neumatica

Circuitos Neumáticos y Hidráulicos

¿Qué es la neumática y la hidráulica? Componentes de los circuito neumático e hidráulica Diseño de circuitos neumáticos e hidráulica

Antonio Vives

Unidades fundamentales

Las magnitudes que rigen esta técnica son la presión y el caudal:

La presión es la fuerza ejercida perpendicularmente por un fluido por unidad de superficie.

P= F / S. El caudal es la cantidad de fluido que atraviesa una sección por unidad de tiempo.

Q = V/ t.

SI ST Equivalencias

Fuerza Newton Kp

Superficie m2 m2

Presión N/m2 Kp/m2 1bar=1,02Kp/cm2=1At=105Pa

Volumen m3 m3

Caudal M3/s M3/s

¿Qué es la neumática y la hidráulica?

La neumática es la técnica que tiene como objetivo el estudio y aplicación del aire comprimido para producir efectos mecánicos deseados.

En la hidráulica se emplea en lugar de un gas un fluido para conseguir los efectos mecánicos.

Neumática Hidráulica

Ventajas Inconvenientes Ventajas InconvenientesSe emplea aire que es barato Se emplea un fluido

especial

El aire es compresible El fluido utilizado es incompresible

Se puede verter a la atmósfera

Hay que recoger el fluido

Los procesos son rápidos Los procesos son lentos

Se puede almacenar Hay que usarla en el momento

La fuerza desarrollada es limitada

Se puede desarrollar gran fuerza

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

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

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.

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.

Filtro regulador de presión y lubrificador Filtro: Tiene por objetivo eliminar las impurezas que pueda tener el aire Regulador de presión: Su función es mantener la presión del aire a la

salida sin que le afecten las variaciones en el calderín. Lubirficador. Se encarga de mezclar el aire con aceite antes de ser

usado y conseguir asi un mejor funcionamiento de la instalación En ocasiones estos tres componentes se agrupan en uno llamado

unidad de mantenimiento.

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.

Cómo se nombran las válvulas1º· Número de Vías, es decir de orificios que presenta la válvula

1

32

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.

Accionamiento de las válvulas

Válvulas lógicas

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.

Otras válvulas Existen válvulas para funciones especiales como:

Válvulas direccionales Válvulas reguladoras de flujo o caudal Válvulas reguladoras unidireccionales Válvulas reguladoras de presión

Elementos actuadores Los elementos actuadores en los circuitos neumáticos pueden ser:

Cilindros: Simple efecto Doble efecto

Motores Unidireccionales Bidireccionales

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.

Calculo del volumen de aire consumido por una instalación Teniendo en cuenta el volumen del cilindro podremos calcula el aire

que cabe dentro de él a presión atmosférica (Pat=1At).

Si el aire entra después a una determinada presión cabra mucho mas aire. El aire que quepa será proporcional a la presión.

Pabs·Vcil=Pat·Vaire

Tener en cuenta que la Pabs=Pat+Pmanómetro Ejemplo:

Pistón doble efecto: carrera=80mm; diámetro Embolo=50mm; diámetro Vástago 10mmPresión de trabajo 5At

Vsalir=π·2,52·8=157cm3 ; Ventrar= π·(2,5-0,5)2·8=100,53cm3

Volumen de aire consumido en cada ciclo sera: V=(5+1)·257,53/1=1545,18cm3

Circuitos neumáticos

Accionamiento directo de un cilindro de simple efecto.


Accionamiento directo de un cilindro de doble efecto.


Accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto.


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


Accionamiento eléctrico de un cilindro de simple efecto


Accionamiento eléctrico de un cilindro de doble efecto. Pulsamos A1 y sale y pulsamos B1 y se recoge.


Accionamiento de un cilindro de simple efecto con dos pulsadores simultáneos


Accionamiento de un cilindro de simple efecto desde dos pulsadores alternativos

Diseño de circuitos neumáticos

Para el diseño de circuitos neumáticos se emplea el diagrama fase-tiempo. En el se representa la evolución de los cilindros y los actuadores en cada uno de sus tiempos.

Ejemplo: pulsamos el botón de marcha y sale el cilindro y cuando llega fuera se recoge: a0 y a1 son finales de carrera neumáticos que indican el estado de pistón.

Diseño de circuitos neumáticos

Accionamiento eléctrico

Diseño secuencia A+ B+ A- B- Para el diseño de este tipo de circuitos emplearemos el diagramas

de fases y estados, apoyado por ana tabla de verdad que nos indica la evolución de los finales de carrera.

a0 a1 b0 b1

A+ 1 0 1 0

B+ 0 1 1 0

A- 0 1 0 1

B- 1 0 0 1

Diseño secuencia A+ B+ A- B-

Mando neumático

Diseño secuencia A+ B+ A- B- Si deseamos un funcionamiento continuo del sistema tendremos que cambiar la

válvula 3/2 de puesta en marcar por un marcha paro neumático.

Diseño secuencia A+ B+ A- B-

Mando eléctrico

Diseño secuencia A+ B+ A- B- Si deseamos un funcionamiento continuo del sistema tendremos que cambiar el

pulsado de marcha por un contacto accionado por un marcha-paro de un relé.

Diseño secuencia A+ B+ B- A-

a0 a1 b0 b1

A+ 1 0 1 0

B+ 0 1 1 0

B- 0 1 0 1

A- 0 1 1 0

Para el diseño de este tipo de circuitos emplearemos el diagramas de fases y estados, apoyado por ana tabla de verdad que nos indica la evolución de los finales de carrera.

Diseño secuencia A+ B+ B- A- En este caso nos encontramos que el diseño no es tan fácil, ya que se

va dar el caso de que cuando intentemos activar la válvula por un lado existirá presión en el otro. Esto ocurre cuando intentamos hacer (B-) y vemos que tenemos el aire de control de (B+). Eso se puede ver mirando la gráfica de fases y estados y/o la tabla de adjunta. Cuando existen dos filas iguales significa que se va a dar ese caso.

a0 a1 b0 b1

A+ 1 0 1 0

B+ 0 1 1 0

B- 0 1 0 1

A- 0 1 1 0


Esto se soluciona creando dos líneas de presión independientes. Una de ellas funciona para un parte de la secuencia (hasta B+) y cuando hay que eliminar el aire permanente de la tubería se cambia de grupo de presión (cuando B-) y con esa se alimenta el resto de la secuencia.

Si existieran mas repeticiones significaría que harían falta mas grupos de presión y tendríamos que ir creándolos según las necesidades.


Mando neumático


En el caso del mando eléctrico lo que se hace es crear con uno o varios reles diferentes circuitos de alimentación para las diferentes electroválvulas.

a0 a1 b0 b1

A+ 1 0 1 0

B+ 0 1 1 0

B- 0 1 0 1

A- 0 1 1 0

k

0

0

1

1

Puesta a 1 de k: activar K

Puesta a 0 de k: desactivar K

a0

b1


Mando eléctrico

Circuitos Hidráulicos

En los circuitos hidráulicos en lugar de emplear aire para conseguir un trabajo se emplea un fluido especial (Aceite hidráulico). Este fluido no es compresible y al tiempo que lubrifica transmite la potencia.

El concepto del circuito hidráulico cambia un poco con respecto al neumático, ya que el elemento que mueve el fluido es una bomba y no el compresor y además cuando acaba todo el ciclo hay que recoger el fluido en un depósito.

Bomba

Filtros

Distribuidores

Actuadores

Fuerza hidráulica

Por el principio de Pascal: La presión en cualquier punto de un líquido cerrado es igual en todos sus puntos.

Como la presión es la misma en todo el líquido

2

2

1

1

S

F

S

F

La fuerza solo depende de la superficie

Caudal y potencia hidráulica

El caudal de las bombas es el que hacer que se muevan los actuadores.

Q=V/t ; Q=superficie x velocidad

La potencia hidráulica será la fuerza que es capaz de desarrollar por la velocidad a la que se mueve.

P=F·v ; P=presión x caudal

Resistencia hidráulica es aquella que oponen la tuberías y los elementos hidráulicos al paso del aceite.

R=0,062·μ·l/d4 Μ=ViscosidadL=Longitudd=diámetro tubería

Bombas hidráulicas

Bomba bolas o rodillos Bomba lódulos dobles

Bomba engranajes Bomba lódulos tripbles

Válvulas hidráulicas y actuadores

El funcionamiento de las válvulas, los distribuidores y los actuadores son como los de neumática, pero preparados para soportar la presión ejercida por los fluidos hidráulicos, y con acceso a los escapes que serán retorno a tanque para recoger el aceite.

Ejemplos circuitos hidráulicos

Ya podemos empezar

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