hidráulica y neumática 1

Hidráulica y Neumática

Investigación

07 DE JULIO DE 2015 ESTRADA ZAMORANO OSCAR

Grupo: 45644 Matricula: 1231107861

Universidad Politécnica de Pachuca P. E. Ingeniería Mecánica Automotriz

Estrada Zamorano Oscar

1

Índice

Funcionamiento y aplicaciones del musculo neumático de ventosa ....................... 2

Estructura y principio de funcionamiento ............................................................. 3

Principio de funcionamiento ................................................................................. 4

Versatilidad para múltiples aplicaciones .............................................................. 4

Casos de aplicaciones industriales ......................................................................... 6

Funcionamiento de vacío y aire comprimido ........................................................... 7

Vacío ................................................................................................................... 7

Aire comprimido ................................................................................................... 8

Funcionamiento de un servo motor neumático ........................................................ 9

Funcionamiento ................................................................................................. 10

Descripción y modelado de filtro de aire comprimido ............................................ 11

Regulador de presión con y sin escape ................................................................ 12

Lubricador de aire comprimido .............................................................................. 14

Funcionamiento ................................................................................................. 14



2

Funcionamiento y aplicaciones del musculo neumático de ventosa

Un músculo neumático no tiene, en efecto, el aspecto de un cilindro normal, dotándolo de un correspondiente regulador de presión, dispone de una absoluta servo cualidad incluyendo posibilidades de posicionamiento en cualquier punto deseado y esto con una sola conexión de aire comprimido, se trata prácticamente de una servo neumática "light" y "low-cost". Compensa grandes errores de alineación, e incluso, suponiendo situaciones de montaje extraordinariamente desfavorables, puede ser utilizado como actuador inverso. A veces uno puede imaginarse una combinación de dos músculos de efecto opuesto como una especie de cilindro neumático sin vástago. También se podría desarrollar, debido a la increíble generación de fuerzas, un sencillo servo pilotaje neumático para grandes válvulas neumáticas o hidráulicas. Contrariamente a estas últimas, aun trabajando muy baja velocidad, en el músculo no se producen problemas 'stick-slip'. Posiblemente podría servir también como actuador para motores oscilantes.

El Músculo Neumático es un actuador de tracción que funciona como un músculo humano. En comparación con un cilindro neumático, es capaz de generar una fuerza de tracción inicial más grande. Su fuerza disminuye en el transcurso del movimiento de contracción. Por lo tanto, tiene un gran poder de aceleración y, al mismo tiempo, es capaz de acercarse a la posición nominal suavemente. Un músculo neumático no tiene partes mecánicas móviles, con lo que tampoco se produce fricción externa. El músculo neumático, también conocido como 'músculo fluido', puede utilizarse como actuador para las más diversas tareas.



3

Estructura y principio de funcionamiento

Los músculos neumáticos están compuestos por un tubo interno de caucho, que aloja el aire a presión, recubierto por una malla de fibras trenzadas. Uno de los extremos se encuentra cerrado por una placa y es por donde el músculo aplica la fuerza al exterior. En el otro extremo se sitúa una válvula de regulación con la que se hincha o deshincha el tubo interior de caucho.

Uno de los extremos se encuentra cerrado por una placa y es por donde el músculo

aplica la fuerza al exterior. En el otro extremo se sitúa una válvula de regulación con

la que se hincha o deshincha el tubo interior de caucho.

Al introducir aire a presión en el tubo de caucho este se hincha expandiéndose en

sentido transversal, lo cual provoca en la malla de fibras una tensión en sentido

tangencial al tubo de caucho y ortogonal al eje de rotación del mismo. La malla de

fibras inextensibles está trenzada en forma de rombo, como se muestra a

continuación:



4

Principio de funcionamiento

De esta forma, la presencia de una determinada presión del aire en el interior del tubo de caucho recubierto de la malla trenzada se convierte en un desplazamiento y una fuerza en sentido axial. El proceso termina cuando se alcanza un determinado ángulo neutral entre las fibras.

El músculo neumático es usado en los casos en las que es necesario disponer de un actuador de gran fuerza y carrera corta, sin movimientos a tirones. Un músculo neumático ejerce una fuerza unas diez veces superior a la de un cilindro de dimensiones semejantes, es muy robusto e incluso se puede utilizar en condiciones extremas, como las existentes en entornos con arena o polvo.

Versatilidad para múltiples aplicaciones

El músculo neumático puede utilizarse para una gran cantidad de aplicaciones. Basta nombrar algunas ramas económicas para intuir la utilidad de este actuador: industria automovilística, de automatización de procesos industriales en general, técnicas médicas, técnicas de simulación, industria de la impresión, técnicas de edificaciones y, por supuesto, automatización industrial.El interés por esta innovación en la ingeniería industrial y civil es enorme. Abajo listamos unas aplicaciones que seguramente darán otras ideas en áreas que podrían necesitar el músculo. En estas aplicaciones quedan demostradas las ventajas del músculo neumático: gran fuerza en carreras cortas.

1. Mesa de montaje 2. Prensa portátil de montaje



5

3. Levantamiento 4. Sujeción de ladrillos, azulejos, plancha de madera

5. Manipulación logística 6. Levantamiento y ampliación de la carrera

7. Oscilación 8. Compensación de pesos

9. Duplicación de la carrera 10 Duplicación de pesos



6

Casos de aplicaciones industriales

En las empresas Dywidag y Raster se han dado buenos ejemplos de aplicaciones apropiadas para el músculo neumático.

En la empresa Dywidag se utiliza el músculo en una zona extremadamente polvorienta para que funcione como actuador tensor que actúa sobre una correa dentada montada sobre una mezcladora de hormigón. El músculo neumático, siendo un sistema herméticamente cerrado, no sufre daños si está expuesto al polvo del cemento y, además, tampoco es afectado por los golpes ocasionados por la mezcladora. Antes, esta empresa utilizaba con este fin un cilindro neumático convencional que dejó de funcionar después de poco tiempo debido al depósito de polvo de hormigón en el vástago con la correspondiente pronta ruptura de la junta. El músculo neumático, por el contrario, ya está funcionando sin problemas por más de 2000 horas.

La empresa Raster utiliza el músculo neumático en una máquina punzonadora de alto rendimiento con el fin de aumentar los ciclos de la máquina elevando un rodillo entre las operaciones. Antes se utilizaba un cilindro neumático de 125 con el que era posible alcanzar frecuencias de 3 hertzios. Dado que el músculo no tiene vástago y debido a que su masa es menor y porque, en consecuencia, la fricción también es menor, es posible alcanzar con él frecuencias de hasta 7 hertzios. El rodillo tiene que elevarse unos 3 mm, para lo que se utilizan dos músculos neumáticos que son ideales para esta aplicación, ya que ofrecen una fuerza muy elevada y tienen una carrera extremadamente corta (3500 N y 3 mm respectivamente).



7

Funcionamiento de vacío y aire comprimido

Vacío

Las aplicaciones del vacío tanto en la industria como en los laboratorios de investigación son numerosas y variadas. Las bombas de vacío trabajan solamente en un rango de presiones limitado; por ello la evacuación de los sistemas de vacío se realiza en varias etapas, usándose para cada una de ellas una clase de bomba diferente.

El funcionamiento de una bomba de vacío está caracterizado por su velocidad de bombeo, y la cantidad de gas evacuado por unidad de tiempo. Toda bomba de vacío tiene una presión mínima de entrada, que es la presión más baja que puede obtenerse, y también, un límite superior a la salida o presión previa. Si la presión previa aumenta por encima de este valor, el bombeo cesa.

Las bombas previas, son capaces de bombear a partir de la presión atmosférica, hasta una presión a la cual empiezan a funcionar las bombas de alto vacío. El tipo de bomba previa más corriente es la rotativa con paletas deslizantes.

En esta clase de bombas de vacío debe evitarse la condensación de vapores, en particular el vapor de agua, pues causaría la contaminación del aceite. Por este motivo, la mayoría de las bombas actuales están equipadas con la llamada válvula de lastre de gas o "gas ballast", que trabaja de la siguiente manera: una vez comprimido el gas en el cuerpo de la bomba, se inyecta aire desde el exterior a través de la válvula de lastre, con lo cual la válvula que descarga a la atmósfera se abre antes, y reduce la relación de compresión para el vapor.

El funcionamiento se define por la velocidad de bombeo y la cantidad de gas evacuado por una unidad de tiempo de las bombas de vacío.

Dos características esenciales de las bombas de vacío son:

La presión limite, también llamada presión mínima de entrada. El tiempo necesario para alcanzar dicha presión.

Ambos factores no dependen necesariamente del tipo de bomba sino del recipiente a evacuar.



8

Aire comprimido

El aire comprimido se refiere a una tecnología o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. En la mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se comprime sino que también desaparece la humedad y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común en la industria, tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite fuerzas grandes.

Por lo tanto, se podría considerar el aire comprimido, como una masa de aire que se encuentra sometida a una presión superior a la atmosférica. Esta capacidad del aire para ser comprimido, se explica en las leyes de los gases.

Las aplicaciones del aire comprimido son muy diversas. Bien como fuente de energía o como aire acumulado para su uso posterior; el aire comprimido ha sido considerado por algunos autores como la cuarta energía, después de la electricidad, los combustibles fósiles o el viento.

El uso del aire comprimido implica también su tratamiento. En pocas aplicaciones se puede usar el aire comprimido directamente de la salida de los compresores. Habitualmente es necesario tratar al menos la eliminación de polvo y contaminantes, así como del agua condensada o en vapor. El agua llega al compresor por causa de la humedad del aire, el aceite por causa del mismo aceite usado para el engrase.

1- Circuito de aspiración de aire 2- Cámara de compresión de la tercera fase 3- Cámara de compresión de la primera fase 4- Aros o segmentos 5- Cilindro 6- Pistón de la primera y tercera fase 7- Biela 8- Cigüeñal 9- Enfriadores 10- Cilindro 11- Cámara de compresión de la cuarta fase 12- Aros o segmentos

13- Cámara de compresión de la segunda fase 14- Pistón de la segunda y cuarta fase 15- Polea o acoplamiento al motor eléctrico



9

Funcionamiento de un servo motor neumático

Es un motor que puede ser controlado en su velocidad de funcionamiento y en la posición dentro de un rango de operación para ejecutar la actividad requerida. Este control es realizado mediante un dispositivo llamado encoder, que mediante una señal electrónicamente codificada, indica las acciones de velocidad y movimiento a ejecutar. El servomotor es instalado en un equipo o máquina, para permitir que esta tenga control de la posición, dirección y velocidad de una carga o herramienta, mediante su utilización.

De hecho, la palabra servo viene de siervo, que básicamente quiere decir que puede cumplir cualquier función que le sea programada desde un control maestro, teniendo siempre el mando de la posición en la que se encuentra.

Otras partes del equipo incluyen la fuente de energía y un controlador de movimiento programable o posicionador, que trabajan juntos para desarrollar de forma precisa las tareas o trabajos de la aplicación.

Los primeros servomotores utilizaban un sistema de funcionamiento con corriente continua (DC, por sus siglas en inglés), en la que los electrones generadores de corriente se mueven en un solo sentido: del polo negativo al polo positivo, la energía necesaria para el movimiento es mínima y puede generarse con pilas y baterías, por lo que los voltajes requeridos son pequeños.

En la actualidad, los servomotores utilizados son de corriente alterna (AC por sus siglas en inglés), en estos los electrones cambian de sentido en todo momento (alternan), realizando la transformación de energía mecánica en eléctrica. Este tipo de servomotores admite voltajes más altos, por lo que son ideales para las potencias requeridas por las máquinas al momento de desempeñar el proceso solicitado.

Continuando con el funcionamiento interno, las máquinas actuales, que cuentan

con esta tecnología, pueden venir con el servomotor eléctrico totalmente o un

sistema denominado “hibrido”, que consiste en la combinación de un servomotor

eléctrico y uno hidráulico funcionando conjuntamente, la cual consume 70 por

ciento menos fluidos hidráulicos que los sistemas tradicionales de este tipo. El

sistema eléctrico basa su funcionamiento en, como su nombre lo indica, corriente

eléctrica; mientras que el servomotor hidráulico realiza sus movimientos gracias a

el aceite, que es el que genera la potencia, al mover los pistones ubicados

estratégicamente.



10

Funcionamiento

El sistema servo se comunica mediante pulsos eléctricos a través de un circuito de control para determinar el ángulo de posición del motor, “el servo espera recibir un pulso cada 20 milisegundos (0.02 segundos). La longitud del pulso determinará los giros de motor; un pulso de 1.5 ms., por ejemplo, hará que el motor vaya a una posición de 90 grados (posición neutra).

Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces el motor se acercará a los 0 grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se moverá acercándose a los 180 grados.”

Luego de esto, al interior del controlador de movimiento o posicionador está un programa que tiene la capacidad de completar la tarea de una aplicación específica; el cual monitorea la posición del motor y comunica al accionamiento servo controlado la necesidad de mover el servomotor hacia la posición deseada o comandada. Dicho accionamiento aplica la cantidad de potencia necesaria sobre el motor para de esa forma mover la carga.

En caso que el funcionamiento del motor no sea adecuado, en cuanto a velocidad, el dispositivo de retroalimentación alerta al control de la situación, que genera y ejerce más potencia sobre el motor hasta obtener la velocidad ideal para la acción realizada; si la velocidad es muy alta al principio, ocurrirá lo inverso.



11

Descripción y modelado de filtro de aire comprimido

Un filtro de aire es un dispositivo que elimina partículas sólidas como por ejemplo polvo, polen y bacterias del aire. Los filtros de aire encuentran una utilidad allí donde la calidad del aire es de relevancia, especialmente en sistemas de ventilación de edificios y en motores tales como los de combustión interna, compresores de gas, compresores para bombonas de aire, turbinas de gas y demás.

Algunos edificios, así como aeronaves y otros entornos creados por el hombre (ej. satélites o lanzaderas espaciales) utilizan filtros a partir de espuma, papel plegado, o fibra de vidrio cruzada. Otro método usa fibra o elementos con carga eléctrica estática, que atraen las partículas de polvo. Las tomas de aire de motores de combustión interna o de compresores suelen usar fibras de papel, espuma o algodón. Los filtros bañados en aceite han ido desapareciendo. La tecnología para los filtros en las tomas de aire de turbinas de gas ha avanzado significativamente en los últimos años, gracias a mejoras en la aerodinámica y dinámica de fluidos de la parte del compresor de aire de las turbinas de gas.

El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada. En los procesos de automatización neumática se tiende cada vez a miniaturizar los elementos (problemas de espacio), fabricarlos con materiales y procedimientos con los que se pretende el empleo cada vez menor de los lubricadores. Consecuencia de esto es que cada vez tenga mas importancia el conseguir un mayor grado de pureza en el aire comprimido, para lo cual se crea la necesidad de realizar un filtraje que garantice su utilización.



12

Regulador de presión con y sin escape

Un regulador básicamente es una válvula de recorrido ajustable conectada mecánicamente a un diafragma. El diafragma se equilibra con la presión de salida o presión de entrega y por una fuerza aplicada del lado contrario, a la cara que tiene contacto con la presión de salida. La fuerza aplicada del lado opuesto al diafragma puede ser suministrada por un resorte, un peso o presión aportada por otro instrumento denominado piloto. El piloto es, por lo general, otro regulador más pequeño o un equipo de control de presión.

Un Manorreductor o válvula reductora de presión es un dispositivo que permite reducir la presión de un fluido en una red. El más sencillo consiste en un estrangulamiento en el conducto que produce una pérdida de carga o presión (ej. válvula medio cerrada) para reducir la presión pero la presión final variará mucho según la presión de entrada y el caudal. Si aumenta el flujo la presión bajara y si se detiene la presión se igualara con la de alta presión. Los más correctos son los que consiguen que en la salida haya una presión constante fija o seleccionada (llamada de consigna).

Se utilizan para diversos usos:

Gas canalizado: La presión de distribución es conveniente que sea alta para reducir el volumen del gas en el transporte y debe ser más alta que la requerida para el uso en los aparatos a gas. Para garantizar ese mínimo: se utiliza un manorreductor.

Gas combustible: La presión de la bombona de combustible varía según se vacía o cambia la temperatura ambiente. Para que la presión en el aparato (cocina, calentador) sea la correcta, la de la bombona se reduce a una presión fija más baja.

Suministro de agua domiciliaria y riego: La presión directa del suministro de agua puede ser excesiva y normalmente varía según los horarios (mayor o



13

menor consumo general), de una localidad a otra o por otros motivos. Para evitar daños y dar una regulación homogénea se utiliza un manorreductor previo a la instalación de suministro.

Buceo: La presión directa de la botella de aire afectaría la salud del buzo a términos mortales.

Regulador de presión sin escape

Regulador de presión con escape



14

Lubricador de aire comprimido

El lubricador, incorpora al aire comprimido una fina niebla de aceite para lubricar las partes móviles de los componentes neumáticos.

El aceite asciende a la parte superior del lubricador por efecto Venturi y cae en la corriente de aire, que lo nebuliza y lo transporta a la instalación.

Las unidades de mantenimiento tienen una salida de aire auxiliar antes del lubricador para las partes de la instalación que precisen aire sin lubricar.

Funcionamiento

El aire que entra en el lubricador presuriza la campana a través del orificio (2). El aire pasa a través de la válvula oscilante (3) que produce una ligera caída de presión, que a través de un orificio en la propia válvula se transmite a la cúpula mirilla (6) donde está alojado el tubo de goteo (9). Debido a la diferencia de presión entre la campana (4) y la cúpula mirilla (6), el aceite es aspirado a través del tubo de alimentación (5), pasando por la válvula de retención (11) a la cámara dosificadora (10) y al tubo de goteo (9). De aquí a través de la válvula oscilante (3) el aceite es introducido atomizado en el flujo de aire.

hidráulica y neumática 1

Documents