para la partehorizontal de la curvaCaudaldm3/sairelibreP1 es el punto decaudal zero paracada curva 36. Caudal a travs de vlvulas Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocen laconductancia y la relacin crtica de presiones, el valor del caudalpara cualquier caida de presin se puede calcular mediante lasiguiente frmula:42Q = C P1 1 -P2P1- b1 - b2Donde :P1 = aguas arriba barP2 = aguas a bajo barC = conductancia dm3/s/barb = relacin crtica de presionesQ = caudal dm3/s 37. Caudal a travs de vlvulas El Coeficiente de caudal Cv es un factor calculado a partirdel caudal de agua que circula a travs de un componenteneumtico con una prdida de presin de 1 p.s.i. 21 ,Q : caudal en l N / minAP : cada de presin en barP1 : presin de entrada en barP2 : presin de salida en barT : temperatura abs. (273 + C).43CvQP P PaT114 5 ( ) 38. Caudal a travs de vlvulas El Coeficiente de caudal Kv es un factor calculado a partirdel caudal de agua que circula a travs de un componenteneumtico con una prdida de presin de 1 bar.Vn : caudal en l N / minAP : cada de presin en barGn : Gravedad especfica (1 para el aire)P2 : presin de salida en barT 1 : temperatura abs. (273 + C)44Kv Vn GnT1 504P 2P 39. 45CIRCUITO NEUMATICOElementos de potenciaElementos de controlTratamiento del aireRacordaje 40. Referencias bibliogrficas.Teora de aire comprimidoDiseo de redes de aire comprimidomanual de compresoresNeumtica, oleohidraulica y electricidad aplicada