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Neumtica e Hidrulica
1
Departamento:Area:
Ingeniera Elctrica y EnergticaMquinas y Motores Trmicos
CARLOS J RENEDO [email protected] FERNANDEZ DIEGO [email protected]
JUAN CARCEDO HAYA [email protected] ORTIZ FERNANDEZ [email protected]
Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como gua para recopilarinformacin (libros, ) y elaborar sus propios apuntes
En esta presentacin se incluye un listado de problemasen el orden en el que se pueden resolver siguiendo eldesarrollo de la teora. Es trabajo del alumnoresolverlos y comprobar la solucin
Neumtica e Hidrulica
2
1.- Neumtica Industrial
2.- Hidrulica Industrial
0.- Simbologa Neumtica e Hidrulica
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Neumtica e Hidrulica
3
1.- Neumtica Industrial
2.- Hidrulica Industrial
0.- Simbologa Neumtica e Hidrulica
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial1.2.- Tratamiento de Aire1.3.- Generacin y Distribucin de Aire1.4.- Actuadores Neumticos1.5.- Vlvulas Distribuidoras1.6.- Regulacin, Control y Bloqueo1.7.- Detectores de Seal1.8.- Control de Actuadores1.9.- Diseo de Circuitos1.10.- Ciclos de Operacin1.11.- Marcha-Paro 1.12.- ElectroNeumtica
Neumtica e Hidrulica
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Introduccin Comparativa Neumtica-Hidrulica-Electricidad Magnitudes, Unidades, Equivalencias y Leyes
de Comportamiento Ecuacin de la Continuidad de un Flujo Potencia de un Flujo Viscosidad Aplicaciones Neumticas e Hidrulicas Algunos Fabricantes
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
5
Tcnica que utiliza el aire comprimido (p > patm) para trasmitir energasi (p < patm tcnicas de vaco)
Tcnica que utiliza fluidos incompresibles (lquidos), tpicamenteagua o aceite (oleohidrulica) para trasmitir energa
Introduccin
Neumtica
Hidrulica
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
6
Frente a la energa elctrica: Ventajas
o Regulacin de velocidad sencilla(estrangulacin)
o Fcil almacenamiento de energao Elementos de funcionamiento sencilloo Sistema seguro, las fugas no son
peligrosas, sin peligro de incendio oexplosiones
o Fcil bloqueo de los actuadores
Inconvenientes:o Mayor coste de la energa
E Neu = 10 E Eleco Velocidad de transmisin reducida
(< 10 m/s)o Distancias de transporte limitadas
(< 1 km)
Frente a la hidrulica: Ventajas
o Mayor velocidad de transmisin(10 m/s frente a 3 m/s)
o No necesita tuberas de retornoo Fugas limpias (aceite de lubricacin)o Mayor distancia de transporte
(1 km frente a 100 m)o Menos sensible a los cambios de To Componentes ms baratos
Inconvenientes:o Presin de trabajo limitada
(12 bars frente a )o Mayor coste de la energa
E Neu = 2,5 E Hido Permiten mayores fuerzas
(F Neu < 30.000 N ; F Hid )o Ruido en los escapeso La compresibilidad del aire puede
acarrear movimientos inversos
Comparativa Neumtica-Hidrulica-Electricidad
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
7
Fuerza: (masa . aceleracin)Newton, 1 N = 1 kg.m/s21 kgf = 1 kp = 9,8 N
Peso especfico: (peso / vol = densidad.g)N / m3 = (k / m3).(m/s2) = (kg.m/s2)/ m3
Presin : (fuerza / superficie)Pascal, 1 Pa = 1 N/m21 bar = 100.000 PaPabs = Patm + Pman
Trabajo: (fuerza . desplazamiento)Julio, 1 J = 1 N.m
Potencia: (trabajo / tiempo)Vatio, 1 W = 1 J / s1 CV = 736 W
Ecuacin fundamental de la Hidrosttica
En los gases perfectos:P.V = n.R.TSi T = cte: P.V = cte (P es Pabs)Si P = cte: T / V = cte (T en K)Si V = cte: P / T = cte
(P es Pabs, T en K)
Proceso rpido (adiabtico, sin Q)P.V= cte (aire = 1,4)
Caudal:Peso de un flujo:Masa de un flujo:
QW
QM
]s/N[
]s/kg[
]s/m[ 3AvQ
BABABA hhhhgPP
Magnitudes, Unidades, Equivalencias y Leyes de Comportamiento
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
8
21 MM )VA()VA( 222111
222111 VAVA
Si el fluido es incompresible (en tubera corta), y 1 = 22211 VAVA 21 QQ
2211 QQ
]g[
La energa total de un fluido es:
Se puede expresar, ( /w), en unidades de altura, y es la altura de carga H
wp
gVw
21zwEEEE
2
prescpot ]J[
pg2
VzH2 z cota o cabeza de elevacin
[V2/2g] altura de velocidad o cab. de vel.[p/] altura de presin o cab. de presin
]m[
22
22perextaa
12
11
pg2
VzHHHpg2
Vz ]m[
]peso el siendo[ w
Ecuacin de la Continuidad de un Flujo
A2V2Q
A1V1
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
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Es la resistencia a fluir, a la velocidad dedeformacin(entre las capas del fluido)
V. Dinmica, [ Pa.s]:
V. Cinemtica, [m2/s]:
dydV
g
g/
Lquidos al T
Gas al T
Agua 10-3 Pa sAire 1,8 10-5 Pa s
Poisse: 1.000 cPoise = 1 Pa s Stoke: 10.000 Stokes = 1m2/s
Agua 1,1 10-6 m2/ sAire 1,51 10-5 m2/ s
HQPot
Potencia de un Flujo
Viscosidad
F = .dA
Placa Fija
Y
UPlaca Mvil
V (y)ydy
du
Wseg/Jseg/mNmseg/mm/N 33
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
10
AIRE Densidad, Peso especfico, Visco.cinem., Visco.
dinmica, C kg / m3 N/m3 (m2/s) (N.s / m2)0 1,29 12,7 13,3 10-6 1,725 10-5
20 1,2 11,8 15,1 10-6 1,81 10-5
50 1,09 10,7 17,9 10-6 1,95 10-5
80 1 9,8 20,9 10-6 2,09 10-5
100 0,95 9,28 23 10-6 2,3 10-5
AGUA Densidad, Peso
especfico, Visco.
dinmica, Tensin
superficialPresin vapor
Mod elas.E
C kg / m3 kN/m3 (N.s / m2) (N / m) kPa GPa0 1000 9,81 1,75 10-3 0,0756 0,611 2,0220 998 9,79 1,02 10-3 0,0728 2,34 2,1850 988 9,69 5,41 10-4 0,0679 12,3 2,2980 971 9,53 3,5 10-4 0,0626 47,4 2,2100 958 9,4 2,82 10-4 0,0589 101,3 2,07
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
11
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (I)
http://www.maquinariastock.com/images/listings/jcb-1340318020-d_pic.jpg
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
12
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (II)
www.festo.com/es/bionickangaroo
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
13
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (II)
www.festo.com/es/bionickangaroo
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
14
Si estn al mismo nivel, la relacin de fuerzas es proporcional a la
relacin de reas
Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas
A
12
A
S2 S1
F2 F1)2(A)1(A pp
1122 hgphgp
h2(1) h1(1)
1212 pphh
1
1
2
2
SF
SF
1
212 S
SFF
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (III)
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
15
Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas
A
1
2
A
F2(2)
F1(2)
)2(A)1(A pp
)1(1)1(1)1(2)1(2 hgphgp
)2(1)2(1)2(2)2(2 hgphgp
)2(11
)2(1)2(2
2
)2(2 hgS
Fhg
SF
)2(2)2(1
1
)2(12)2(2 hhgS
FSF
La fuerza que hay que aplicar en el pto 2 para elevar (h1(2)-h2(2)) un peso de valor F1(2)
h2(2)
h1(2)
S2
S1
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (IV)
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
16
Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas
)2(A)1(A pp
)1(1)1(1)1(2)1(2 hgphgp
)2(1)2(1)2(2)2(2 hgphgp
)2(11
)2(1)2(2
2
)2(2 hgS
Fhg
SF
)2(2)2(1
1
)2(12)2(2 hhgS
FSF
La fuerza que hay que aplicar en el pto 2 para elevar (h1(2)-h2(2)) un peso de valor F1(2)
Obviamente el volumen de lquido que sale de izda es el que se introduce en la dcha
2d1e)2(2)2(1 hhhh
2
1
1e
2d1e12d2DchaIzda S
ShhhShSVolVol
he1
A
1
2
A
S2
S1
F2(2)
F1(2)
h2(2)
h1(2)hd2
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (V)
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
1721
1e2d SShh
Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas
)2(2)2(1
1
)2(12)2(2 hhgS
FSF
2d1e)2(2)2(1 hhhh
2d1e
1
)2(12)2(2 hhgS
FSF
2
11e2d1e12d2 S
ShhhShS
2
11e1e
1
)2(12)2(2 S
ShhgS
FSF
121e1
2)2(1
2
11e21e
1
)2(12)2(2 SShgS
SFS
ShShgS
FSF
he1
A
1
2
A
S2
S1
F2(2)
F1(2)
h2(2)
h1(2)hd2
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (VI)
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
18
AFp 21 pp
2
2
1
1
AF
AF
1
212 A
AFF
1
212 F
FAA Sin diferencia de cotas
Incremento de fuerza producido
Area requerida
Primera aproximacin
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (VII)
Multiplicador de Fuerza
A2
p1
p2F1
F2
A1
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
19
Multiplicador de Fuerza, calcular F1: Coche de 1.500 kgf A1 de 5 x 5 cm A2 de 5.000 x 2.000 cm
A2p1 p2
F1
F2
A1
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
20
Multiplicador de Fuerza, calcular A2: Coche de 1.500 kgf A1 de 5 x 5 cm F1 de 10 kgf
A2p1 p2
F1
F2
A1
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
21
ASDesplazadoVolumen
21 Desplazado VolumenDesplazado Volumen
2211 ASAS
2
112 A
ASS
2
112 S
SAA
Multiplicador de distancia
Area requerida
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (VIII)
Multiplicador de Distancia
A2
S1
S2
F1
F2
A1
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
22
A2p1 p2
F2
A1
F1S1
S2
Multiplicador de Distancia; calcular S1: A1 de 5 x 5 cm A2 de 61 x 61 cm S2 de 0,5 m
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
23
A2p1 p2
F2
A1
F1S1
S2
Multiplicador de Distancia; calcular A1 y F1 A2 de 61 x 61 cm S1 de 2 m S2 de 0,5 m
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
24
A2
p1
p2
F2
A1
S1
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (IX)
Elevador Neumtico
p0
Es posible tener una cmara en la que se introduzca aire a presin,
modificando el valor de p1
pFondo
h
S2
L2G1 CACA
hgAFp L
2
20
G
Lquido
2L2
22L2F SgA
FSgpp
1L1F Sgpp
01 pp
1L0 Sgp
CL
CG
LquidoVolumenGasVolumen
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
25
21 FF
Equilibrio
AFp 2211 ApAp 2
112 A
App
2
112 p
pAA
Multiplicador de presin
Area requerida
A1A2
p1p2
F1 F2 A2A1
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (X)
Multiplicador de Presin (I)
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
26
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (II)Cmara
multiplicadora 1
Cmara de actuacin 2
Cmara de actuacin 1
Cmara multiplicadora 2
Antirretorno
Escape
Entrada
Salida
Vlvula deconmutacin
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
27
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
28
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
29
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
Cambia la Posicin de laVlvula de Conmutacin
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
30
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
31
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
32
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
Cambia la Posicin de laVlvula de Conmutacin
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BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
33
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)
Multiplicador de Presin (III)
Cambia la Posicin de laVlvula de Conmutacin
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
34
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XII)
Multiplicador de Presin (IV)
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/1376/0900766b81376cb1.pdf
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
35
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XII)
Multiplicador de Presin (IV)
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/1376/0900766b81376cb1.pdf
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
36
rea Vstago
rea Trasera
rea Delantera
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XIII)
Multiplicador de Presin (V)
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
37
Si se obstruye la salida del aire se produce un posible problema de sobre presiones en la parte
delantera del cilindro
2
112 A
App
rea Vstago
rea Trasera
rea Delantera
Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XIII)
Multiplicador de Presin (V)
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
38
Calcular la relacin de radios para que la presin p2 sea el doble que p1
p1 p2d2d1
S1 S2
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
39
Algunos Fabricantes (I) Festo
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
40
Algunos Fabricantes (II) SMC
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
41
Algunos Fabricantes (III) ASCO
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
42
El cilindro de 1 m de dimetro y el tubo contienen agua; calcular cual debeser la masa del mbolo para que se midan 2 bar en el manmetro
F1
Agua
1 m
-
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
43
Los dimetros de los pistones pequeo y grande son de 3 y 90 cm, siendo suspesos de 50 N y 50 kN respectivamente. Calcular la fuerza necesaria que es precisoaplicar en el pequeo para que el grande soporte una carga externa de 120 kN
2 m
Agua
F1F2
BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial
1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial
44
El gato hidrulico toma aceite del depsito de la izda y lo introduce en lacmara 2. Determinar el peso que puede levantar si se aplica una fuerza de20 kg en la palanca
S1S2
F1 F2
d2 = 25 cmd1 = 6 cm
FG
Aceite