circuitos neumaticos e hidraulicos urgente

7/29/2019 Circuitos Neumaticos e Hidraulicos URGENTE

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Unidad IICircuitos Neumticos e Hidrulico

Dep. Cientfico-Tcnico 1

Unidad 2

CIRCUITOS NEUMTICOS E HIDRULICOS

1.- APLICACIONES NEUMTICAS E HIDRULICAS

La Neumtica y la Hidrulica se encargan respectivamente del estudio de las

propiedades y aplicaciones de los gases comprimidos y de los lquidos. Etimolgicamente

estas palabras derivan de las griegas pneumae hydro, que significan viento y agua.

Aunque las aplicaciones de los fluidos (gases y lquidos) a presin no son nuevas, lo

que s es relativamente reciente es su empleo en circuitos cerrados en forma de sistemas

de control y actuacin. Un problema de automatizacin y control puede resolverse

empleando mecanismos, circuitos elctricos y electrnicos, circuitos neumohidrulicos o

bien una combinacin de todo ello.

Los circuitos neumticos e hidrulicos se suelen utilizar en aplicaciones que requieren

movimientos lineales y grandes fuerzas.

Maquinaria de gran potencia. Grandes

mquinas como las excavadoras, las perforadoras de

tneles, las prensas industriales, etc., emplean

fundamentalmente circuitos hidrulicos.


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Produccin industrial automatizada. En los

procesos de fabricacin se emplean circuitos

neumticos e hidrulicos para realizar la

transferencia y posicionamiento de piezas y

productos.

Accionamientos en robots. Para producir el

movimiento de las articulaciones de un robot industrial

y de las atracciones de feria, se emplean

principalmente sistemas de neumtica.

Mquinas y herramientas de aire comprimido . Herra-mientas como el martillo neumtico, los atornilladores

neumticos o las mquinas para pintar a pistola, son ejemplos

del uso de la neumtica


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2.- LOS FLUIDOS A PRESIN

Segn la teora cintica, toda la materia, desde un papel a una gota de agua, estformada por partculas (tomos o molculas) en continuo movimiento.

Las partculas que constituyen un gas se encuentran bastante alejadas entre s y se

mueven desordenadamente en todas direcciones. Tienden siempre a expandirse, por lo

que se dice que un gas no tiene volumen ni forma propia, sino que adquiere los del

recipiente que lo contiene. Por esta razn, los gases se pueden comprimir y expandir

fcilmente sin ms que modificar el volumen del recipiente.

En los lquidos, las partculas se hallan menos separadas que en los gases y las

fuerzas atractivas entre ellas son lo suficientemente intensas como para impedir que se

separen, deslizndose unas sobre otras. Los lquidos tienen volumen propio pero su forma

se adapta a la del recipiente que los contiene. Portante, no se pueden comprimir: se dice

que son incompresibles.

Un fluido almacenado en un recipiente ejercer una fuerza sobre las paredes del

mismo. La fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina presin.

)(

)()(

SSuperficie

FFuerzaPPRESIN

La unidad de presin en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa), que equivale a 1

N/m. Tambin se emplean otras unidades para medirla, como por ejemplo la atmsfera, el

bar, los milmetros de mercurio, etc.

La presin es una magnitud que define el estado del gas. Nos informa de la fuerza de

empuje que puede realizar un gas sobre la unidad de rea, en funcin del nmero de

1 atm = 101 300 Pa

1 bar = 100 000 Pa

1 atm = 760 mm Hg

1 atmsfera tcnica =.1 kp/cm2

= 98 000 Pa


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choques que se producen sobre la superficie.

Compresibilidad de los gases

Los gases y los lquidos no se comportan de igual manera al someterlos a una presin.

Podemos comprobarlo de un modo muy simple, utilizando una jeringuilla

Si tapamos con un dedo la salida de una

jeringuilla llena de aire y apretamos el

mbolo, observaremos que e aire de su

interior se puede comprimir aunque cueste

esfuerzo.

Si dejamos de hacer presin, el mbolo

subir hasta recuperar la posicin inicial.

Esta tendencia del gas a expandirse se

emplea para el accionamiento y el control

en neumtica.

Incompresibilidad de los lquidos

Si realizamos la experiencia de la jeringuilla llenndola con agua, veremos que es

imposible comprimir el lquido. Adems, al soltar el mbolo, este no se mueve, por lo que

no nos sirve para provocar un movimiento.

Si conectamos dos jeringuillas llenas

de lquido mediante un tubo de plstico

ajustado, observaremos que al presionar

sobre la primera jeringuilla, como el

lquido no se comprime, la presin

ejercida se transmite a travs del lquido,

produciendo el movimiento del mbolo

de la segunda jeringuilla. Este movimiento podra aprovecharse, por ejemplo, para impulsar


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una canica.

Este sistema, en definitiva, es el fundamento del uso de los lquidos para el control de

procesos.

La incompresibilidad de los lquidos se aprovecha para transmitir presiones a travs de

ellos.

Principio de Pascal

El principio de Pascal establece que toda presin ejercida sobre un lquido setransmite con la misma intensidad y de forma instantnea a todos sus puntos.

Si se coloca un lquido en el interior de dos

cilindros comunicados entre s y cerrados por dos

mbolos, como muestra el dibujo, la presin

ejercida sobre el mbolo del primer cilindro (P1) se

transmite por el lquido, de forma que el mbolo de

la segunda se somete a la misma presin:

P1= P2

Como la presin en cada mbolo es igual a la

fuerza dividida por la superficie de cada uno:

2

2

21

1

1 S

F

PyS

F

P

Por lo tanto1221

2

2

1

1 SFSFoS

F

S

F

Si elegimos adecuadamente la superficie de los mbolos, podemos conseguir que la

fuerza recogida en el segundo mbolo (F2) sea varias veces mayor que la fuerza inicial

aplicada (F1). Por ejemplo, si S2 es el doble que S1 la fuerza F2 ser tambin el doble queF1


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Este efecto tiene muchas aplicaciones: elevador hidrulico, frenos de los automviles,

etc. Cuanto mayor sea la diferencia entre las superficies de los mbolos, menor ser la

fuerza necesaria para realizar un mismo esfuerzo. El fluido consigue un efecto

multiplicador o amplificador de las fuerzas aplicadas.


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3.-Circuitos Neumticos

Los circuitos neumticos utilizan aire sometido a presin como medio para la

transmisin de una fuerza. El aire se toma directamente de la atmsfera y se deja salir

libremente al final del circuito, habitualmente a travs de un silenciador, pues de lo

contrario resultan muy ruidosos. La distancia desde el depsito hasta el final del circuito

puede ser de decenas de metros.

La neumtica resulta til para esfuerzos que requieran cierta precisin y velocidad.

El compresor

El compresor aumenta la presin del gas reduciendo el volumen en el que se

encuentra. Hay principalmente dos tipos:

Compresor alternativo: Est formado por uno o ms cilindros cuyos mbolos se

mueven alternativamente mediante un mecanismo de biela-manivela, como en el motor de

explosin de los automviles.

Compresor rotativo: Empuja el aire mediante una rueda de paletas.


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Compresor rotativo

Compresor alternativo de un solo cilindro situado

encima de un depsito

Depsito

En estos circuitos es necesario contar con un depsito que acumule el aire a-presin

que sale del compresor. De esta manera, cuando se ha alcanzado la presin adecuada,

puede detenerse el compresor sin interrumpir el trabajo que se realiza con el aire a presin.

Adems, el depsito cumple la importante funcin de enfriar el aire antes de introducirloen el circuito, pues sale del compresor a una temperatura muy alta.

Los depsitos de aire comprimido incluyen elementos para controlar las condiciones del

aire: el termmetro y el manmetro controlan la temperatura y presin; una vlvula

limitadora de presin expulsa el aire a la atmsfera si la presin supera un valor prefijado;

y el purgador o llave de paso expulsa al exterior las partculas de suciedad que se

depositan cuando, al aumentar la presin y disminuir la temperatura, el vapor de agua

contenido en el aire se condensa y las arrastra

Elementos de proteccin o unidad de mantenimiento

Es un conjunto de elementos que se encargan de acondicionar el aire antes de

introducirlo en el grueso del circuito. Normalmente se instala en la tubera antes de

conectarla al elemento que va a utilizar el aire comprimido. Se compone de: manmetro,


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filtro de aire, reductor de presin y lubricador.

Filtros: Impiden que las partculas de suciedad que hayan podido penetrar en el

sistema o se hayan producido en l daen los conductos y elementos del circuito. Se

encargan tambin de eliminar el agua existente en el aire, para

que llegue lo ms limpio y seco posible.

Reductor de presin: Se encarga de ajustar la presin

del aire que se necesita para el resto del circuito. Normalmente

es menor que la suministrada por la instalacin.

Lubricador: Inyecta unas pequesimas gotas de aceite

en el flujo de aire para evitar un desgaste excesivo en los

elementos del circuito.

Para representar el conjunto formado por compresor, depsito y unidad de

mantenimiento se emplea el smbolo:

Elementos de transporte

El transporte del aire se realiza por medio de tuberas. Dado que deben soportar altas

presiones y su superficie interior debe estar limpia y pulida, suelen hacerse con cobre,

acero o algunos plsticos resistentes, como el polietileno.

Los circuitos neumticos deben mantenerse completamente estancos, para evitar fugas

de aire que provocaran una disminucin de la presin. Con este fin, en los acoplamientos

de tuberas se usan racores y juntas que cierran hermticamente las conexiones.

En los esquemas neumticos, las tuberas se representan mediante lneas continuas, y

las que forman parte de los circuitos auxiliares para el control de alguna vlvula, se

representan por una lnea discontinua.

Cuando varias tuberas se unen en un punto, la unin se representa en los esquemas

mediante un punto negro, para distinguirlo del caso en que solo se cruzan.


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4.- ELEMENTOS DE CONTROL EN LOS CIRCUITOSNEUMTICOS

En los circuitos neumticos existen unos elementos denominados vlvulas, que

controlan el fluido a lo largo de su recorrido. Segn la funcin que realizan pueden ser de

diferentes tipos:

Vlvulas distribuidoras

Estas vlvulas tienen una serie de orificios o vas, que sirven para la entrada y salida

del aire controlando su direccin. Segn la conexin entre estas vas, la vlvula adquiere

distintas posiciones. La posicin que tiene la vlvula cuando no se acta sobre los

mandos recibe el nombre de posicin de reposo o de equilibrio.

Para cambiar de posicin, la vlvula dispone de unos mandos o sistemas de

accionamiento que pueden ser manuales, mecnicos, neumticos y elctricos.

Cada vlvula se nombra con el nmero de vas que tiene seguido del nmero de

posiciones. Por ejemplo, una vlvula 3/2 tiene 3 vas y 2 posiciones; tambin existen

vlvulas 2/2, 4/2, 5/2, 4/3, etc.

El smbolo de una vlvula distribuidora representa el sistema de accionamiento, las

vas, el lugar de donde viene y adonde va el aire, y tambin informa de las posiciones de la

vlvula. Por ejemplo, una vlvula de dos posiciones tiene la posicin de equilibrio y la de


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trabajo y cada una de ellas se representa en un cuadrado.

Posicin de reposo o equilibrio: Se dibuja en el cuadrado inferior. Representa la

vlvula sin accionar, es decir, cuando el aire sale del sistema.

Posicin de trabajo: Se dibuja en el cuadrado superior. Representa la vlvula

cuando es accionada, y gracias al compresor, el aire pasa al sistema.

En el caso de una vlvula de tres posiciones tendramos tres cuadrados. En el

cuadrado del centro se representara la posicin de equilibrio.

Vlvulas de doble efecto o selectoras de circuito

Estas vlvulas se utilizan cuando se quiere

controlar un circuito desde dos posiciones

diferentes.

El pequeo pistn que posee en su interior

se mueve empujado por el aire que le llega de

una vlvula distribuidora, tapa el orificio que va a

la otra vlvula y dirige el aire por otro orificio que va al actuador.


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5.- ELEMENTOS DE TRABAJO

Los elementos de trabajo o actuadores constituyen el final de cualquier circuito de

control. En los circuitos neumticos, los actuadores ms comunes son los cilindros y losmotores, que realizan su trabajo gracias a la presin que les comunica el aire.

Cilindros

Los cilindros son actuadores de tipo alternativo, pues el mbolo o pistn que poseen

realiza un movimiento rectilneo de vaivn al ser accionado por el fluido. Existen dos tipos:

Cilindros de simple efecto: Tienen unanica conexin al aire, por lo que solo

pueden realizar trabajo cuando se mueven

en un sentido. Cuando el aire entra en la

cmara del cilindro, empuja y desplaza al

mbolo, que retorna a la posicin inicial por

efecto de un muelle incorporado al cilindro o

de alguna fuerza externa cuando no hay fluido en la cmara. Estos cilindros tienenmltiples funciones: sujetar, expulsar, levantar, apretar, etc., y se utilizan en elevadores y

gatos, por ejemplo.

Cilindros de doble efecto: Tienen dos

conexiones al aire que hacen que el mbolo

sea empujado por el aire en los dos

sentidos. Se emplean sobre todo cuando el

mbolo tiene que realizar tambin una

misin al retornar a su posicin inicial.


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Motores

Son actuadores de tipo rotativo, pues en ellos el aire provoca un movimiento de

rotacin. Los ms sencillos son los motores de paletas, en los que el aire entrante en la

cmara empuja las paletas de la turbina y la hace girar.

Se emplean en aquellos casos en los que resulta difcil el uso o el mantenimiento de

motores elctricos; por ejemplo, en ambientes a temperaturas elevadas, con riesgo de

inflamacin; o cuando se precisa realizar arranques y paros muy rpidos, o bien continuas

variaciones de velocidad y de direccin de giro.


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6.- CIRCUITOS HIDRULICOS

En los circuitos hidrulicos el fluido es un lquido, que es capaz de transmitir presin a

lo largo de un circuito. Se puede utilizar agua, aceite y oxgeno o nitrgeno lquido, pero

habitualmente se emplea aceite industrial, que se obtiene de la destilacin del petrleo;por esta razn, en ocasiones se usa el trmino circuitos oleohidrulicos.

Los circuitos hidrulicos son cerrados, es decir, el lquido retorna al depsito despus

de realizar un trabajo

ELEMENTOS DE UN CIRCUITO HIDRULICO BSICO

La hidrulica resulta eficaz para esfuerzos que requieren bastante fuerza, aunque no

sean muy precisos, siendo til para conseguir movimientos lentos, constantes y seguros,

como en los aviones: los flaps de las alas, el tren de aterrizaje o los frenos de las ruedas.

Unidad de accionamiento

En un circuito hidrulico, e conjunto formado

por la bomba, e limitador de presin y el depsito

junto con un motor elctrico para mover la bomba,

se conoce con el nombre de unidad de


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accionamiento y se representa dentro de una lnea discontinua.

Los circuitos hidrulicos tambin incluyen filtros que se encargan de limpiar el lquido,

separando las partculas de suciedad que contenga. Se suelen situar en distintas partes del

circuito, a la entrada de la bomba, a la entrada de retorno al depsito y, en general, antes

de cualquier elemento que se desee proteger.

Depsito

En los circuitos hidrulicos el depsito suele tener la doble funcin de almacenar el

fluido y de acondicionarlo antes de que entre en la bomba.

En el depsito, el lquido se mantiene a una temperatura y presin adecuadas, y se

separan de l el aire y las impurezas que pudieran deteriorar el sistema.

Una vez que el lquido ha circulado hasta los actuadores y ha realizado el trabajo en

cuestin, se hace retornar al depsito con el fin de poder

emplearlo otras veces. Este lquido de retorno se hace circular

alrededor de la pared exterior del depsito para que se enfre

antes de introducirse de nuevo en l.

La bomba hidrulica

En los circuitos hidrulicos se utilizan

bombas para poner en movimiento el fluido

de manera que pueda ejercer presin sobre

los actuadores.

A la entrada de la bomba se crea un

cierto vaco que favorece el paso del fluido

Bomba de engranajes

Bomba Centrifuga

Smbolo


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desde el depsito.

Una vez dentro de la bomba, las paletas o engranajes hacen que el lquido gire y se

acelere hacia la salida. El lquido es as empujado hacia el sistema. La bomba est

continuamente funcionando, puesto que la nica forma de comunicar presin a un lquido

es haciendo que circule.

La distancia a la que puede operar un circuito hidrulico es mucho ms corta que en los

neumticos (decenas de metros), por lo que es frecuente que cada mquina tenga su

propia bomba hidrulica.

Otros elementos

Los elementos de distribucin, control y trabajo son similares a los de los circuitos

neumticos.

Los cilindros hidrulicos trabajan a presiones muy elevadas, unas veinte veces

superiores a los circuitos neumticos; por tanto, pueden realizar mayores fuerzas

empleando actuadores ms pequeos que los neumticos.

A menudo se utilizan vlvulas de tres posiciones junto con un cilindro de doble efecto,

consiguindose as tres posiciones:

- Una posicin de reposo en la que el lquido vuelve al depsito.

- Dos posiciones en las que el mbolo del cilindro se mueve en cada sentido.


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7.- ESQUEMAS DE CIRCUITOS NEUMTICOS EHIDRULICO

Para simplificar el dibujo de un circuito neumtico o hidrulico se realizan esquemas en

los que los elementos correspondientes se representan por sus smbolos respectivos.

Todo circuito consta de elementos de entrada o sensores, elementos de control, y

elementos de salida o actuadores.

Los elementos de entrada ponen en funcionamiento el circuito para que los elementos

de salida realicen la funcin esperada. Los elementos de control aseguran el correcto

funcionamiento del sistema.

El fluido a presin proporciona energa para producir movimientos y controlar mquinas

en todo tipo de industrias y transportes. Veamos algunos ejemplos sencillos y su esquema

correspondiente.

Una guillotina para cortar lminas metlicas

Una guillotina podra construirse con un circuito neumtico muy simple. Para que laguillotina operase con rapidez y sin esfuerzo manual, sera suficiente con disponer de un

cilindro neumtico para hacer bajar y subir la cuchilla y de una vlvula para controlarlo.

Existen dos posibles soluciones: utilizar un cilindro de simple efecto o bien uno de

doble efecto

Si utilizamos un cilindro de simple efecto el muelle hace subir la cuchilla, recuperando

la posicin de inicio.


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Sin embargo, con un cilindro de

doble efecto se producira la bajada y

elevacin de la cuchilla sin necesidad

de muelle y a voluntad del operario.

Para ello se utiliza una vlvula 5/2,

puesto que el cilindro posee dos

orificios de entrada/salida de aire.

La vlvula, a su vez, posee dos

salidas de aire a la atmsfera: la R

(cuando baja la cuchilla) y la S (cuando

sube).

Para controlar el sistema desde dos

puntos diferentes, se utiliza una vlvula de doble efecto o selectora y dos vlvulas 3/2,

Cuando una de las vlvulas 3/2 est activada, la vlvula de doble efecto deja pasar el

aire por la activada e impide activar la otra.

Un elevador hidrulico

El circuito de un elevador hidrulico es

bastante sencillo. Utilizando una vlvula 4/3 y un

cilindro de doble

efecto

conseguimos

elevar cargas muy

pesadas.

La vlvula puede estar en tres posiciones: 1) reposo, en

la que el sistema se mantiene cerrado pero el lquido no pasa

por el cilindro; 2) carrera activa, en la que el sistema se

activa y el elevador funciona subiendo la carga, y 3) carrera

de retroceso, en la que el elevador baja con carga o sin ella.


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Una cinta transportadora de paquetes

Queremos construir una cinta transportadora para elevar paquetes y empujarlos a una

cinta de rodillos. Para conseguir esto se utiliza un cilindro de doble efecto que eleva la caja

y evita que la cada del pistn sea brusca, y un cilindro de simple efecto para mover el

paquete a la cinta de rodillos.

El cilindro 1 se acciona gracias a una vlvula de pulsador, y el cilindro 2 se acciona por

otra vlvula que solo funcionar cuando el cilindro I eleve su pistn y accione mediante un

rodillo la vlvula 2.

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