SISTEMAS NEUMATICOS E SISTEMAS NEUMATICOS E HIDRAULICOSHIDRAULICOS

Elementos componentes y circuitos típicos de Elementos componentes y circuitos típicos de potencia y control potencia y control

KIOKO CHUQUICHAICO LAURA

1.- Introducción. 2.- Generalidades de los Sistemas Neumáticos e Hidráulicos.

3.- Conceptos básicos relacionados. 3.1.- Propiedades de los fluidos. 3.2.- Magnitudes y principios fundamentales. 4.- Sistemas neumáticos. 4.1.- Producción del aire comprimido. 4.2.- Elementos de tratamiento del aire comprimido. 4.3.- Elementos de consumo en circuitos neumáticos.

RECEPTORES 4.4.- Elementos de control en circuitos neumáticos. 4.5.- Circuitos neumáticos simples. 4.6.- Símbolos de elementos de uso frecuente en

neumática. 5.- Sistemas hidráulicos. 5.1.- Grupo de accionamiento. 5.2.- Elementos de transporte. 5.3.- Elementos de distribución, regulación y control.

Válvulas. 5.4.- Elementos de trabajo. 5.5.- Circuitos característicos de aplicación. 5.6.- Símbolos de elementos de uso frecuente en

neumática.

1.INTRODUCCIÓN

La Neumática y la Hidráulica tratan de las leyes que rigen el

comportamiento y el movimiento de los gases y de los líquidos, respectivamente, así como de los problemas que plantea su utilización.

Las diferencias entre ambas vienen marcadas por la naturaleza de los fluidos :•Los sistemas hidráulicos se emplean, por lo general, en aquellas

situaciones en que se requiera una fuerza elevada.

•Por el contrario, la neumática se utiliza preferentemente en la automatización de procesos.

En la actualidad, los sistemas hidráulicos y neumáticos se encuentran presentes en automóviles, aeronaves, máquinas-herramientas, maquinaria de construcción ..., y en casi cualquier tipo de aplicaciones industriales

2.Generalidades de los Sistemas Neumáticos e Hidráulicos. Las diferencias entre ambas vienen marcadas por la naturaleza

de los fluidos que se consideran: aire (muy compresible) y aceite o similares (casi incompresibles).

La NeumáticaNeumática se puede considerar adecuada para fuerzas no superiores a las 3 Tn., aunque su ámbito preferente de utilización se extiende hasta fuerzas menores de 1,2 Tn., con desplazamientos rápidos. También EN pequeños motores, como es el caso de herramientas portátiles, o de motores de alta velocidad que pueden alcanzar las 500.000 r.p.m.

Su campo de aplicación abarca procesos de control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas, etc. en todo tipo de industrias.

La HidráulicaHidráulica es apropiada para grandes esfuerzos tanto en actuadores lineales como en motores de par elevado, y permite un control exacto de velocidad y parada.

Su utilización se extiende a las industrias metalúrgicas, a las máquinas-herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte, etc..

EN TODO SISTEMA NEUMÁTICO O HIDRÁULICO DISTINGUIREMOS:EN TODO SISTEMA NEUMÁTICO O HIDRÁULICO DISTINGUIREMOS:

Elementos generadores de energía. Se ha de conseguir que el fluido transmita la energía necesaria para el sistema. En los sistemas neumáticos se utiliza un compresor, mientras que en el caso de la hidráulica se recurre a una bomba.

Elemento de tratamiento de los fluidos. En el caso de los sistemas neumáticos, debido a la humedad existente en la atmósfera, es preciso proceder al secado del aire antes de su utilización. Los sistemas hidráulicos trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un depósito de aceite y en los dos tipos de sistemas, deberán ir provistos de elementos de filtrado y regulación de presión.

Elementos de mando y control. Se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido en el compresor o en la bomba hacia los elementos actuadores.

Elementos actuadores. Son los elementos que permiten transformar la energía del fluido en movimiento, en trabajo útil. Existen dos grandes grupos: cilindros, en los que se producen movimientos lineales y motores, en los que tienen lugar movimientos rotativos.

3. Conceptos básicos

3.1 Propiedades de los fluidos Los fluidos no mantienen su forma sino que fluyen,

debido a que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son muy pequeñas, de manera que éstas pueden desplazarse unas respecto a otras. Esta es la razón por la que adoptan la forma del recipiente que los contiene.

LOS LÍQUIDOS fluyen bajo la acción de la GRAVEDAD

hasta que ocupan las regiones más bajas posibles de los recipientes que lo contienen.

LOS GASES se EXPANDEN hasta llenar por completo los recipientes cualquiera que sea su forma. A diferencia de los líquidos, los gases se pueden comprimir y expandir fácilmente.

Entonces el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías); pero no en conductos abiertos (canales).

3.1 Magnitudes y principios fundamentales I

Presión. Conceptos fundamentales. La presión ejercida por un fluido, ya sea líquido o

gaseoso, sobre la superficie de las paredes del recipiente que lo contienen, y viceversa, es el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie que recibe su acción.

P = F/SP = F/S

Caudal. Conceptos fundamentales. El caudal se define como el volumen de fluido que atraviesa por

unidad de tiempo una sección transversal de una conducción

Leyes fundamentales en los fluidos. principio fundamental de la Hidrostática La presión aplicada,

sobre un punto de una masa de fluido confinado, se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente a las paredes del recipiente.

vSt

lS

t

VQ

2

2

1

1

S

F

S

F

3.1 Magnitudes y principios fundamentales II

Ecuación de continuidad. Si la tubería a lo largo de la cual circula el fluido tiene dos

secciones diferentes S1 y S2 , en las cuales el fluido, con una densidad d1 y d2 , posee las velocidades respectivas v1 y v2 , se establece que:

Si el fluido es incompresible (caso de los líquidos), d1 = d2 = d , con lo que la expresión anterior resulta:

Ecuación de Bernoulli. El Principio de Bernoulli afirma que la suma de las energías

cinética, potencial y de presión, en distintos puntos de un fluido en movimiento estacionario que recorre un tubo inclinado, debe ser constante

Ecuación de los gases perfectos PV = n RT

ctedvSdvS 222111

ctevSvS 2211

Hg

v

dg

Ph

g

v

dg

Ph

22

222

2

211

1

4. Sistemas Neumáticos4. Sistemas Neumáticos

• Producción del aire comprimido.

• Elementos de tratamiento del aire comprimido.

• Elementos de consumo en circuitos neumáticos.

• Regulación y control.

4.1 Producción de aire comprimido Para generar el aire comprimido :

COMPRESORES

REFRIGERADOR.

SECADOR

Producción de aire comprimido IProducción de aire comprimido ICompresores Los compresores elevan la presión del aire hasta el valor

adecuado para su utilización. Energía exterior -> energía de presiónEnergía exterior -> energía de presión

En el funcionamiento de un compresor aparecen dos magnitudes:

La presión que se comunicará al aire, El caudal que el compresor es capaz de proporcionar.

Existen dos tipos: • Los compresores volumétricoscompresores volumétricos. En ellos el aire que entra en

un recipiente hermético es reducido a un volumen inferior al que tenía, aumentando su presión (Ley de Boyle-Mariotte).

• Los compresores dinámicoscompresores dinámicos. El aire aspirado aumenta su velocidad a medida que pasa por las distintas cámaras, transformándose su energía cinética en energía de presión.

Producción de aire comprimido IIProducción de aire comprimido IIcompresores

CompresoresCompresores VolumétricosVolumétricos De embolo De una etapa De dos etapas De varias etapas

Rotativos Paletas Tornillos DinámicosDinámicos Centrífugos

Producción de aire comprimido IIIProducción de aire comprimido IIIRefrigerador y secado

Refrigerador. El aire comprimido alcanza temperaturas bastante altas, por lo que es necesario refrigerarlo, para dejarlo a uno 25ºC.

Secador. Tiene por objeto

reducir el contenido de vapor de agua existente en el aire.

Secador por absorción

4.2 Elementos de tratamiento del aire comprimido

TIENEN COMO MISIÓN SUMINISTRAR EL AIRE COMPRIMIDO EN LAS MEJORES CONDICIONES POSIBLES PARA SU

UTILIZACIÓN POSTERIOR.

El aire comprimido debe estar libre de impurezas (partículas en suspensión, agua, aceite), regulado a la presión deseada de utilización y adecuadamente lubrificado en aquellos lugares donde sea preciso.

Los elementos de tratamiento del aire comprimido son:

Filtros.Filtros. Reguladores de presión.Reguladores de presión.

LubricadoresLubricadores.

Elementos de tratamiento del aire comprimidoElementos de tratamiento del aire comprimido IIIIFILTROSFILTROS

LOS FILTROS TIENEN COMO MISIÓN DEPURAR EL AIRE COMPRIMIDO.

El polvo y vapor de agua si llegan hasta los puntos de consumo de aire comprimido, pudiendo ocasionar serios deterioros.

Funcionamiento El aire, entra en el filtro por la parte

superior y sufre un centrifugado por efecto del deflector de aletas, de esta manera las partículas más gruesas y las gotas de agua se proyectan contra la pared interna de la cuba y se depositan en la parte inferior. Las partículas sólidas más finas son detenidas por medio del elemento filtrante.

Elementos de tratamiento del aire comprimidoElementos de tratamiento del aire comprimido IIIIIIREGULADORES DE PRESIÓNREGULADORES DE PRESIÓN

LA MISIÓN DEL REGULADOR DE PRESIÓN ES MANTENER CONSTANTE EL VALOR DE LA

MISMA.

Funcionamiento Se basa en bloquear o dejar pasar

el aire comprimido a través de un obturador, cuya apertura o cierre se consigue por medio de un vástago accionado por una membrana o por un pistón en equilibrio entre dos fuerzas. La regulación de la presión consiste en la mayor o menor apertura de la válvula de asiento, que dispone de un muelle que evita oscilaciones.

Elementos de tratamiento del aire comprimido Elementos de tratamiento del aire comprimido IVIVLUBRICADORESLUBRICADORES

Como las automatizaciones

neumáticas se realizan por medio de componentes que poseen órganos mecánicos móviles y que, por tanto, están sujetos a rozamientos, resulta necesario proceder a la lubricación de los mismos.

Funcionamiento La lubricación se suele llevar a cabo

mediante el aire comprimido, que es el que produce el movimiento de los órganos mecánicos. De esta manera, el lubricador aporta aceite a los elementos móviles, disminuyendo así el rozamiento y evitando la oxidación.

4.3 RECEPTORES4.3 RECEPTORES

SON LOS ELEMENTOS QUE PERMITEN TRANSFORMAR LA

ENERGÍA COMUNICADA AL AIRE POR EL COMPRESOR EN ENERGÍA ÚTIL.

Se pueden dividir en dos grandes grupos:

Elementos alternativos o cilindros.

Elementos rotativos o motores.

RECEPTORESRECEPTORES IICilindros

De simple efecto

De doble efecto

RECEPTORESRECEPTORES IIIMotores

De pistones

Paletas

Turbinas

4.4 ELEMENTOS DE CONTROL4.4 ELEMENTOS DE CONTROL

Se llaman VálvulasVálvulas a los elementos encargados de controlar la energía que se transmite a través del fluido hacia los elementos de

consumo, tanto la presión como el caudal del aire comprimido.

TRES TIPOS FUNDAMENTALES

Válvulas de control de dirección (distribuidores). Válvulas de control de caudal Válvulas de control de presión

ELEMENTOS DE CONTROLIIELEMENTOS DE CONTROLIIVálvulas de control de dirección (distribuidores).

Son los elementos que gobiernan la dirección y el sentido en que debe circular el aire comprimido, según los casos, y en unas ocasiones se debe permitir el paso libre del fluido y en otras cortarlo totalmente.

Se definen por dos características: Nº de vías u orificios: Representa el número de agujeros

que tiene una válvula, tanto de entrada como de salida. Nº de posiciones: Generalmente tienen dos posiciones, una

que define el estado de reposo y otra el estado de trabajo, aunque algunas aplicaciones exigen el empleo de tres posiciones, que implica el empleo de una posición neutra central.

ELEMENTOS DE CONTROLIIELEMENTOS DE CONTROLIIVálvulas de control de dirección (distribuidores).Identificación de orificios Son los elementos que gobiernan la dirección y el sentido en

que debe circular el aire comprimido, según los casos, y en unas ocasiones se debe permitir el paso libre del fluido y en otras cortarlo totalmente.

Se definen por dos características: Nº de vías u orificios: Representa el número de agujeros

que tiene una válvula, tanto de entrada como de salida. Nº de posiciones: Generalmente tienen dos posiciones, una

que define el estado de reposo y otra el estado de trabajo, aunque algunas aplicaciones exigen el empleo de tres posiciones, que implica el empleo de una posición neutra central.

Alimentación de ENTRADA (compresor) ......... P Circuitos de trabajo ........................................... A, B, C, ..... Escape a la atmósfera ....................................... R, S, T, ..... Conexiones de pilotaje ...................................... X, Y, Z, .....

Válvulas de control de dirección (distribuidores).

ELEMENTOS DE CONTROLVálvulas de control de caudal

Antiretorno

Reguladora de caudal

Unidireccional Bidireccional

ELEMENTOS DE CONTROLELEMENTOS DE CONTROLVálvulas de control de presión

ACTÚA SOBRE LA PRESIÓN DEL AIRE MANTENIÉNDOLA REGULADA DESDE UN VALOR NULO HASTA OTRO MÁXIMO QUE

CORRESPONDE AL VALOR DE LA PRESIÓN DE ALIMENTACIÓN.

La regulación se realiza por medio del ascenso o descenso de un elemento roscado.

Finalidades:

• Como válvula de seguridad en los equipos generadores de aire comprimido, (válvula de descarga).

• Para alimentar elementos que trabajan a presiones diferentes (válvula de secuencia).

• Para mantener la presión de alimentación estabilizada en un determinado valor.

4.5 CIRCUITOS NEUMÁTICOS SENCILLOS4.5 CIRCUITOS NEUMÁTICOS SENCILLOS

4.6

SIMBOLOGÍA

Líneas de fluido

Equipos de linea

Grupos de acondicionamiento

Actuadores Accesorios

5.Sistemas hidráulicos5.Sistemas hidráulicos

Las instalaciones hidráulicas constan de:

Grupo de accionamiento

Elementos de transporte

Elemento de trabajo

• Regulación y control.

VENTAJASVENTAJAS

Las ventajas de las instalaciones hidráulicas :• Fácil regulación de la velocidad (incompresibilidad

de los líquidos).• Posibilidad de inversión instantánea de los

mecanismos hidráulicos.• Posibilidad de efectuar grandes esfuerzos con

componentes de reducido tamaño (trabajo a altas presiones).

• Detención en cualquier posición de los actuadores hidráulicos (incompresibilidad de los líquidos).

• Fácil protección del sistema ante las sobrecargas (con el uso de válvulas limitadoras de presión).

5.1 Grupo de accionamiento5.1 Grupo de accionamientoE. mecánica -> E. HidráulicaE. mecánica -> E. Hidráulica

B. engranajes

B. De tornillo

B pistones

B. Paletas

5.2 Elementos de transporte5.2 Elementos de transporte

El TRANSPORTE del líquido se realiza por medio de TUBERÍAS.

Aquéllas que forman el circuito de potencia se

representan mediante una línea continua

Los circuitos auxiliares para el control de alguna válvula se simbolizan por medio de una línea de trazos

5.3 Regulación y Control5.3 Regulación y Control

Las válvulas son los elementos que sirven para gobernar los sistemas hidráulicos.

VÁLVULAS DISTRIBUIDORASVÁLVULAS DISTRIBUIDORAS Rotativas, axiales, piloto, electroválvulas, antirretorno.

VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL

Estranguladoras, temporizadoras, parada-marcha.

VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN

De seguridad, de derivación, productoras de presión.

Válvulas distribuidorasVálvulas distribuidoras

2/2 3/24/2

4/3

5/2

V inversión rotativa

Reguladoras de caudalReguladoras de caudal

V. caudal fijo.V. caudal fijo.

V. caudal variableV. caudal variable.

Reguladora de caudal con Reguladora de caudal con antiretornoantiretorno

Reguladoras de PresiónReguladoras de Presión

Reguladora de Presión Limitadora de presión

5.4 Actuadores5.4 Actuadores

Cilindros

Motores

CilindrosCilindros

C. De simple efecto C. De doble efecto

Motores hidraulicosMotores hidraulicos

M de paletas

M de Engranajes

M de pistones

6.5 Circuitos hidraulicos6.5 Circuitos hidraulicos

Accionamiento de un cilindro de simple efecto

Accionamiento de un cilindro de doble efecto con v 4/2

Ejemplos IIEjemplos II

Mando de Cilindro de doble efecto con válvula 4/3

Regulación de velocidad de mando de un cilindro

Símbolos HidráulicosSímbolos Hidráulicos

EJERCICIOSEJERCICIOS

EJERCICIOS TEMA 61