peumàtica sg 10-11

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Unidad Didáctica “Neumática e hidráulica”

4º ESO

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Introducción

¿Que es Neumática ? La técnica que trata del aprovechamiento de las

propiedades que tiene el aire comprimido.

Propiedades del aire comprimido : Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al

desplazamiento. Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un

recipiente cerrado aumentando la presión. Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite

con igual intensidad en todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.

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Composición del aire

El aire que respiramos es elástico, comprimible y fluido.

Damos por hecho que el aire llena todo el espacio que lo contiene.

El aire se compone básicamente de nitrógeno y de oxígeno.

Composición por VolumenNitrogeno 78.09% N2

Oxígeno 20.95% O2

Argón 0.93% ArOtros 0.03%

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Atmósfera y vacio

La potencia de la presión atmosférica es evidente en la industria de manipulación donde se utilizan ventosas y equipos de vacio.

El vacio se consigue evacuando todo el aire de un sitio determinado.

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Aire comprimido industrial

Las presiones se dan en bar (relativos a la presión atmosférica).

El zero del manómetro es la presión atmosférica.

Para cálculos se utiliza la presión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera.

Se asume para cálculos rápidos que 1 atmósfera equivale a 1.000 mbar.

En realidad 1 atmósfera equivale a 1.013 mbar.

Rangobajo

Rangoindustrialtípico

01234

5

67

8

910

111213

1415

1617

01234

5

67

8

910

111213

1415

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Pre

sión

abs

olut

abar

Pre

sión

man

omét

rica

bar

Vacio total

Atmósfera

RangoIndustrialampliado

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Unidades de presión

Existen diversas unidades de medida de presión. Se muestran algunas de ellas y sus equivalencias:

1 bar = 100.000 N/m2 1 bar = 100 kPa 1 bar = 14.50 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)

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Presión y fuerza

El aire comprimido ejerce una fuerza de igual valor en todas las direcciones de la superficie del recipiente que lo contiene.

El líquido en un recipiente será presurizado y transmitido con igual fuerza.

Por cada bar de manómetro, se ejercen 10 Newtons uniformemente sobre cada centímetro cuadrado.

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Presión y fuerza

La fuerza que se desarrolla sobre un pistón debida a la presión del aire comprimido es el área efectiva multiplicada por la presión:

Fuerza =D2

40PNewtons

π

D mm

P bar

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Propiedades de los fluidos, principios básicos

Presión = Fuerza / Superficie

Presión: se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo.

Unidades: 1 atmósfera ≈ 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 pascal

Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo.

Caudal = Volumen / tiempo

Potencia: es la presión que ejercemos multiplicada por el caudal.

W(potencia) = Presión * Caudal

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Presión atmosférica, absoluta y relativa

Los manómetros indican el valor de presión relativa

11Ventajas del aire comprimido

- Es abundante (disponible de manera ilimitada).- Transportable (fácilmente transportable, además los conductos de retorno son innecesarios).- Se puede almacenar (permite el almacenamiento en depósitos).- Resistente a las variaciones de temperatura.- Es seguro, antideflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio).- Limpio (lo que es importante para industrias como las químicas, alimentarias, textiles, etc.).- Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil comprensión).- La velocidad de trabajo es alta.- Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua.- Aguanta bien las sobrecargas (no existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando ésta existe, el elemento de trabajo simplemente para sin daño alguno).

12Desventajas del aire comprimido

-Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad).

-Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de trabajo regulares y constantes.

-Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30000 N).

-Es ruidoso, debido a los escapes de aire después de su utilización.

- Es costoso. Es una energía cara, que en cierto punto es compensada por el buen rendimiento y la facilidad de implantación.

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Fundamentos físicos

La ley de los gases perfectos relaciona tres magnitudes, presión (P), volumen (V) y temperatura (T), mediante la siguiente fórmula:

P * V =m * R * T

Donde : P = presión (N/m2).V = volumen especifico (m3/kg) .m = masa (kg).R = constante del aire (R = 286,9 J/kg*ºk).T = temperatura (ºk)

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Fundamentos físicos

- Si mantenemos constante la temperatura tenemos:

P * V = cte.

Luego en dos estados distintos tendremos:

P1 * V1 = P2 * V2

P1 / P2 = V2 /V1

ley de Boyle-Mariotte

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Fundamentos físicos

Si ahora mantenemos la presión constante tenemos. V/T = cte.

Luego en dos estados distintos tendremos: V1/T1 = V2/T2 ley de Gay-

Lussac

Si ahora mantenemos el volumen constante tenemos.

P/T = cte.

Luego en dos estados distintos tendremos:

P1/T1 = P2/T2 ley de Charles

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Fluidos hidráulicos

El 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

Circuitos neumáticos

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Elementos básicos de un circuito neumático

El generador de aire comprimido Las tuberías y los conductos Los actuadores Los elementos de mando y control

Elementos de los circuitos neumáticos

Compresor Deposito (Calderín) Filtro Elementos de medida (manómetro) Válvula de seguridad Unidad de mantenimiento (Filtros y lubrificador) Conductos Válvulas reguladoras y de control Elementos actuadores

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Compresor

Son los encargados de comprimir el aire que se toma de la atmósfera.

Existen diferentes tipos de compresores en función de la forma de comprimir el aire:

De pistón (monofásico o bifásico) De tornillo

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Producción y distribución del aire comprimido

Compresor de émbolo

Compresor de paletas

Compresor de husillo o Roots

Compresor de tornillo

Turbocompresor

Símbolo de compresor

Depósito o calderín

Es donde se almacenará el aire antes de ser usado En muchas ocasiones antes de almacenar el aire pasa por

elementos refrigeradores para bajar la temperatura del aire que en el proceso de compresión se ha calentado.

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Válvula de seguridad y unidad de medida

La válvula de seguridad se encuentra en el calderín y es la encargada de que no se supere la presión máxima para la cual esta tarado o preparado el calderín.

En el calderín también existe un manómetro que nos indica la presión del mismo.

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TUBERÍAS

Las tuberías principales del circuito neumático suelen ser de acero o de latón, que se unen mediante soldadura o racores (uniones roscadas), mientras que los tubos de conexión a los distintos receptores suelen ser de polietileno y poliamida y se unen mediante enchufes rápidos.

Distintos tipos de racores y enchufes rápidos para neumática.

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ACTUADORES

Existen motores neumáticos y actuadores rotativos para válvulas, pero los actuadores más usuales son los cilindros neumáticos. Según su modo de funcionamiento se dividen en cilindros de simple y de doble efecto.

Actuador rotativo para abrir o cerrar una válvula

Cilindro neumático

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Elementos de trabajo: actuadores

Motor de paletas

Cilindro basculante

Motor de paletas doble sentido

ACTUADORES

CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

El aire introducido desplaza el pistón y el vástago hacia afuera, al dejar de entrar aire se produce el retroceso mediante un muelle.

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ACTUADORES

CILINDRO DE DOBLE EFECTO

Tiene dos orificios para la entrada y la salida del aire, de esta forma cuando el aire entra por detrás del pistón el vástago avanza, mientras que cuando el aire entra por delante del pistón el vástago retrocede.

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Elementos de trabajo: actuadores

Cilindro de simple efecto

Cilindro de doble efecto

Elementos actuadores

Teniendo en cuenta que P=F/s la fuerza que podrá realizar un pistón de simple efecto al salir será la sección del émbolo por la presión del circuito menos la fuerza de oposición del muelle. En el retroceso lo que actúa es el muelle.

En el caso de los cilindros de doble efecto la fuerza se calculará igual F=P*s. Pero habrá que tener en cuenta que la sección del émbolo no es la misma en el lado del vástago que en el otro, por lo tanto la fuerza será diferente. En el lado que no hay vástago al tener más sección sobre la que se efectúa el empuje se podrá realizar mas fuerza.

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Válvulas reguladoras de control

Son los elementos encargados de distribuir el aire por los diferentes circuitos.

Son los órganos de control del circuito neumático. Se nombran en función del numero de posiciones que

tienen y del los conductos por los que puede pasar el aire. Su accionamiento puede ser manual, mecánico, eléctrico

o por aire.

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Cómo se nombran las válvulas

1º· Número de Vías, es decir de orificios que presenta la válvula

1

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En este ejemplo 3 VÍAS

2º· Número de Posiciones

En este caso 2 POSICIONES

3º· Accionamiento En este caso por BOTÓN

4º· Retroceso

En este caso por MUELLE

5º· Nombre: Válvula 3/2 Botón/Muelle

6º· En ocasiones también se indica la posición normal, es decir aquella en la que se encuentra la válvula cuando no la hemos accionado.

En la de arriba, cuando está sin accionar, el aire no pasa, por lo que se llama Normalmente Cerrada, N/C. En la de abajo pasa lo contrario, por tanto es Normalmente Abierta, N/A.

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Accionamiento de las válvulas 33

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Estructura simbología válvulas

La función que cumple una válvula viene dada por 2 números separados por una barra, ej. 3/2..

El primer número indica el número de vías de la válvula. Es decir, entradas, salidas y escapes excluyendo los pilotajes y señales externas.

El segundo número indica el número de posibles estados de la válvula.

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Estructura simbología válvulas

Así una válvula 3/2 dispone de 3 conexiones (normalmente una entrada, una salida y un escape) y 2 posiciones (una posición de reposo y otra actuada).

Los cuadrados pertenecen a una sola válvula.

normalactuada

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Estructura simbología válvulas

Cada una de las posiciones de la válvula se muestran unidas en el símbolo de la válvula.

normalactuada

El símbolo de la válvula muestra las posiciones unidas final con final.

normalactuada

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Estructura simbología válvulas

Las conexiones se muestran en tan solo una de las posiciones y indican el estado que prevalece.

normal

Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente.

Accionando el pulsador se actúa la válvula

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Estructura simbología válvulas

Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente.

Accionando el pulsador se actúa la válvula

Posición de reposo producida por un muelle

Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente.

Posición de reposo producida por un muelle

Accionando el pulsador se actúa la válvula

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Estructura simbología válvulas

Cuando se actúa la válvula su símbolo se puede visualizar con las conexiones alineadas en cada uno de los estados.

Cuando se actúa la válvula su símbolo se puede visualizar con las conexiones alineadas en cada uno de los estados.

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Válvulas

Válvula 2/2

Válvula 3/2

Posición de reposo

Válvulas básicas antes de añadir los actuadores:

Ejemplos, pulsador con retorno por muelle:

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Válvulas

Válvula 5/2

Válvula 4/2

Posición de reposo

Válvulas básicas antes de añadir los actuadores:

Ejemplos, pulsador con retorno por muelle:

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Válvulas

Actuada

Válvula 5/2

Válvula 4/2

Válvulas básicas antes de añadir los actuadores:

Ejemplos, pulsador con retorno por muelle:

ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL

VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

Válvula 2/2

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ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL

VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

Válvula 3/2

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ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL

VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

Válvula 5/2

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Válvulas auxiliares

Válvulas auxiliares

Con las válvulas también se pueden realizar funciones lógicas.

Función AND. Tiene que tener aire en las dos entradas para que haya en la salida

Función OR. Tiene que haber aire en una entrada o en la otra para que haya a la salida.

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Válvula OR Válvula AND

Válvulas auxiliares

Válvulas auxiliares

Existen válvulas para funciones especiales como: Válvulas direccionales Válvulas reguladoras de flujo o caudal Válvulas reguladoras unidireccionales Válvulas reguladoras de presión

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Válvula antirretorno

Válvula estranguladora unidireccional

Válvulas auxiliares

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Circuito neumático

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Accionamiento cilindro s/e

Accionamiento de un cilindro s/e.

Variante vástago en reposo a más, pulsando a menos.

Ver accionamiento cilindro s/e vástago extendido.

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Accionamiento cilindro d/e

Se precisan dos válvulas 3/2 para accionar un solo cilindro.

Características del cilindro en posición de reposo.

Circuitos neumáticos

Accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto.

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Circuitos neumáticos

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto, pulsamos A y sale y pulsamos B para recoger el cilindro.

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Circuitos neumáticos

Accionamiento de un cilindro de simple efecto desde dos pulsadores alternativos

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57Diseño de circuitos neumáticos

Actuadores. Elementos de control. Funciones lógicas. Emisores de señal, señales de control. Toma de presión y unidad de mantenimiento.

Colocación de elementos