-1- UniversidadTcnicadeAmbato FacultaddeIngeniera CivilyMecnica Carrera de Ingeniera Mecnica GUIA DE MDULO NEUMTICA Y OLEOHIDRULICA (IM-07-E04) CIRCUITOS DE APLICACIN Autor y recopilador: Ing. Santiago Cabrera Anda Area Acadmica: Energa Periodo Acadmico: Marzo - Septiembre 2012-i- CONTENIDO TemaPg. 1. FLUIDOS NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS. APLICACIONES 1.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE 1.2 MARCO TERICO 1.2.1 Fluidos Neumticos: Aire Atmosfrico 1.2.2 Aire Neumtico 1.2.3 Fluidos Oleohidrulicos 1.2.4 Aplicaciones de la Neumtica y Oleohidrulica 1.2.5 Sistemas Oleoneumticos 1.2.6 Leyes Fsicas aplicadas a la Neumtica 1.2.7 Leyes Fsicas aplicadas a la Hidrulica 1.2.8 Factores de conversin - Software Uconeer 1.2.9 Propiedades Termodinmicas de Gases - Software EES 1.2.10 Diagramas Termodinmicos Aire seco - Software EES 1.2.11 Carta Psicromtrica aire atmosfrico - Software EES 1.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE 1.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 1.4.1 Problemas resueltos 1.4.2 Preguntas 1.4.3 Problemas propuestos 1.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA 2. GENERACIN, TRATAMIENTO Y DISTRIBUCIN 2.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: 2.2 MARCO TERICO 2.2.1 Generacin de Aire comprimido y alimentacin de Fluidos Oleohidrulicos 2.2.2 Tratamiento del Aire comprimido 2.2.3 Tratamiento del Fluido oleohidrulico 2.2.4 Distribucin del Aire comprimido 2.2.5 Distribucin de Fluidos oleohidrulicos 2.2.6 Reglamentos para el Diseo y Construccin de Sistemas de Tubera 2.2.7 Colores de sealizacin de conducciones de fluidos segn DIN 2403 2.2.8 Colores de sealizacin para recipientes con diversos gases 2.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE 1 1 1 1 1 2 4 6 6 7 9 11 12 13 14 15 15 17 17 18 19 19 19 19 27 34 35 38 40 41 41 42 -ii- CONTENIDO (continuacin) TemaPg. 2.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 2.4.1 Problemas resueltos 2.4.2 Preguntas 2.4.3 Problemas propuestos 2.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA 3. DISPOSITIVOS ACTUADORES NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS 3.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: 3.2 MARCO TERICO 3.2.1 Actuadores neumticos lineales 3.2.2 Actuadores neumticos rotantes 3.2.3 Actuadores lineales oleoneumticos 3.2.4 Actuadores hidrulicos lineales 3.2.5 Dimensionamiento de cilindros oleohidrulicos: 3.2.6 Actuadores hidrulicos rotativos 3.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE 3.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 3.4.1 Problemas resueltos 3.4.2 Preguntas 3.4.3 Problemas propuestos 3.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA 4. VLVULAS NEUMTICAS Y OLEOHIDRULICAS 4.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: 4.2 MARCO TERICO 4.2.1 Vlvulas distribuidoras neumticas 4.2.2 Vlvulas auxiliares neumticas 4.2.3 Generacin de vaco 4.2.4 Vlvulas distribuidoras oleohidrulicas 4.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE 4.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 4.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA 43 43 45 45 46 47 47 48 48 52 54 56 57 59 61 61 61 62 62 63 64 64 64 64 69 69 72 74 75 75 -iii- CONTENIDO (continuacin) TemaPg. 5. CIRCUITOS NEUMTICOS Y OLEOHIDRALICOS 5.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: 5.2 MARCO TERICO 5.2.1 Aplicaciones especiales del aire comprimido 5.2.2 Procedimiento para disear sistemas neumticos5.2.3 Procedimiento para disear sistemas oleohidrulicos 5.2.4 Comparacin entre sistemas neumticos y oleohidrulicos 5.2.5 Analoga entre elementos convencionales y los elctricos/electrnicos 5.2.6 Circuitos neumticos de aplicacin industrial 5.2.7 Circuitos oleohidrulicos de aplicacin industrial 5.2.8 Circuitos neumticos en cascada 5.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE 5.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 5.4.1 Problemas resueltos 5.4.2 Preguntas 5.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA ANEXO A: SIMBOLOGA NORMALIZADA ISO PARA SISTEMAS NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS ANEXOB:CONSUMOSDEAIREPARAHERRAMIENTASYEQUIPOS NEUMTICOS. FACTOR DE USO Y SIMULTANEIDAD PARA REDES 76 76 76 76 77 77 78 79 80 90 91 95 96 96 98 98 99 103 -1- CAPTULO 1 FLUIDOS NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS. APLICACIONES 1.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Analizar procesos en sistemas abiertos, con diversos fluidos: aire atmosfrico, aire tratado,y aceitehidrulico,conlafinalidaddedeterminarsusdiversaspropiedadesyaplicaciones mecnicas, cumpliendo las leyes y principios de la Termodinmica e Hidrodinmica. 1.2 MARCO TERICO: 1.2.1 FLUIDOS NEUMTICOS: AIRE ATMOSFRICO Eselgasqueconformalaatmsferaterrestreyestconstituidoporunamezcladegases, algunos muy predominantes sobre el resto. 1.2.1.1 Composicin: Nitrgeno78,03% de su volumen; 75,46% de su peso Oxgeno20,99% de su volumen; 23,20% de su peso Argn0,94% de su volumen; 1,28% de su pesoGases nobles y otros0,04% Gases nobles y otros: Nen(Ne) 1 en 65.000 Helio (He)1 en 200.000 Kriptn (Kr)1 en 1.000.000 Xenn(Xe)1 en 11.000.000 Agua(H2O)Variable Dixido de carbonoVariable 1.2.1.2 Caractersticas. Es un gas incoloro, inodoro e inspido. Es indispensable para la vida sobre la tierra. Necesario para la combustin. Los gases que contiene el aire pueden separarse pormediosfsicos,comoesladestilacinfraccionada.Unlitrodeaireencondiciones normales pesa 1,293 gramos. 1.2.2 AIRE NEUMTICO El aire neumtico debe ser eminentemente seco y sin agentes agresivos y contaminantes. Enelprocesodecompresin,elairegeneracondensadosdeaguaymscuandolas temperaturas son bajas. El aire debe ser limpio, lo que se consigue filtrndolo con filtros de unas 40 micras. -2- Elairecomprimidonosobrepasaensuutilizacinlos10bar(145psi)yensuuso generalizado est entre 6 y 8 bar (87 y 116 psi). El aire debe ser seco, sin humedad, lo que se consigue con separadores de agua o secadores de aire instalados en la red de distribucin. Elairepuedeserutilizadosecooengrasado.Existenaparatosdeinstrumentacinque requierenaireseco,mientrasqueaotros,comocilindros,distribuidoresyreguladoresseles alimentaconaireengrasado,quecumpledosobjetivos:evitarlaoxidacinporefectodela humedad contenida en el aire y engrasar los elementos mviles de los aparatos neumticos. Los aceites utilizados para engrases son de base mineral y con grados de viscosidad entre 22 y 37 centistokes. Los aceites contenidos en el aire neumtico no deben atacar a las juntas y otros elementos con los que estn construidos los aparatos neumticos. El aire neumtico, una vez que ha realizado su funcin, debe ser evacuado al ambiente donde lainstalacinestubicada.Sihaygrancantidaddeaparatosneumticos,elaireevacuado puede tener ungran volumen, o que unido a queva acompaado deaceite de engrase puede contaminar el medio, donde trabajan personas. Debecuidarsemuchoelcontroldelacontaminacinysusriesgos,paraquenosupongaun riesgo para las personas, y evacuando el aire al exterior de los ambientes cerrados. 1.2.3 FLUIDOS OLEOHIDRULICOS 1.2.3.1 Objetivos -Transmitir potencia: El fluido debe presentar baja resistencia al flujo y debe ser lo ms incompresible posible. -Lubricar partes mviles: El fluido debe brindar buena proteccin contra la oxidacin. -Minimizar fugas: Muchas veces, el fluido es el nico cierre contra la presin dentro de un componente hidrulico. El ajuste mecnico y viscosidad del fluido evitan las fugas. Su viscosidad vara entre 15 a 120 cSt (2,5 a 16E). Los valores normales estn entre 35 y 70 cSt. -Enfriarodisiparelcalor:Lacirculacindelfluidoalrededordelasparedes,permite enfriar el sistema. 1.2.3.2 Tipos de fluidos oleohidrulicos a)Lquidos de base acuosa -Aceitemineralenagua.Mezcla:hasta15%deaceite,elrestoagua.Temperaturade trabajo: entre 10 y 70 C -Agua en aceite mineral. Mezcla: entre 50 y 60% de aceite, el resto agua. Temperatura de trabajo: entre 10 y 70 C -Aguaconglicerina.Mezcla:hasta50%deglicerina,elrestoagua.Temperaturade trabajo: entre -45 y 65 C -3- -Glicol-agua.Mezcla:entre35y60%deagua,elrestoalcohol.Temperaturade trabajo: entre -15 y 60 C b)Lquidos sintticos: -Esteres fosfatados. Temperatura de trabajo: entre -55 y 150 C -Siliconas. Temperatura de trabajo: entre -70 y 300 C c) Aceites minerales y vegetales -Se degradan fcilmente a alta temperatura. Temperatura de trabajo: 10 a 100 C d) Aditivos. Conservan y mejoran las propiedades de los lquidos oleohidrulicos: -Viscosos: Aumentan la viscosidad del fluido oleohidralico -Anticongelantes: Mejoran la fluidez a bajas temperaturas -Adherentes: Mejoran adherencia a las paredes de elementos metlicos del circuito -Antiespumantes (siliconas): Reducen la formacin de espumas -Antioxidantes (Amina fenoles para trabajo entre 100 y 130 C, Productos con azufre y fsforo para trabajo entre 150 y 200 C. Cuadro 1.1: Clasificacin por viscosidad para aceites industriales -4- 1.2.4 APLICACIONES DE LA NEUMTICA Y OLEOHIDRULICA 1.2.4.1 Aplicaciones Mviles: Tractores y Retroexcavadoras Gras Montacargas Volquetes y cargadores Camiones recolectores de basura Frenos, suspensin y direccin de automotores Vehculos pesados para construccin y mantenimiento de carreteras Timones, alerones, trenes de aterrizaje y frenos para aeronutica Timones,mecanismosdetransmisinysistemasdemandoparaembarcacioneso buques militares 1.2.4.2 Aplicaciones Industriales y Tecnolgicas: Mquinas herramientas Mquinasparalaindustria:plstica,alimentos,petrolera,textil,bebidas,agrcola, minera, siderrgica, etc.Equipamiento para robtica y manipulacin automatizada Accionamiento de vlvulas y control de compuertas Equipo para montaje industrial EquiposparaMedicina:Instrumentalquirrgico,mesasdeoperaciones,camasde hospital, sillas e instrumental odontolgico 1.2.4.3 Principales diferencias entre Sistemas Neumticos y Oleohidrulicos Los accionamientos neumticos son ms sencillos, rpidos, limpios y de menor costo. Enneumticalasfuerzasobtenidasselimitanaunas3Ton,mientrasqueen oleohidrulica no existe lmite apreciable. Los sistemas oleohidrulicos permiten la transmisin de mayores potencias y facilidad de regulacin de caudal. La energa neumtica puede almacenarse. El aire luego de utilizado es evacuado hacia el ambiente sin ser reutilizado. La energa neumtica tiene aproximadamente el doble de costo que la oleohidrulica. Lassiguientesfiguras1.1y1.2,muestranalgunascaractersticasespecficasdelossistemas neumticos y oleohidrulicos. -5- Fig. 1.1: Diagrama de bloques transformacin de energa BOMBA HIDRULICAFLUIDO HIDRULICOENERGIA HIDRULICAFLUIDO NEUMTICOENERGIA NEUMTICANEUMTICOSSISTEMASENERGIA ELCTRICATRATAMIENTOCOMPRESORENERGIA MECNICAENERGIA ELCTRICAOLEOHIDRULICOSSISTEMASMOTOR ELCTRICO Fig. 1.2: Componentes de circuitos neumticos1 1 Festo Didactics. Principios de Neumtica -6- 1.2.5 SISTEMAS OLEONEUMTICOS Generalmente,muchasinstalacionesseadaptanenformaadecuadaalaneumtica,pero puedenexistiroperacionesparticularesquepuedenserresueltasenmejorformaconla oleohidrulica(regulacindevelocidad,obtencindefuerzasimportantesconsecciones pequeas o deteccin de cilindros en posiciones intermedias). En situaciones como la anterior no se justifica la instalacin de un sistema oleohidrulico, sino que resulta ms conveniente la conversin de la energa neumtica en oleohidrulica, esto se logra con los sistemas oleoneumticos (convertidores de presin). Alcombinardeformasimultneaambosfluidos,elaireactacomoelementomotriz (origina la fuerza), mientras que el aceite permite mejorar el control de velocidad. 1.2.6 LEYES FSICAS APLICADAS A LA NEUMTICA 1.2.6.1 Ley de Boyle-Mariotte. En procesos a temperatura constante,el volumen que ocupa una masa de gas ser inversamente proporcional a la presin a la cual se lo somete. cte V P V P V P = = = * 2 * 2 1 * 1 1.2.6.2 Leyes de Gay-Lussac a) En procesos a presin constante, el volumen que ocupa una masa de gas ser directamente proporcional a su temperatura absoluta. cte T V T V T V = = = / 2 / 2 1 / 1 b) En procesos a volumen constante, la presin a la cual est sometida una masa de gas ser directamente proporcional a su temperatura absoluta. cte T P T P T P = = = / 2 / 2 1 / 1 1.2.6.3 Ecuacin de estado de gas ideal T R N V PT R v PT R m V P* * ** ** * *___=== 1.2.6.4 Humedad especfica y Humedad relativa GVGVAVAVPPmmPPmmw= == =|622 , 0 -7- 1.2.7 LEYES FSICAS APLICADAS A LA HIDRULICA 1.2.7.1Ecuacindelacontinuidad.Eslaexpresinmatemticadelhechodequeelritmo netodeflujodemasahaciaelinterior,atravsdecualquiersuperficiecerrada,esigualal ritmo al que aumenta la masa dentro de la superficie. Para un fluido incompresible en flujo estacionario: cte Vel A Vel A = =2 2 ! !* * . 1.2.7.2 Ecuacin de Bernoulli. En un sistema con caudal constante, la energa se transforma de una forma a otra cada vez que se modifica el rea de la seccin transversal de la tubera. Es decir,lasumadelasenergascintica,potencialydepresin,endistintospuntosdeun sistema debe ser constante. ) ( * * ) ( *2) (2 2* ) (1 22122 2 1222221112 1y y g Vel Vel P PgVelyPgVelyPV P P Wneto + = + + = + +A = 1.2.7.3NmerodeReynolds. Cuandolavelocidaddeunfluidoquecirculaporunatubera excedeciertovalorcrtico,lanaturalezadelfluidosevuelvemuycomplicada.Existeuna combinacinde4factores(densidad,velocidad,dimetroyviscosidad),quedeterminasiel flujodeunfluidoatravsdeunatuberaeslaminaroturbulento,denominadonmerode Reynolds. v D VeluD Vel * * *Re = = 1.2.7.4 Ley de Poiseuille. La velocidad de un fluido viscoso que circula por un tubo no es la misma en todos los puntos de una seccin transversal. La capa externa se adhiere a las paredes del tubo,y su velocidades nula. Siempre que el movimiento no sea tan rpidoy el flujo sea laminar,lavelocidadsermximaenelcentrodeltuboydisminuirhastaanularseenlas paredes del tubo. L uR P PVelr RL uP PVelr P P FnetaMAX* * 4* ) () ( ** * 4) (* * ) (22 12 2 2 122 1== = t 1.2.7.5 Prdidas primarias en tuberas. Son prdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubera (capa lmite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (rgimen laminar) o de las partculas de fluido entre s (rgimen turbulento). -8- Paratuberashorizontales,convariacindevelocidaddespreciable(seccintransversal constante): 2 1 :2 12 1 =tramo primarias prdidas de Suma HrP P 1.2.7.6Prdidassecundariasentuberas.Sonprdidasdeforma,queocurrenenlas transiciones (estrechamientos o expansiones), codos, vlvulas y en toda clase de accesorios de tubera. 1.2.7.7 Ecuacin general de las prdidas primarias: Ecuacin de Darci-Weisbach Para tuberas de dimetro constante: gVDLf Hrp2* *2= El coeficiente de prdida de carga f depende de: la velocidad, dimetro de tubera, densidad, viscosidad y de la rugosidad k. 1.2.7.8 Coeficiente f en rgimen laminar. Frmula de Poiseuille LateoraprediceylaexperienciaconfirmaqueparaRe2.300 slo es vlida si el flujo sigue siendo laminar. Re64= f 1.2.7.9 Coeficiente f en rgimen turbulento y tuberas lisas, 2.3004000, es la frmula universal de prdidas en conductos industriales. ||.|

\|+ =fr kf Re*51 . 24 , 7/log 21 donde:r = D/2 -9- 1.2.8 FACTORES DE CONVERSIN - SOFTWARE UCONEER 1.2.8.1 Equivalencias para unidades de presin: 1 atm= 101,325 kPa = 1,01325 bar = 1,03323 kgf/cm = 14,6959 PSI (=lbf/in) = 760,002 mm Hg (=torr) 1.2.8.2 Equivalencias para unidades de temperatura: 25 C = 77 Fahrenheit = 298,150 Kelvin = 536,670 Rankine = 20 Raumur 1.2.8.3 Equivalencias para unidades de diferencias de temperatura: 1 Celsius = 1 Kelvin = 1,80 Fahrenheit = 1,80 Rankine = 0,80 Raumur 1.2.8.4 Equivalencias para unidades de densidad: 1 kg/m3 = 1e-3 g/cm (=kg/L) = 1 g/liter = 62,428e-3 lb/ft = 36,1273e-6 lb/in = 141,233e+3 API 1.2.8.5 Equivalencias para unidades de viscosidad dinmica: 1 Pa. s = 1e+3 centipoise = 1 kg/m.s = 2,41909e+3 lb/ft.h = 55,9974e-3 lb/in.s = 10e+6 micropoise = 1 N.s/m = 10 poise (=g/cm.s) = 145,038e-6 reyn 1.2.8.6 Equivalencias para unidades de viscosidad cinemtica: 1 m2/s = 1e+6 centistokes = 10e+3 cm/s (=stokes) = 38,7501e+3 ft/h = 10,7639 ft/s = 5,58001e+6 in/h = 1,55000e+3 in/s = 3,6e+3 m/h = 1e+6 mm/s 1.2.8.7 Equivalencias para unidades de caudal: 1 m/s = 22,6433e+3 barrel (oil)/h = 543,440e+3 barrel(oil)/day = 2,11888e+3 ft/min = 35,3147 ft/s = 791,889e+3 gallon (UK)/h = 951,019e+3 gallon (US)/h = 3,6e+6 liter/h = 1,00000e+3 liter/s = 86,4 Megaliter/day = 3,6e+3 m/h -10- 1.2.8.8 Equivalencias para unidades de volumen: 1 m3 = 6,28981 barrel (oil) = 1e+6 cm (=ml) = 1e+3 dm (=liter) = 35,3147 ft = 219,969 gal (UK) = 264,172 gal (US) = 61,0237e+3 in = 2,11338e+3 pint (US) 1.2.8.9 Equivalencias para unidades de rea: 1 m2 = 10e+3 centimeter = 10,7639 foot = 1,55e+3 inch = 1e+6 millimeter 1.2.8.10 Equivalencias para factor de friccin en tuberas: 1 Darcy-Weisbach = 125e-3 Stanton = 1 Moody = 250e-3 Fanning 1.2.8.11 Equivalencias para unidades de fuerza: 1 newton = 100e+3 dyne = 101,972 gram force = 101,972e-3 kg force = 1e-3 kilonewton = 101,972e-3 kilopond = 224,809e-6 kip = 7,23301 poundal = 101,972e-6 ton force 1.2.8.12 Equivalencias para unidades de energa (calor, trabajo, entalpa, energa interna): 1 KJ = 0,947 Btu = 238,846 cal = 737,562 ft.lbf = 372,506e-6 hp.h = 9,47817e-6 therm 1.2.8.13 Equivalencias para unidades de potencia: 1 KW= 3,41214e+3 Btu/h = 737,562 ft.lbf/s = 1,34102 hp (British) = 1,35962 hp (metric) = 859,845 kcal/h = 284,345e-3 ton refrigeration 1.2.8.14 Equivalencias para unidades de torque: 1 N.m = 1e+7 dyne.cm = 10 kgf.cm = 0,74 lbf.ft = 8,9 lbf.in = 1e+2 N.cm = 24 poundal.ft 1.2.8.15 Equivalencias para coeficiente de dimensionamiento de vlvulas: 1 Kv (m/h bar) = 1,2 Cv (USgpm PSI) = 0,96 Cv (UKgpm PSI) 1.2.8.16 Equivalencias para unidades de velocidad angular: 1 degree/s = 0,017 radian/s = 0,0028 rev/s = 0,17 rev/min (=rpm) = 10 rev/hour -11- 1.2.9 PROPIEDADES TERMODINMICAS DE GASES - SOFTWARE EES Cuadro 1.2: PROPIEDADES PARA AIRE SECO A PRESIN ATMOSFRICA Cuadro 1.3: CALOR ESPECFICO PARA DIVERSOS GASES A P. ATMOSFRICA Cuadro 1.4 CONDUCTIVIDAD PARA DIVERSOS GASES A P. ATMOSFRICA -12- 1.2.10 DIAGRAMAS TERMODINMICOS AIRE SECO - SOFTWARE EES Fig. 1.3: DIAGRAMA TEMPERATURA VS. VOLUMEN PARA AIRE Fig. 1.4: DIAGRAMA PRESIN VS. VOLUMEN PARA AIRE -13- 1.2.11 CARTA PSICROMTRICA AIRE ATMOSFRICO - SOFTWARE EES Fig. 1.5: MEZCLA A PRESIN ATMOSFRICA, NIVEL DEL MAR Fig. 1.6: MEZCLA A PRESIN ATMOSFRICA, ALTURA 3000 msnm -14- 1.3 TERMINOS Y CONCEPTOS CLAVE Aire estndar. Aire a 68F, 14,7 psi y 36% humedad relativa. Caudalycadadepresin.Cantidaddelquidoquepasaporunpunto,porunidadde tiempo.Cuandounlquidofluyeporunatuberadedimetroconstante,lapresinser siempreinferiorenunpuntomsabajodelacorriente,stacadadepresinserequiere para vencer el rozamiento en la lnea. Gasesrealeseideales.Losgasesidealessonsustanciasimaginariasqueenteora cumplen la ecuacin de estado de gas ideal (Pv = RT), es decir su presin es inversamente proporcional a su volumen. Los gases reales tienden a comportarse como ideales a bajas densidades (bajas presiones y temperaturas altas). Hidrulico. Sistema, dispositivo o equipo que funciona con el uso de fluidos hidrulicos. Neumtico.Sistema,dispositivooequipoquefuncionaconelusodeairecomprimido atmosfrico o tratado. Oleohidrulico.Sistema,dispositivooequipoquefuncionaconelusodeaceites hidrulicos. Oleoneumtico.Sistema,dispositivooequipo,detipohbridoquefuncionaenciertos tramos con el uso de aire comprimido atmosfrico o tratado, mientras que en otros utiliza un aceite hidrulico. Presinatmosfrica.Paraunsitiodado,essimplementeelpesodelairequesehalla arriba de ese lugar por rea superficial unitaria. Presinmanomtrica.Aquellamedidaendispositivosllamadosmanmetros,yse calcula como la diferencia entre la presin absolutay la atmosfrica local. Son presiones mayores que la atmosfrica. Presin vacuomtrica o de vaco. Aquella medida en dispositivos llamados vacumetros o medidores de vaco, y se calcula como la diferencia entre la presin atmosfrica local y laabsoluta.Tambinselaconocecomopresinmanomtricanegativa.Sonpresiones menores que la atmosfrica. Presinabsoluta.Eslapresinrealenunadeterminadaposicin,ysecalculacomola fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de rea. Rgimen laminar. Idealmente cuando las partculas de un fluido circulan por una tubera semuevensegntrayectoriasrectasyparalelas,estosellamargimenlaminar,stese produce a baja velocidad en tuberas rectas y el rozamiento es menor. -15- Rgimenturbulento.Cuandolastrayectoriasdelaspartculasnosonparalelasyse cruzan,sellamargimenturbulento,seoriginaporcambiosbruscosendireccino seccin, o altas velocidades. Esto provoca alto rozamiento que produce calentamiento. Temperatura de Punto de roco. Temperatura a la que se inicia la condensacin si el aire se enfra a presin constante. Se lee en tablas como la temperatura de saturacin del agua correspondiente a la presin de vapor. 1.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 1.4.1 PROBLEMAS RESUELTOS 1) Un cilindro-pistn de laboratorio a nivel del mar, contiene aire a una presin relativa de 2 baryocupaunvolumende5litros.Sielvolumensereducehasta1,5litros,culserla presin absoluta y relativa del gas para la misma temperatura? Segn Boyle-Mariotte, para procesos a temperatura constante: cte V P V P V P = = = * 2 * 2 1 * 1 A nivel del mar, Patm = 1,013 bar P1 = P1g + Patm = 2 + 1,013 =3,013 bar bar PVVP 04 , 10 013 , 3 *5 , 151 *212 = |.|

\|=|.|

\|= P2 g=10,04-1,013 =9,03 bar 2)Porunatuberaverticaldimetrointerior50mmylongitud2m,desciende1lt/segde aceitecuyaviscosidadcinemticaes20cst(0,2x10e-4m/seg)ysudensidadrelativaes 0,92. Determinar las prdidas primarias en dicha tubera.

seg mDQVel / 50 , 005 , 0 *001 , 0 * 4** 42 2= = =t t 2000 125010 2 , 005 , 0 * 50 , 0 *Re4< = = =xD Velv Por tanto el flujo es laminar:051 , 0125064= = mgVelDLHrp 026 , 08 , 9 * 25 , 0*05 , 02* 051 , 02* *2 22 1= = =-16- 3)Calcularlapresinquedebedesarrollarunabombaparacombustible(980kg/m3y4 cm/seg), por un conducto cuyo dimetro interno es 305 mm, con un caudal de 60 lt/seg. El conducto tiene una longitud de 1800 m, la cota al inicio del conducto es 85 m y al final 105 m. seg mDQVel / 82 , 0305 , 0 *06 , 0 * 4** 42 2= = =t t 2000 62510 4305 , 0 * 82 , 0 *Re4< = = =xD Velv Por tanto el flujo es laminar:102 , 062564= = mgVelDLHrp 7 , 208 , 9 * 282 , 0*305 , 01800* 102 , 02* *2 22 1= = = / 4 ) 85 105 7 , 20 ( * 980 ) ( *1 2 2 1 2 1cm kgf z z Hrp P P = + = + = 4)Setransportaairecalientea1atmy35Cenunductoplsticocircularde150mde longitud con un caudal de 0,35 m3/seg, Si la prdida de carga en la tubera no debe superar 20m, determine el dimetro mnimo del ducto. Nota:Unaalternativadesolucinseraplantearunsistemade4ecuacionescon4 incgnitas,el cual puede resolverseutilizando el software EES, para tuberas plsticas la rugosidad es casi cero, y considerando flujo turbulento se tiene: "DATOS"caudal=0,35 [m3/s] T1=35 [C] P1 = 101,3 [KPa] L = 150 [m] H = 20 [m] "PROPIEDADES DE AIRE"dens = DENSITY(Air;T=T1;P=P1) visc_din = VISCOSITY(Air;T=T1) visc_cin = visc_din/dens "CALCULOS"Vel = 4*caudal/(pi*(D^2)) Re = Vel*D/visc_cin 1/sqrt(f)=(-2)*log10(2,51/(Re*sqrt(f))) H=f*L/D*(Vel^2)/(2*g#) RESULTADOSD=0,2673 [m] dens=1,145 [kg/m^3] f=0,01796Re=100761Vel=6,238 [m/s] visc_cin=0,00001655 [m2/s] visc_din=0,00001895 [kg/m-s] Se confirma que Re > 4000, por tanto se tiene flujo turbulento -17- 1.4.2 PREGUNTAS 1) Que diferencia bsica existe entre aire atmosfrico y aire neumtico 2) Prepare diagramas termodinmicos T vs. s, para airey argn considerndolos como gases ideales 3) Escriba tres caractersticas que debe poseer un fluido oleohidrulico 4) Que ventajas presentan los aditivos adherentes y anticongelantes? 5) Cite los nombres de tres fluidos oleohidrulicos 6) Escriba tres diferencias clave entre las aplicaciones neumticas y oleohidrulicas 7) Que ventaja principal presentan los convertidores oleoneumticos? 8) Que diferencia bsica existe entre elementos de entraday elementos de control final, para cierto sistema neumtico? 9) Investigue 5 aplicaciones neumticas para el campo de la medicina. 10) Investigue 5 aplicaciones leo hidrulicas para el campo de la industria automotrz. 11) Investigue en que consiste la aplicacin pneumatic mail. 1.4.3 PROBLEMAS PROPUESTOS 1)Prepare diagramas termodinmicos T vs. s, para aire y argn considerndolos como gases ideales. 2)Prepare diagramas termodinmicos T vs. v, para aire y argn considerndolos como gases ideales 3)Expliquequerepresentacadatrminodelaecuacindeestadodegasideal,ysus unidades 4)Escriba3modelosexperimentalesdeEcuacionesdeestado.RepresenteendiagramasP vs. v y T vs. v 5)Que lneas de proceso tipo pueden representarse en una carta psicromtrica? 6)Escriba un procedimiento resumido para el clculo de las prdidas primarias 7)Investigue el Diagrama de Moody y escriba un procedimiento de aplicacin 8)Por una tubera horizontal de fundicin de 250 mm circulan 4 kg/seg de aire a una presin absolutade20atmyaunatemperaturade40C.Suponiendoelaireincompresible, determine la prdida de presin por cada 100 m de tubera. 9)Calculeeldimetronecesariodeunaconduccindeaceitesilasprdidasdepresinno debenexceder1mdecolumnadeaceiteenunalongitudde4,5m,conuncaudalde1 lt/seg. La viscosidad del aceite a 50C es de 1,6 cm/seg. -18- 1.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA

-ROLDAN,J.,(2001).PRONTUARIODENEUMATICAINDUSTRIAL,Paraninfo S.A. -ROLDAN, J. PRONTUARIO DE HIDRAULICA INDUSTRIAL, Paraninfo S.A. -ROCA,F.,(1999).OLEOHIDRAULICABASICADISEODECIRCUITOS, AlfaOmega. -SERRANO, A., (1996). NEUMATICA, Paraninfo S.A. -SPERRY-VICKERS,MANUALDEOLEOHIDRAULICAINDUSTIRAL,935100-A, Editorial Blume. -DANFOSS HYDRAULICS, FACTS WORTH KNOWING ABOUT HYDRAULICS -CENGEL,Y.,yBOLES,M.,(2006).TERMODINAMICA,QuintaEdicin,McGraw Hill Interamericana. -CENGEL,Y.,yCIMBALA,J.,(2006).MECANICADEFLUIDOS.Fundamentosy Aplicaciones, McGraw Hill Interamericana. Software de evaluacin y demos: -Katmar Software, UCONEER: Conversin de unidades en Ingeniera -Cengel, Yunus. EES: Engineering Equation Solver -19- CAPTULO II GENERACIN, TRATAMIENTO Y DISTRIBUCIN DE AIRE COMPRIMIDO Y ACEITE OLEOHIDRAULICO 2.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Manejar procesos de compresin, tratamiento y conduccin en sistemas abiertos (compresores ybombas,filtrosytuberas),condiversosfluidos:aireatmosfrico,airetratado,yaceite hidrulico con la finalidad de definir su aplicacin industrial. 2.2 MARCO TERICO: 2.2.1GENERACINDEAIRECOMPRIMIDOYALIMENTACINDEFLUIDOS OLEOHIDRULICOS 2.2.1.1. Generalidades de compresores. Son mquinas que aspiran el aire ambiente a presin atmosfrica para entregarlo a mayor presin, pueden clasificarse como se muestra: Cuadro 2.1: Clasificacin de compresores Clase de compresorCaractersticas EmboloDeunaetapa:pequeosconregular rendimiento Dedosetapas:grandesconmejor rendimiento, requieren refrigeracin Paletas Tornillo Membrana Centrfugo a)Compresoralternativoapistn.Secomprimemedianteelmovimientoalternativodeun pistnaccionadoporunmecanismobiela-manivela.Lasvlvulasdeadmisinyescapese abrenrespectivamenteenlascarrerasdedescensoyascensodelpistn,permitiendoel ingresoysalidadelaire.Puedenaplicarsevariasetapasdecompresinparamejorarel rendimiento. b)Compresorrotativoatornillo.Lacompresinseefectapordosrotoreshelicoidales engranados contenidos en unacarcasa. Durante la rotacin, los lbulos del rotor se engranan enlosdelotro,desplazandoelaireaxialmenteydisminuyendosuvolumen.Elaireingresa por un extremo y es evacuado por el otro en sentido axial. c) Compresor rotativo a paletas. Consta de una carcasa cilndrica en cuyo interior se monta un rotorexcntrico,formandounacmaradetrabajoenformademedialuna.Estacmarase divideenseccionesporpaletasdeslizantesenranurasradialesdelrotor.Cadadivisin disminuye su volumen durante el giro, desde un mximo en la seccin de aspiracin hasta un mnimo en el escape. -20- Fig. 2.1: Tipos de compresores 2.2.1.2 Compresores centrfugos exentos de aceite a) Caractersticas: Seguro: Proceso, productos y medioambiente libres de contaminacin Simple:Aire 100% exento de aceite = no se necesitan filtros Eficiente:Sin cada de presin en los filtros = menos energa Fig. 2.2: Circuito de aire/aceite/refrigerante de 2 etapas -21- Fig. 2.3: Circuito de aire/aceite/refrigerante de 3 etapas Fig.2.4: Circuito de aire/aceite/refrigerante de 3 etapas Cuadro 2.2: Datos tcnicos2 2 Catlogo Atlas Copco -22- 2.2.1.3 Compresores de tornillo rotativos con inyeccin de aceite Fig. 2.5: Compresor de tornillo rotativo a) Caractersticas incluidas en modelos de serie Filtro de aspiracin de aireArrancadores elctricos integrados Vlvula de aspiracin de aire Amortiguadores flexibles de vibraciones Refrigerador posterior de aceiteSeparador de aire/aceite Sistema de controlSistema de regulacin Separadores de aguaCarrocera insonorizada Filtros de aceiteConexiones de entrada y salida en nico punto Circuito completo de aire/aceite/aguaPatn de acero estructural sin fundaciones Motor de accionamiento IP 55, clase F Ventiladores (tanto para unidades refrigeradas por aire como por agua) Cuadro 2.3: Datos tcnicos3 3 Catlogo Atlas Copco -23- 2.2.1.4 Sistemas para alimentacin de fluido oleohidrulico a)Hidrodinmicasodedesplazamientonopositivo.Comolascentrfugasodeturbina, permiten transferir fluidos donde la nica resistencia a vencer es la debida al peso del fluido y rozamiento.Aunquesuministranuncaudaluniformeycontinuo,sudesplazamiento disminuyecuandoaumentalaresistencia,inclusohastabloquearsusalidaenpleno funcionamiento, por esto tienen un uso reducido en sistemas hidrulicos modernos. b)Hidrostticasodedesplazamientopositivo.Suministranunacantidaddeterminadade fluidoencadacarrera,revolucinociclo.Sudesplazamientoexceptuandolasprdidaspor fugas, no depende de la presin de salida, lo que las hace muy adecuadas para la transmisin de potencia. 2.2.1.5 Bomba de engranajes. Suministra un caudal, transportando el fluido entre los dientes dedosengranajesacoplados.Puedenmanejarpresionesdehasta250bar,lasfugasinternas aceleran su desgaste, noobstante tienen una duracin razonabley poseen mayor toleranciaa la suciedad que otros tipos. Fig. 2.6: Bomba de engranajes 2.2.1.6 Bomba de paletas. Contiene un rotor ranurado (que aloja las paletas) acoplado al eje de accionamiento, el cual gira dentro de un anillo ovalado. Las cmaras de bombeo se forman entre las paletas, rotor y anillo. Puede ser de caudal fijo o variable, con capacidades entre 2,5 y300lt/min.Trabajaapresionesbajasmenoresa140bar,yvelocidadesentre500y3000 rpm. Fig. 2.7: Bomba de paletas -24- 2.2.1.7Bombadepistones.Funcionansegnelprincipiodequeunpistnenmovimiento alternativo dentro de un cilindro, aspirar fluido al retraerse y lo expulsar en su carrera hacia adelante. Sus diseos bsicos son: radial y axial; ambos disponibles con desplazamiento fijo o variable.Seutilizanparapresionesaltas,entre150y700bar,concaudalesentre0,3y250 lt/min, y velocidades de hasta 7000 rpm. Fig. 2.8: Bomba de pistones 2.2.1.8 Conparacin entre diversos tipos de bombas oleohidrulicas Cuadro 2.4: Eficiencia y trabajo de diversos tipos de bombas Cuadro 2.5: Viscosidades mximas admisibles para funcionamiento de bombas Silenciosa Mediano Muy ruidosa Nivel de ruido700 bar 175 bar 275 bar Presin mximaFluidos muy limpiosFluidos calidad mediaFluidos alta suciedadCondicin de trabajoMayor a 98% 95 a 97% 89 a 91% EficienciaBomba de pistonesBomba de paletasBomba de engranajesParmetroSilenciosa Mediano Muy ruidosa Nivel de ruido700 bar 175 bar 275 bar Presin mximaFluidos muy limpiosFluidos calidad mediaFluidos alta suciedadCondicin de trabajoMayor a 98% 95 a 97% 89 a 91% EficienciaBomba de pistonesBomba de paletasBomba de engranajesParmetro6000 Engranajes1300 Pistones axiales860 Pistones radiales860 PaletasViscosidad mxima(cSt)Tipo de bomba6000 Engranajes1300 Pistones axiales860 Pistones radiales860 PaletasViscosidad mxima(cSt)Tipo de bomba-25- 2.2.1.9 Dimensionamiento de bombas oleohidrulicas 400min) / ( * ) () (gal Q psi PHp N =totgal Q psi PHp Pnecq * 400min) / ( * ) () ( =P: Presin mxima de operacin Q: Caudal simultneo necesario de fluido h: Eficiencia total de la bomba N: Potencia del motor de la bomba Pnec: Potencia de salida necesaria de la bomba 2.2.1.10 Tanque reservorio para recirculacin del fluido oleohidrulico4 a) Objetivos: Reservorio del sistema oleohidrulico Enfriador del aceite que retorna antes de su recirculacin Filtro para sedimentos e impurezas Separador de aire y agua Basamento para bombas b) Capacidad: El dimensionamiento del tanque se limita a aproximadamente 3 a 4 vecesla capacidad de la bomba por minuto. Acontinuacinsemuestrandosarreglosrecomendados,laalternativa1seprefierepara incrementar en lo posible la tasa de enfriamiento. Fig. 2.9: Esquemas tanques reservorios de aceite hidrulico5 4 DANFOSS Hydraulics -26- c) Caractersticas Tcnicas:6 Incorporanunatuberadeaceitealrededordelfiltroderetornoyunaplacadeflectorade probado diseo que reducen considerablemente la mezcla de aire en el aceite hidrulico. Llevan un filtro de aspiracin externo montado en una zona protegida para reducir el riesgo de obstruccin Materiales: aluminio y acero inoxidable Fig. 2.10: Modelos de tanques reservorio de aceite hidrulico

5 Catlogo Micro Air 6 Catlogo Sunfab ST 250 -27- 2.2.2 TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO 2.2.2.1 Problemas provocados al no tratar el aire a)Lafuenteprincipaldedeteriorodeloscomponentesneumticoseslautilizacindeaire comprimido no acondicionado adecuadamente. b)Lasimpurezasmscomunesson:condensadosproductodelahumedadambiente, condensados de aceites degradados del compresor, partculas y xidos metlicos desprendidos de tuberas y polvo atmosfrico. Dichas impurezas sern arrastradas por el flujo de aire hacia los puntos de aplicacin provocando: errores de medicin y control, destruccin de materiales transportados, obturacin de orificios, oxidacin de partes internas, atascamientos o desgaste prematuroenelementosmviles,endefinitiva,disminucindeeficienciayvidatildela instalacin. c)Esdecir,noseaconsejautilizarenequiposneumticoselairecomprimidotalcomosale del compresor, siendo necesario un tratamiento previo. 2.2.2.2 Tipos de tratamiento a) A la salida del compresor: a.1) Depsito de acumulacin. Almacena aire, compensa las oscilaciones de presin en la red detuberasamedidaqueseconsumeaire,yregulacargaydescargadelcompresor.Porsu gran superficie exterior, el aire se refrigera adicionalmente. a.2)Refrigeradores.Consistenengeneraldeunserpentnporelcualcirculaelaire comprimido,mientrasqueporelexteriorcirculaelfluidorefrigerante(aireoagua)en contraflujo.Alfinalseubicauncolectordondeserecogenloscondensados(entreun70y 80%). a.3) Separador. Libera el agua que ha condensado al enfriar el aire. b) A la salida del depsito: b.1) Secadores. Se requieren cuando la necesidad de extraer aguayaceite en una red de aire comprimido llega a ser entre 90 y 98%. Los de mayor rendimiento incluyen un circuito de fro (por medio de refrigerante) que en contracorriente con el aire que sale del refrigerador, baja el punto de roco del mismo, con lo cual es prcticamente nula la condensacin del agua. b.1.1)Secadoporabsorcin.Procedimientoqumico,enelcualelairecomprimidopasaa travs de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina qumicamente con sta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante. Estamezcladebeeliminarseregularmentedelabsorbedor,deformamanualoautomtica. Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al ao). As, se separan vapores y partculas de aceite. No obstante, grandes cantidades de aceite si influyen en el funcionamiento, por tanto conviene montar un filtro fino delante de -28- ste.Esdecir,laabsorcinseproducealextraeraceiteempapndolocomounlquido(de igual manera que una esponja absorbe agua lquida en sus poros interiores). Cuadro 2.6: Datos tcnicos7 Aplicaciones tpicas de un secador por absorcin: -Aire para laboratorios, sector agro-alimentario, robtica, telecomunicaciones, lser. -Instrumentacin y regulacin electrnica -Instalaciones de aire comprimido sometidas a temperaturas inferiores a + 3 C -Centrales de hormign, canteras, empresas qumicas y farmacuticas Fig. 2.11: Secador por absorcin b.1.2.)Secadoporadsorcin.Ocurreenlaparteexternadeelementosslidos(fenmeno molecular). Se atraen tomos gaseosos y lquidos mviles o molculas hacia la superficie del mismo debido a fuerzas desequilibradas. 7 Catlogo Prevost -29- c)Enlospuntosdeaplicacin:Filtros,Reguladoresdepresin,Lubricadores,Unidadesde mantenimiento (FRL) c.1)Filtros.Sonnecesarios,ansiexistetratamientodelairealasalidadelcompresoro depsito,paraevitarlapresenciaenlospuntosdeaplicacindepartculasycondensados. Combinanunelementofiltranteyunseparadorcentrfugo,undeflectorimprimealaireun movimiento ciclnico que hace adherir a las paredes, las gotas y partculas, que se recogen en la parte interior para luego ser purgadas. Cuadro 2.7: Clasificacin de la calidad del aire segn ISO 75738 El elemento filtrante puede construirse en bronce sinterizado, malla metlica o cermicos. La capacidad de filtrado se expresa en micrones, e indica el tamao de la mnima partcula capaz deretenerysueleccindependerdelacalidaddeairerequerido(5,30,50m,etc.).El drenaje de condensados podr realizarse en forma manual o automtica (flotador, descenso de presin, servocomando por piloto). Fig. 2.12: Filtro con purga 8 NORGREN. Gua para el tratamiento del aire -30- Cuadro 2.8: Tamaos de algunas partculas de la naturaleza9 Cuadro 2.9: Niveles de filtracin recomendados para diversas aplicaciones industriales 9 NORGREN. Gua para el tratamiento del aire -31- Cuadro 2.9: Niveles de filtracin recomendados para diversas aplicaciones industriales (continuacin) c.2)Reguladores.Mantienenunapresindetrabajoconstanteenlosequipos, independientementedelconsumoydelapresindelalnea.Evitanconsumosintilespor exceso de presin en los equipos. -32- Fig. 2.13: Regulador de presin y Lubricador c.3)Lubricadores.Permitenengrasarolubricarloselementosneumticosmviles(para garantizar su rendimiento y vida til), mezclando el aire comprimido con una tenue neblina de aceite que es arrastrada por todo el circuito neumtico. c.4)Unidadesdemantenimiento(Gruposdeaccionamientodeaire).Combinanelementos para filtrado, regulacin de presin y lubricacin. Fig. 2.14: Unidad de mantenimiento FRL, c/manmetro y descarga manual de condensados -33- Fig. 2.15: Instalacin tpica tratamiento de aire10 10 Catlogo Micro Air -34- 2.2.3 TRATAMIENTO DEL FLUIDO OLEOHIDRAULICO 2.2.3.1 Filtrado En sistemas oleohidrulicoas, el filtro puede situarse en: lnea de aspiracin, en la de presin o enretorno.Confrecuenciaseinstalanenladeaspiracin,fueradeldepsitocercadela entrada de la bomba. Los filtros en la lnea de presin pueden captar partculas ms pequeas que los de aspiracin, pueden instalarse en las vlvulas. Losderetorno,tambinretienenpartculasmuyfinasantesdequeelfluidoregreseal depsito. Son obligatorios en sistemas con bombas de alto rendimiento con holguras finas. Cuadro 2.10: Tamaos de algunas partculas11 Tamao(micras)Lmite de la visibilidad para la vista humana 40Clulas blancas de la sangre 25Clulas rojas de la sangre 8Bacterias 2Partculas Unamallafiltrantetieneunvalornominalsegnsufinura,establecidaporsunmerode malla.UnvaloraltodenmerodemallaosuequivalenteASTMsereferirsiempreauna malla fina. Cuadro 2.11: Tamaos de malla para filtrado oleohidrulico # AberturaASTM (micras)50 29770 210100 149140 105200 74270 53325 4410Mallas por cm78,74106,4127,1620,6128,5239,7656,24 11 SPERRY-VICKERS, Manual de de Oleohidrulica industrial -35- 2.2.4 DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO Eltrazadoderedesdedistribucindebecorresponderalaubicacindelospuntosde aplicacin,ypuederealizarsesegndosdisposiciones:encircuitocerradoyencircuito abierto. En toda red de distribucin se pueden diferenciar tres tipos de tubera: a) Principal:Aquella que parte del compresory/o depsitoy conduce latotalidad del caudal de aire comprimido. b)Secundarias:Aquellasquesederivandelaprincipalysedistribuyensobrelasreasde trabajo. c)Deservicio:Sedesprendendelassecundariasysonlasquealimentanalosequipos neumticos. Cuadro 2.12: Velocidad recomendada para aire en tuberas12 Tramo/tipo de tuberaVelocidad permisible (m/s) Principales y secundarias (pequea y mediana extensin)2,3 a 10 Principales para larga distancia 5 a 6 Alimentacin a mquina25 Tuberas que unen diversos aparatos (pequea distancia)50 Mangueras de toma de aire15 a 20 Mangueras largas utilizadas en obra5 a 6 Fig. 2.16: Trazado de redes de distribucin 12 Roldn J., Prontuario de Neumtica Industrial CIRCUITO ABIERTOCIRCUITO CERRADO-36- Cuadro 2.13: Prdida de carga admisibles en tuberas para una presin inicial de 7 bar13 Porcentaje admitido (%) Longitud distribucin (m) DP mx por cada m de tubera (mbar) 1 a 1,5Hasta 502,4 a 2 1,5 a 2.550 a 1002 a 1,75 2,5 a 4100 a 2501,75 a 1,12 4 a 6250 a 5001,12 a 0,84 6 a 10500 a 1.0000,84 a 0,70 10 a 131.000 a 2.0000,70 a 0,45 13 a 142.000 a 3.0000,45 a 0,33 14 a 153.000 a 4.0000,33 a 0,26 2.2.4.1 Frmulas para clculo de dimetros de tubera Para aplicaciones neumticas tpicas: Para aplicaciones de gran caudal: Q: Caudal (lt/min) S: Seccin equivalente (mm) P1: Presin de alimentacin (bar) P2: Presin de salida (bar) DP: (P1-P2) (bar) Q: Temperatura del fluido (C) Cuadro 2.14: Velocidades recomendadas para conduccin de diversos fluidos en tuberas14 13 Roldn J., Prontuario de Neumtica Industrial 14 Rosaler, R., Manual del Ingeniero de Planta. Tomo III. 300 100 Vapor sobrecalentado por arriba de los 15C (25 F)200 65 Vapor a presin mayor de 2 bar (25 psi)150 50 Vapor hmedo a baja presin15 5 Aire y otros gases de una sola fase12 4 LquidosVel. mx. (pie/s) Vel. mx. (m/s) Fluido a conducir300 100 Vapor sobrecalentado por arriba de los 15C (25 F)200 65 Vapor a presin mayor de 2 bar (25 psi)150 50 Vapor hmedo a baja presin15 5 Aire y otros gases de una sola fase12 4 LquidosVel. mx. (pie/s) Vel. mx. (m/s) Fluido a conducir)) 273 /( 273 ( * ) ) )( 2 ( * ) ( ( * ) ( * 2 , 2 min) / (2O + + A = bar Patm P bar P mm S lt Q)) 273 /( 273 ( * ) )( 1 ( * ) ( * 1 , 11 min) / (2O + + = bar Patm P mm S lt Q-37- 2.2.4.2 Algunas recomendaciones para el montaje de tuberas de aire comprimido Elegirlosrecorridosmscortos,evitandoenloposiblecambiosbruscosdedirecciny reducciones de seccin, para tener mnimas prdidas de carga. Tratarquelatuberacirculeenformaarea;parafacilitartareasdeinspecciny mantenimiento.Evitartuberassubterrneas,puesladificultaddeevacuarcondensados, podra facilitar la corrosin. Considerar que puedan ocurrir posibles variaciones de longitud producidas por dilatacin trmica, sin tensiones ni deformaciones. Evitar que las tuberas estn en contacto con conducciones elctricas. Dimensionarlastuberasparaquepuedansoportarfuturasampliacionessinexcesivas prdidasdecarga.Elcostoadicionaldetuberaalgosobredimensionadapuederesultar insignificante frente a un gasto de renovacin de tubera. Inclinar las tuberas con una pendiente de 3%, en el sentido del flujo de aire y colocar en su extremo ms bajo una purga, para evitar la acumulacin de condensado. Colocar vlvulas de corte en los ramales principales y secundarlos, as como en los puntos deaplicacin,parafacilitarreparacionesymantenimiento,sinparalizartodala instalacin. Las tomas de aire de servicio o deben realizarse siempre por la parte superior de la tubera de la red, para evitar que los condensados puedan fluir hacia los equipos neumticos. Instalartomasyconexionesenlasbajanteslateralmente,colocandopurgasenlaparte inferior. Instalar filtros, reguladores y lubricadores (FRL) en los puntos de aplicacin. 1.4. PREGUNTAS Y PROBLEMAS Fig. 2.17: Purgas y tomas de servicio -38- 2.2.5 DISTRIBUCIN DE FLUIDOS OLEOHIDRAULICOS 2.2.5.1. Frmulas para clculo de dimetros de tubera para fluidos oleohidralicos Eltrazadoderedesdedistribucindebecorresponderalaubicacindelospuntosde aplicacin,ypuederealizarsesegndosdisposiciones:encircuitocerradoyencircuito abierto. Se recomienda velocidad muy baja para la lnea de succin o aspiracin porque all la cada de presin admisible es muy pequea, as: Lnea de succin:Velocidad mxima admisible: 0,5 a 1,6 m/seg. Lnea de presin:Velocidad mxima admisible: 3 a 11 m/seg. Lnea de retorno:Velocidad mxima admisible: 2 a 5 m/seg. Q: Caudal (lt/min) S: Seccin equivalente (cm) V: Velocidad de flujo (m/s) 2.2.5.2 Clasificacin de tuberas por su nmero de cdula15 Cuadro 2.15: Dimensiones de tuberas comerciales Tamao Dimetronominal externo SCH 40 SCH 80(plg) (plg) Estndar Extragrueso1/8 0,405 0,269 0,2151/4 0,540 0,364 0,3023/8 0,675 0,493 0,4231/2 0,840 0,622 0,546 0,4663/4 1,050 0,824 0,742 0,6141 1,315 1,049 0,957 0,8151 1/4 1,660 1,38 1,278 1,161 1/2 1,900 1,61 1,500 1,3382 2,375 2,067 1,939 1,6893 3,500 3,068 2,900 2,6244 4,500 4,026 3,826 3,624 3,4385 5,563 5,047 4,813 4,563 4,3136 6,625 6,065 5,761 5,501 5,1898 8,625 8,125 7,981 7,813 7,625 7,189 6,81310 10,750 10,250 10,020 9,750 9,564 9,064 8,50012 12,750 12,250 11,934 11,626 11,376 10,750 10,126Dimetro interno (plg)SCH 20 SCH 60 SCH 120 SCH 160 15 SPERRY-VICKERS, Manual de de Oleohidrulica industrial ) / ( * 6min) / () (2s m Vellt Qcm S =-39- 2.2.5.3 Seleccin de mangueras flexibles16 Estas se utilizan cuando las lneas hidrulicas estn sometidas a movimiento o vibraciones. Se fabrican con capas de caucho sinttico y trenzado de tejido o alambre, lo cual permite soportar presiones ms altas. Su capa interna debe ser compatible con el fluido utilizado. Lasnormasindustrialesrecomiendanfactoresdeseguridaddeentre4y8,enfuncindela presin a soportar. Cuadro 2.16: Factores de seguridad Factor de seguridadPresin de funcionamiento (Kgf/cm) 8Menos de 70 670 a 175 4Ms de 175 Cuadro 2.17: Dimensionamiento de mangueras para presin de trabajo 80 a 70 Kgf/cm) Caudal (lt/min) Tamao nominal (plg) SCHDimetro externo (plg) Espesor de la pared (mm) 41/8800,9 5,51/8805/160,9 12803/80,9 243/8801,0 49805/81,25 80807/81,8 1361801 2,75 2321 801 3,0 Cuadro 2.18: Dimensionamiento de mangueras para presin de trabajo 80 a 70 Kgf/cm) Caudal (lt/min) Tamao nominal (plg) SCHDimetro externo (plg) Espesor de la pared (mm) 10803/81,5 243/8805/82,4 40803,0 728013,75 1201801 4,6 1681 1601 5,6 16 SPERRY-VICKERS, Manual de de Oleohidrulica industrial ento funcionami de esinruptura de esinseguridad de FactorPrPr=-40- 2.2.6REGLAMENTOSPARAELDISEOYCONSTRUCCINDESISTEMASDE TUBERA LossistemasdetuberadebendisearseyconstruirsedeacuerdoconunaseccindelCode forPressurePipingB31delaAmericanSocietyofMechanicalEngineers(ASME).Este reglamento especifica: materiales cuyo servicio se ha probado durante mucho tiempo; niveles permisibles de esfuerzo para todos los materiales, incluyendo factores de seguridad; mtodos de fabricacin e instalacin, as como requisitos de inspeccin, examen y prueba. Elreglamentopuedeservircomobaseparallegaraunacuerdoentrediseadoreinstalador, en relacin con los detalles tcnicos del trabajo de instalacin. El reglamento se reconoce como una norma industrial que proporciona una base de proteccin contra la responsabilidad legal en relacin con diseo e instalacin. Cuadro 2.19: Secciones del Cdigo ASME para diseo e instalacin de tuberas para diversas aplicaciones SeccinTuberas para diversas aplicaciones ASME B31.1Tubera para lneas de energa ASME B31.3Tubera para procesos qumicos y refineras de petrleo ASME B31.4Sistemas de transportacin de lquidos para hidrocarburos, gaslquidoderivadodelpetrleo,amoniacoanhidroy alcoholes ASME B31.5Tubera para refrigeracin ASME B31.8Sistemas de tuberas para transmisin y distribucin de gas ASME B31.9Tubera para servicios en edificios ASME B31.11Sistemas de tubera para transportacin de pastas aguadas La mayora de tuberas para procesos deben construirse de acuerdo con B31.3. Lneas de aire dehasta10bar(150psi)y93"C(200F),devapordehasta8.5bar(125psi)ylquidosde hasta20bar(300psi)yatemperaturasdesde-18C(0F)hasta177C(350F)deben construirsedeacuerdoconB31.9paratamaosdetubodehastaDN600ydehasta12.5cm (0.5 in) de espesor de pared cuando se empleen como tubera para servicios en edificios. Cuando la tubera opera dentro de estos parmetros y se encuentra ubicada en una refinera o planta qumica, podr disearse e instalarse como una tubera B31.3 categora D. Las tuberas de vapor y agua que operen arriba de estas temperaturas deben construirse de acuerdo con la norma B31.1 cuando su vida de diseo sea mayor a 25 aos; de otra forma, tales tuberas en plantas de proceso deben construirse de acuerdo con la norma B31.3. Las tuberas para otros lquidos no inflamables y no txicos, as como para gases con presiones de hasta 20 bar (300 psig) y 121C (250F) deben construirse segn B31.3 categora D. -41- 2.2.7COLORESDESEALIZACINDECONDUCCIONESDEFLUIDOSSEGN DIN 2403 17 Cuadro 2.20: Colores de seguridad para tuberas con diversos fluidos Fluido conducidoGrupoColor Agua1Verde Vapor2Rojo Aire3Azul Gas combustible4Amarillo Gas no combustible5Amarillo Acidos6Naranja Sosas7Violeta Lquidos combustibles8Marrn Lquidos no combustibles9Marrn Vaco0Gris 2.2.8COLORESDESEALIZACINPARARECIPIENTESCONDIVERSOS GASES 18 Cuadro 2.21: Colores de seguridad para recipientes de gases a presin Gas almacenadoSmboloColor Oxgeno industrialO2Verde AcetilenoC2H2Rojo ArgnArNegro Dixido de carbonoCO2Gris HelioHeMarrn NitrgenoN2Amarillo 17 Roldn J., Prontuario de Neumtica Industrial 18 AGA, Catlogo de electrodos y gases -42- 2.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE Bomba hidrulica.Equipo que convierte el movimiento mecnico en energa hidrulica y se la entrega al fluido de trabajo. Cartucho. Vlvula o filtro que puede ser instalada al interior de un bloque. Circuito. Recorrido completo que realiza un fluido en un sistema neumtico o hidrulico. Compresordevariasetapas.Equipocondosomsfasesdecompresinenelcualla descarga de cada una alimenta a la siguiente etapa. Filtro.Dispositivoquepermiteretenerenunmedioporosoloscontaminantesinsolublesde un fluido. Lnea de aspiracin. Lnea hidrulica que conecta el depsito o reservorio con la entrada de la bomba. Lneadepresin.Lneahidrulicaqueconectalasalidadelabombaconlasentradasde presin de los actuadores. Lnea de retorno. Lnea hidrulica que conecta la salida del actuador con el depsito. Manifold. Dispositivo conductor que presenta muchos orificios internos para conexin. Purga. Dispositivo para extraer el fluido presurizado, y as eliminar impurezas retenidas. Restriccin. Reduccin de la seccin transversal de una lnea que produce cada de presin o reduccin de caudal. SCFM. Unidad de medicin para caudales de aire (Standard cubic feet per minute). Vaco. Presin inferior a la atmosfrica. Vlvula. Aparato que sirve para controlar direccin, presin o caudal para cierto fluido. Vlvuladecierre.Vlvulaquefuncionacompletamenteabiertaocerrada.Sirvepara interrumpir la circulacin de fluido. Vlvula de cuatro vas. Vlvula direccional de control que permite conectar alternativamente con la entrada de presin o hacia la salida del depsito, las conexiones de cierto componente. Vlvuladeregulacin.Vlvulaaccionadaporpresinquesirveparacontrolarylimitarla presin del sistema, independientemente de la presin de entrada. Vlvuladeseguridad.Vlvulaaccionadaporpresinquesirveparaeliminarexcesosde presin hacia la atmsfera. -43- 2.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 2.4.1 PROBLEMAS RESUELTOS 1)Determinelapotenciadesalidaenunabombaquedebeimpulsaraceiteaunapresin mxima de 400 psi, con un caudal total de 50 GPM, y eficiencia de 0,8. Cul ser la potencia requerida en el motor?. Hptotgal Q psi PHp Pnec 5 , 628 . 0 * 40050 * 400* 400min) / ( * ) () ( = = =q Hpgal Q psi PHp N 5040050 * 400400min) / ( * ) () ( = = = 2) Usando el software EES, investigue si es posible conducir aire neumtico a presin de 100 psig, y temperatura de 18C, con un caudal de 1045 GPM, al interior de una tubera de acero negrosincostura,ASTMA53,cdula40,dimetro2plg,conrugosidaddefbrica,conun recorrido de 1100 m de longitud sin elevaciones considerables. Datos de entrada: Enestecaso,noseespecificavelocidadespermisibles,yseintentaanalizarsiesposible conducir a 100 psig, 1045 GPM de aire. -44- Resultados: UsandoelmtodoDarcyWeisbach,seobservaqueparaunflujode1045GPM,lacadade presinesmuyalta228psi,muchomayorquelapresindesuministro,portantoes imposible, esto se confirma al comparar la velocidad de conduccin que en este caso es de 30 m/seg, que es mucho mayor que la permisible. Si el flujo a conducir fuese de188 GPM, lacada de presinsera de 8 psi (alrededor de un 8% de cada de presin), lo cual es aceptable, y se puede comprobar al comparar la velocidad deconduccinqueparaestascondicionesesde5,5m/seg,queestenelrangodelas permisibles. -45- 2.4.2 PREGUNTAS 1) En que consiste la configuracin interna de un compresor de tornillo? 2)Quebombasserecomiendanparausarseenoleohidrulica,lashidrostticasolas hidrodinmicas. Porque? 3)Quebombasserecomiendanparausarseenoleohidrulica,lashidrostticasolas hidrodinmicas. Porque? 4) Porqu a las bombas hidrostticas, se las conoce como de desplazamiento positivo? 5) Que ventajas presenta la bomba de pistones sobre una de engranajes ?. 6) Con que parmetros se especifica un filtro de aire comprimido?. Cite un ejemplo. 7) Que problemas podran ocurrir si no se trata al aire comprimido?. 8) Que es una unidad FRL?. Realice un diagrama real y otro con smbolos normalizados. 9) Mencione 3 recomendaciones para el montaje de tuberas de aire comprimido 10) Investigue la frmula de Renouard para gases. 11) Porqu las velocidades mximas permisibles son mayores en vapores sobrecalentados que en lquidos. 12)Porqulasvelocidadespermisiblesparaaceiteshidrulicossonmayoresenlneade presin que en lnea de succin?. 2.4.3 PROBLEMAS PROPUESTOS 1)InvestigueusandocatlogosdeInternet,acercadelosrangosdecapacidadquetienenlos diversos tipos de compresores de aire. 2) Investigue usando internet acerca del uso de aletas en tanques para aceite hidrulico. 3) Con ayuda de un grfico, explique el funcionamiento de un regulador de presin, pilotado por aire. 4) Escriba 3 diferencias entre circuitos de tubera cerrados y abiertos. 5) Determine el dimetro mnimo requerido para una lnea de presin para aceite hidrulico, considerando una velocidad mxima admisible de 6 m/seg y un caudal de 75 GPM. Verifique su respuesta usando nomogramas. 6) Usando software Pipeflo, determine Re, prdidas de presiny dimetro, para una lnea de tubera de presin de gran longitud, que conduce cierto caudal de aceite hidrulico. -46- 2.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA

-ROLDAN,J.,(2001).PRONTUARIODENEUMATICAINDUSTRIAL,Paraninfo S.A. -ROLDAN, J. PRONTUARIO DE HIDRAULICA INDUSTRIAL, Paraninfo S.A. -SERRANO, A., (1996). NEUMATICA, Paraninfo S.A. -DANFOSS HYDRAULICS, FACTS WORTH KNOWING ABOUT HYDRAULICS -ATLASCOPCO,Compresoresdeaire:SerieGA11a3760Hz.Compresores rotativos de tornillo 21 107 l/s. -ATLAS COPCO, Compresores de aire: Serie GA 200 50 Hz. Compresores rotativos de tornillo 53 97 l/s. -ATLAS COPCO, Compresores deaire: Serie GAPack. Compresores de tornillo con inyeccin de aceite, silenciados, totalmente automticos -ATLAS COPCO, Libro de instrucciones para compresores estacionarios: GA 30 y GA 37 Pack. -ATLAS COPCO, Catlogo: Refrigeradores posteriores por aire y agua. Modelos TD y HD -FESTO. Programa bsico, Edicin 01-03 -FESTO PNEUMATIC. Programa de Fabricacin, 050377E -AUTOMACIN MICROMECNICA S.A.I.C., Catlogo general: MICRO -FPC: Fluid Power Components S.r.l., Pneumatic Automation Product Range -HSC: Hydraulic Supply Company. Stock Products. Catalog SPC-09-2006 -PREVOST, Secadores por absorcin Alaska -SPERRY-VICKERS,MANUALDEOLEOHIDRAULICAINDUSTRIAL,935100-A, Editorial Blume Software de evaluacin y demos: -Katmar Software, UCONEER: Conversin de unidades en Ingeniera -Cengel, Yunus. EES: Engineering Equation Solver -47- CAPTULO III DISPOSITIVOS ACTUADORES NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS 3.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Reconoceryseleccionartcnicamentediversostiposdeactuadorestantolinealescomo rotantescondiversosfluidos:aireyaceitehidrulico,conlafinalidaddeevaluarfuerzas ejercidas, para aprovecharlas en aplicaciones industriales. 3.2 MARCO TERICO: 3.2.1 ACTUADORES NEUMTICOS LINEALES 3.2.1.1 Cilindros de simple efecto. Permiten realizar trabajo mecnico en un slo sentido de movimiento,suretornoloalcanzaporunafuerzaexternaoporlareaccindeunresorte opuesto a la direccin del movimiento instalado al interior del cilindro. Posee una sola entrada de aire comprimido. Fig. 3.1. Cilindros de simple efecto a) Fuerza ( F ) desarrollada por un cilindro simple efecto con retorno por muelle: D: Dimetro del mbolo d: Dimetro del vstago S: Seccin del mbolo s: Seccin del vstago P: Presin de funcionamiento L: Longitud de carrera efectiva R: Rendimiento del cilindro,para cilindros con D < 40 mm , R = 0,85 para cilindros con D > 40 mm , R = 0,95 n: Nmero de ciclos por minuto Fm: Fuerza de resorte en (Kgf) t: Tiempo que tarda el cilindro en efectuar su carrera Fm R cm Kg P cm S Fm Rcm Kg P cm DKg F = = * ) / ( * ) ( *4) / ( * ) ( *) (2 22 2 2t-48- b) Consumo de aire ( C ) en un cilindro simple efecto: 3.2.1.2 Cilindros de doble efecto. Permiten realizar trabajo mecnico en sus dos sentidos de movimiento,paralocualposeendosentradasparaairecomprimidoubicadasenlosdos extremos del cilindro, por tanto se obtiene fuerza til en sus dos recorridos. Estas fuerzas no son iguales, puesto que sus reas efectivas a ambos costados del pistn, tampoco lo son. Fig. 3.2. Cilindros de doble efecto a) Fuerza ( F ) desarrollada por un cilindro doble efecto: Fuerza de avance. Cuando el aire acta sobre la cara del mbolo opuesta al vstago:: Fuerza de retroceso. Cuando el aire acta sobre la cara del mbolo que contiene el vstago: b) Consumo de aire ( C ) en un cilindro doble efecto: Permitencalcularelcaudalconsumidoporcilindros,sinconsiderarconsumosdetuberasy otroselementosneumticos,estosconsumosadicionalesseestimanentre20%y30%del consumo de los cilindros. R cm Kg P cm S Rcm Kg P cm DKg F * ) / ( * ) ( *4) / ( * ) ( *) (2 22 2 2= = t| || | R cm Kg P cm s S Rcm Kg P cm d DKg F * ) / ( * ) ( *4) / ( * ) ( *) (2 22 2 2 == t| || |4000* ) / ( ) ( * ) ( * ) ( 2 *min) / () () / ( ) ( * ) ( * ) ( * 0471 , 0min) / (2 2 2 22 2 2 2n cm Kg Patm P cm L cm d Dlt Cseg tcm Kg Patm P cm L cm d Dlt C+ =+ =t) () / ( ) ( * ) ( * ) ( * 0471 , 0min) / (2 2 2seg tcm Kg Patm P cm L cm Dlt C+=4000* ) ( ) ( * ) ( * ) ( *min) / (2 2n bar Patm P cm L cm Dlt C+= t-49- Cuadro 3.1: Fuerza de avance y fuerza a restar para retroceso en cilindros de diversos tamaos Dimetro Dimetrocilindro vstago(mm) 1 5 7 10 (mm) 1 5 7 106 2,8 14,1 19,8 28,3 4 1,3 6,3 8,8 12,68 5,0 25,1 35,2 50,3 6 2,8 14,1 19,8 28,310 7,9 39,3 55,0 78,5 8 5,0 25,1 35,2 50,312 11,3 56,5 79,2 113,1 10 7,9 39,3 55,0 78,514 15,4 77,0 107,8 153,9 12 11,3 56,5 79,2 113,116 20,1 100,5 140,7 201,1 16 20,1 100,5 140,7 201,120 31,4 157,1 219,9 314,2 20 31,4 157,1 219,9 314,225 49,1 245,4 343,6 490,9 25 49,1 245,4 343,6 490,932 80,4 402,1 563,0 804,2 32 80,4 402,1 563,0 804,240 126 628 880 1257 40 125,7 628,3 879,6 125750 196 982 1374 196363 312 1559 2182 311780 503 2513 3519 5027100 785 3927 5498 7854125 1227 6136 8590 12272160 2011 10053 14074 20106200 3142 15708 21991 31416Fuerza a restar paraA diversas presiones (bar) A diversas presiones (bar)Fuerza de avance (N)retroceso (N) La velocidad media del mbolo en los cilindros estndar se recomienda entre 0,1 y 1,5 m/s. Cuadro 3.2: Tamaos normalizados y carreras en cilindros neumticos Dimetro Dimetro Fuerza neta Longitudes de carrerapistn vstago (N) normalizadas(mm) (mm) a P =6 bar (mm)6 - 15 10, 25, 40, 8012 4 60 10, 25, 40, 80, 140, 20016 6 106 10, 25, 40, 80, 140, 200, 30025 10 260 25, 40, 80, 140, 200, 30035 12 509 70, 140, 200, 30040 16 665 40, 80, 140, 200, 30050 18 1039 70, 140, 200, 30070 22 2037 70, 140, 200, 300100 25 4156 70, 140, 200, 300140 30 8146 70, 140, 200, 300200 40 16625 70, 140, 200, 300250 50 25977 70, 140, 200, 300 -50- 3.2.1.3 Sensores de proximidad para cilindros doble efecto. Para su funcin el detector de proximidadnecesitaunimnpermanenteenelmbolodelactuador.Elsensorsincontacto estcompuestoporresistenciasdependientesdeuncampomagnticoygeneraunatensin cuandoseacercaelimndelmbolo.Unsistemalgicoacopladoalevalaelsucesoy emite una seal de salida. Fig. 3.3. Sensores de proximidad 3.2.1.4.Msculoneumtico.Estosdispositivosmecnicosintentanparecersealmsculo biolgicodelhombre,elcualposeeunaaltarelacinmasa/rendimiento,locualelpermite realizar una gran variedad de movimientos, con mucha agilidad y suavidad. Fig. 3.4. Msculo neumtico Unmsculoneumticoesesencialmenteuntuboflexibledegoma(uotrotipodematerial elstico) que al aplicar presin aumenta de volumen y ejerce una gran fuerza lo cual permite utilizarlo en: sujecin de piezas, prensas, pinzas, entre otros. La longitud nominal del msculo neumtico se define sin presin y sin carga. La longitud corresponde al largo de la membrana visible entre las sujeciones. El msculo se expande si se aplica una fuerza exterior. Al aplicar presin, el msculo se contrae (lo que significa que la longitud til se reduce). a) Caractersticas tcnicas:19 -Fuerza inicial hasta 10 veces superior a la de un cilindro convencional del mismo dimetro -Gran dinamismo, incluso con grandes cargas -Sin partes mecnicas mviles en sentidos opuestos 19 Festo Didactics -51- -Sin tirones, tambin al ejecutar movimientos muy lentos -Accionamiento sencillo mediante presin, sin detector de recorrido -Separacin entre el fluido de funcionamiento y la atmsfera -Ideal para aplicaciones expuestas a polvo y suciedad -Estructura robusta -Liviano -Hermtico b)Fuerza ( F ) desarrollada por un msculo neumtico: p P f F * * = donde: F: Fuerza desarrollada por el msculo f: Brazo de la fuerzaP: Carga P: Brazo de la carga Esta relacin muestra cmo es posible obtener grandes fuerzas con carreras cortas. c)Aplicaciones mecnicas industriales:20 20 IMANI, N.I., Festo Didactics. -52- 3.2.2 ACTUADORES NEUMTICOS ROTANTES 3.2.2.1Actuadorrotanteneumtico.Permiteobtenerunmovimientorotanteparcialcon caractersticas de control y velocidad similares a las de cilindros neumticos. La velocidad se puedecontrolarindependientementeenambossentidosconelflujodeaire.Elpartorsorse regula con la presin de aire. Fig. 3.5. Actuador rotante neumtico -53- 3.2.2.2 Actuadores rotantes neumticos aplicados para cierre y apertura de vlvulas Fig. 3.6. Actuador rotante neumtico para apertura/cierre de vlvulas a) Caractersticas: Presin de suministro:40 to 120 psig Torque de salida:Doble efecto hasta 27,624 Lbf plg Resorte para retorno hasta 10,155 Lbf plg 3.2.2.3 Motores neumticos Pueden clasificarse en dos grupos: motores de paletasy de pistones radiales: a)Caractersticasdemotoresdepaletas.Puedenalcanzarpotenciasdehasta3,5KWy velocidadesenvacoentre400y20000rpm.Lostorquesdesalidaapotenciamxima alcanzan los 22 Nm. b) Caractersticas de motores de pistones radiales. Funcionan bajo el principio de un motor de combustin interna tpico. Alcanzan potencias de hasta 10 KW, con velocidades de giro en vaco entre 400 y 9000 rpm. c) Ventajas frente a los motores elctricos. -Insensible al calor, polvo, humedad y vibraciones -No presenta ningn riesgo de trabajo en ambientes explosivos -Puede sobrecargarse hasta pararse completamente. -54- 3.2.3 ACTUADORES LINEALES OLEONEUMTICOS21 3.2.3.1 Cilindros oleoneumticos Son cilindros de alimentacin neumtica con un sistema de control de velocidad mediante un circuitocerradodeaceiterecabadoenelinteriordelvstago.Sepuedeobtenerregulaciones de la velocidad con presin en ambos sentidos y aadiendo las vlvulas skip y stop, es posible obtener mayor velocidad o parar en cualquier posicin. Fig. 3.7. Actuador lineal oleoneumtico a) Caractersticas tcnicas Fludo:Aire filtrado y lubricado Fludo de control:Aceite hidrulico Presin de trabajo:1 10 bar Temperatura de trabajo:-10C + 80C Velocidad:70 6000 mm/min Pistn con anillo magntico:Incorporan un anillo magntico para detectar su posicin Dimetros:50 y 63 mm Recorridos estandar:50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 AcontinuacinlaFig.3.8,muestraelefectodelapresindetrabajosobrelafuerzayel consumo de aire en dichos cilindros. 21 Catlogo Tecnautomat -55- Fig. 3.8. Fuerza y consumo de aire en actuadores oleoneumticos 3.2.3.2Convertidoresoleoneumticos.Consistenenuncilindrosinvstagoyunmbolo que se mueve al interior del mismo impulsado por el aire comprimido, mientras que la cmara opuesta contiene aceite. 3.2.3.3 Otros actuadores especiales Cuadro 3.3: Actuadores para aplicaciones especiales -56- 3.2.4 ACTUADORES HIDRULICOS LINEALES 3.2.4.1 Cilindros simple efecto, tipo buzo. Son muy sencillos, tienen una sola cmara para el fluido, en su mayora trabajan en forma vertical y el retorno se efecta por la gravedad. 3.2.4.2 Cilindros simple efecto,tipo telescpico.Se utiliza cuando su longitud comprimida tienequesermenorqueladeuncilindroestndar.Puedencontenerhasta4o5camisas.Se aplicanparagrandesdesplazamientosyenequiposmviles(elevacindevolquetesy camiones) 3.2.4.3Cilindrosdedobleefecto.Seaccionanenambossentidos,portantopuedenejercer fuerza en sus dos sentidos de movimiento. Son muy utilizados en sistemas oleohidrulicos. 3.2.4.4 Velocidad de un cilindro hidrulico: 3.2.4.5 Fuerza ( F ) desarrollada por un cilindro hidrulico simple efecto: 3.2.4.6 Fuerza ( F ) desarrollada por un cilindro hidrulico doble efecto: Cuando el fluido acta sobre la cara del mbolo opuesta al vstago (Fuerza de avance): Cuando el fluido acta sobre la cara del mbolo que contiene el vstago (Fuerza de retorno): D: Dimetro del mbolod: Dimetro del vstago S: Seccin del mbolos: Seccin del vstago P: Presin funcionamientoL: Longitud carrera R: Rendimiento del cilindro 3.2.4.7. Capacidad de los cilindros. Se determina por su tamao y su resistencia a la presin. Lamayorallevanvstagonormalizado,peroademssedisponenvstagospesadosy extrapesados. R cm Kg P cm S Rcm Kg P cm DKg F * ) / ( * ) ( *4) / ( * ) ( *) (2 22 2 2= = t| || | R cm Kg P cm s S Rcm Kg P cm d DKg F * ) / ( * ) ( *4) / ( * ) ( *) (2 22 2 2 == tR cm Kg P cm S Rcm Kg P cm DKg F * ) / ( * ) ( *4) / ( * ) ( *) (2 22 2 2= = t) ( * 6min) / (min) / (cm pistn Arealt Caudalm Vel =-57- Cuadro 3.4: Fuerzas obtenidas con cilindros oleohidrulicos de diversos tamaos Dimetrocilindro (plg) Avance Retorno Avance Retorno Avance Retorno1 Normal 532 1596 21281 3/8 Pesada 374 1123 14981 Normal 931 2793 37241 3/8 Media 773 2320 30941 3/4 Pesada 567 1701 22681 3/4 Normal 2292 6877 91702 Media 2124 6373 84962 1/2 Pesada 1720 5178 69042 Normal 3724 11172 148962 1/2 Media 3325 9975 133003 1/2 Pesada 2261 6783 90442 1/2 Normal 5271 15813 210843 1/2 Media 4210 12631 168424 Pesada 3545 10635 141823 1/2 Normal 9170 247510 360804 1/2 Media 7750 23208 310245 1/2 Pesada 6981 17944 23926Nota: Para cilindros doble vstago use para clculos la fuerza de retorno8 11343 34030 453746 6380 19141 255225 4434 13303 177384 2835 8505 113402 1/2 1109 3327 4436105 Kgf/cm 140 Kgf/cmFuerza (Kgf)710 2130 2840Dimetrovstago 235 Kgf/cm(plg) Cuadro 3.5: Efectos sobre la aplicacin de los cilindros oleohidrulicos al variar caudal de entrada o presin CambioVelocidadEfecto sobre la presin de trabajo Fuerza disponible Aumento de presin Disminucin de presin Aumento de caudal Disminucin de caudal sin efecto sin efecto aumenta diminuye sin efecto sin efecto sin efecto sin efecto aumenta disminuye sin efecto sin efecto 3.2.5 Dimensionamiento de cilindros oleohidrulicos: 3.2.5.1 Determinacin del pandeo del vstago donde:Dimetro mnimo del vstago (mm) f : Fuerza (Kg) S: Longitud libre de pandeo (cm) L: Longitud real (cm) Coeficiente de seguridad < 3 E = 20000 Kgf/cm -58- Ladistancialibredepandeo,dependedeltipodevnculoquetenganlacamisadelcilindro hidrulico y el extremo de su vstago con el equipo donde est instalado, y de la "dimensin L real" del cilindro hidrulico totalmente extendido, as: Cuadro 3.6: Distancia libre de pandeo Un extremo libre, un extremo fijo S = 2 L Dos extremos articulados S = L Un extremo articulado, un extremo fijo S = L ((1/2)) Dos extremos fijos S = L/2 Fig. 3.9: Grfico de dimetro del vstago Dimetro del vstago del pistn (mm) Fuerza de empuje (N) Fuente: Parker Hannifin Corp. Tope de detencin (mm) Longitud bsica (mm) -59- 3.2.5.2. Espesor de las paredes del cilindro: donde:Dimetro interno (mm) e: Espesor de la pared (mm) Resistencia prctica (8:10) (Kgf/cm) Presin interior (Kgf/mm) 3.2.6 ACTUADORES HIDRULICOS ROTATIVOS 3.2.6.1.Motoresoleohidrulicos.Permitentransformarlaenergahidrulicaenenerga mecnicarotativa.Enlugardeimpulsarelfluidocomolohaceunabomba,sonimpulsados por ste y desarrollan torque y movimiento rotacional. Su forma constructiva se parece mucho a la de las bombas, as existen: motores de engranajes; de paletas y de pistones. Fig. 3.10. Motores hidrulicos a)Motor de engranajes.Desarrolla par debido a la presin aplicada sobre la superficie de losdientesdelosengranajes,selimitanapresionesdefuncionamientodehasta140 Kgf/cm, y rotaciones mximas de 2400 rpm. Son muy sencillos y poseen alta tolerancia a la suciedad.

b)Motordepaletas.Elparsedesarrollaporlapresinqueactasobrelassuperficies expuestas de las paletas rectangulares las cuales entran y salen de unas ranuras practicadas enunrotor,acopladoaunejedeaccionamiento.Existenmodelosquepuedenfuncionar entre 5 a 150 rpm, con un par mximo de 620 Kgf m, con versiones dobles que originan un par de 1240 Kgf m. c)Motor de pistones. Generan un par mediante la presin que se ejerce sobre los extremos delospistonesquesemuevenalternativamente.Sonmuyeficientesytienencapacidad tanto para altas velocidades como para altas presiones. -60- Son muy utilizados en industria aeroespacial debido a su elevada relacin de potencia por unidad de peso. 3.2.6.2.SeleccindeMotoresoleohidrulicos.Lassiguientesfrmulasseexpresanen funcindeunparterico.Puederequerirseunparadicionaldel10%al35%paraarrancar bajo una carga determinada. ) / ( Pr) * ( * 7 / 7*mincm Kgf ento funcionami de esinKgf m necesario Parcm KgfKgf mal no Par =||.|

\| t 2) / ( * ) / ( Pr * 10) (rev lt ento Desplazami cm Kgf esinKgfm Par = 1000) / ( *min3rev cm ento Desplazami RPM ltCaudal =|.|

\| 3.2.6.3. Actuadores rotantes hidrulicos aplicados para cierre y apertura de vlvulas Fig. 3.11. Actuadotes hidrulicos para cierre y apertura de vlvulas Caractersticas: Presin hidrulica de suministro:1500 psig Torque de salida:hasta 240,000 Lbf plg Rango de temperatura:entre 22 y 212F -61- 3.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE Actuadorlineal.Dispositivoqueconviertelaenerganeumticaohidrulicaenunafuerza con desplazamiento lineal. Actuador rotante. Dispositivo que convierte la energa neumtica o hidrulica en una fuerza con movimiento rotativo (torque). Acumulador.Recipienteenelcualsealmacenafluidoapresinparaluegoserutilizado como fuente de energa neumtica o hidrulica. Amortiguador.Dispositivoquepermitedisminuirlospicosdepresinencircuitos neumticos e hidrulicos. Carrera. Longitud de trabajo aprovechable en un cilindro neumtico o hidrulico. Desplazamiento.Cantidaddefluidoquerequiereelmotorparadarunarevolucin,ola capacidad de una cmara multiplicada por el nmero de cmaras que contiene. Junta trica. Elemento para estanqueidad de una seccin cilndrica. ParoTorque.Fuerzagiratoria.Unmotorpuededarunparsinmovimiento,peroestese efectuarsi el par es suficiente para vencer el rozamiento y la resistencia de la carga. Vstago.Piezadeformacilndricadeseccinuniforme,queseutilizaparatransmitirun empuje. 3.4 PREGUNTAS Y PROBLEMAS 3.4.1 PROBLEMAS RESUELTOS 1)Calcule la fuerza de avance y de retroceso para un cilindro neumtico de doble efecto, con dimetrodepistn125mm,ydimetrodevstago30mm.Lapresindetrabajoes5,5 bar y el rendimiento del 95%. Fuerza de avance: Fuerza de retroceso: Kgf Rbar P cm DKgf F 2 . 641 95 , 0 *45 , 5 * 5 , 12 **4) ( * ) ( *) (2 2= = =t t| | | |Kgf Rbar P cm d DKgf F 27 , 604 95 , 0 *45 , 5 * 3 5 , 12 **4) ( * ) ( *) (2 2 2===t t-62- 2)Suponiendoqueelcilindroanteriordesarrollaunacarrerade200mmyrealiza150 ciclos/hora: Cul ser su consumo de aire en lt/min, a presin atmosfrica? 3)Determineelpardesarrolladoporunmotorhidrulicodedesplazamiento62,8cc/rev, trabajando a una presin de 100 Kgf/cm t 2) / ( * ) / ( Pr * 10) (rev lt ento Desplazami cm Kgf esinm Kgf Par = m Kgfrev lt cm KgfPar 102) / ( 0628 , 0 * / 100 * 10= =t 3.4.2 PREGUNTAS 1)Investigue el funcionamiento y aplicacin de cilindros doble vstago. 2)Investigue el funcionamiento y aplicacin de cilindros sin vstago. 3)Investigue 5 aplicaciones de los msculos neumticos en la industria 4) Investigue una aplicacin de los msculos neumticos para Medicina 5) Investigue la relacin entre fuerzas y brazos de carga para un msculo humano 6)Investigue el funcionamiento de un motor neumtico de paletas. 7)Analice con catlogos tcnicos, diversos motores neumticos de pistones radiales. 8) Que funcin cumplen y como se clasifican los actuadores neumticos ? 9) Investigar acerca de la eficiencia de los diversos tipos de motores hidrulicos.

3.4.3 PROBLEMAS PROPUESTOS 1)Determinelasfuerzas(lbf)desarrolladasporuncilindroneumticodobleefecto,cuando trabajaaniveldelmara114,7psia,condimetrodevstago1/2plg,ydimetrode mbolo 2 plg. | || |min / 55 , 6540005 , 2 * 5 , 5 * 20 * 3 ) 25 ( *min) / (4000* ) ( ) ( * ) ( * ) ( 2 *min) / (2 22 2 2lt lt Cn bar Patm P cm L cm d Dlt C==+ =tt-63- 2)Si un cilindro hidrulico, dimetro interno 7,5 cm puede trabajar con una presin hasta de 140 Kgf/cm. Cul ser la fuerza mxima que podr ejercer? 3)Un motor hidrulico de par nominal 0,25 Kgf m, acciona una carga que requiere un par de 12,50 Kgf m. Cul ser la presin de funcionamiento ? 4)Determinar el caudal requerido por un motor hidrulico de desplazamiento 10 cc/rev, para girar a 400 rpm. 3.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA

-ROLDAN,J.,(2001).PRONTUARIODENEUMATICAINDUSTRIAL,Paraninfo S.A. -ROLDAN, J. PRONTUARIO DE HIDRAULICA INDUSTRIAL, Paraninfo S.A. -SERRANO, A., (1996). NEUMATICA, Paraninfo S.A. -DANFOSS HYDRAULICS, FACTS WORTH KNOWING ABOUT HYDRAULICS -FESTO. Programa bsico, Edicin 01-03 -FESTO PNEUMATIC. Programa de Fabricacin, 050377E -AUTOMACIN MICROMECNICA S.A.I.C., Catlogo general: MICRO -FPC: Fluid Power Components S.r.l., Pneumatic Automation Product Range -HSC: Hydraulic Supply Company. Stock Products. Catalog SPC-09-2006 -SPERRY-VICKERS,MANUALDEOLEOHIDRAULICAINDUSTIRAL,935100-A, Editorial Blume Software de evaluacin y demos: -Festo Didatic Software, PNEUSIMP: Simulacin de circuitos neumticos -Festo Didatic Software, PNEUSIMH: Simulacin de circuitos hidrulicos -64- CAPTULO IV VLVULAS NEUMTICAS Y OLEOHIDRULICAS 4.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Reconoceryseleccionartcnicamentediversostiposdevlvulasdistribuidorasyauxiliares, condiversosfluidos:aireyaceitehidrulico,paraevaluarsufuncinenaplicaciones industriales. 4.2 MARCO TERICO: 4.2.1 VLVULAS DISTRIBUIDORAS NEUMTICAS Distribuyen o direccionan el aire comprimido hacia los dispositivos actuadores, regulando las maniobras de arranque, parada y sentido de circulacin. Identificacin segn vas/posiciones:Vlvula X/Y X: Representa el nmero de vas o tomas de interconexin de la misma (hacia alimentacin de presin, salidas y escapes), as: 2, 3 , 4 o 5. Y: Establece la cantidad de posiciones estables del distribuidor, as: 2 o 3. 4.2.1.1 Nomenclatura normalizada En la simbologa de vlvulas distribuidoras, se utiliza la siguiente nomenclatura. Cuadro 4.1: Simbologa de vlvulas distribuidoras neumticas ISO 1219 Alfabtica CETOP Numrica Funcin P1Conexin del aire comprimido (alimentacin) A, B, C2, 4, 6Tuberas o vas de trabajo R, S, T3, 5, 7Orificios de purga o escape X, Y, Z12, 14, 16Tuberas de control, pilotaje o accionamiento L9Fuga 4.2.1.2 Factores para seleccin de vlvulas a)Nmero de vas. Segn el tipo de dispositivo actuador requerido: Cilindro simple efecto: Vlvula 3/2 Cilindro doble efecto: Vlvula 4/2 , 5/3, 5/2 b)Nmero de posiciones. Segn condiciones operativas del circuito: -65- Cilindro doble efecto con parada intermedia: Vlvula 5/3 Cilindro doble efecto sin parada intermedia: Vlvula 5/2 b)Tipo de mando. Segn la naturaleza de la seal de entrada: Musculares (de mano o pie), mecnicos, neumticos y elctricos c)Tamao de la vlvula: Segn el caudal de aire comprimido, velocidad de actuadores y presin de trabajo. 4.2.1.3 Forma constructiva de las vlvulas a) Vlvulasdeasiento.Elpasodeaireesabiertoocerradomedianteelementosjuntas planas, esferas o conos, para la estanqueidad se utilizan juntas elsticas. b)Vlvulas de corredera. Por su forma constructiva pueden ser de: distribuidor axial, de cursory de disco. La ms empleada es la de distribuidor axial, tiene forma de prisma rectangular,encuyointeriorsedeslizaelmboloocorrederaquecomunicaocierra los distintos orificios (vas) del cuerpo principal, para la estanqueidad se utilizan juntas tricas, colocadas en el mbolo o en el cuerpo de la vlvula. 4.2.1.4 Vlvulas distribuidoras 3/2 Fig. 4.1: Vlvulas distribuidoras 3 vas, 2 posiciones -66- 4.2.1.5 Vlvulas distribuidoras 5/2 Fig. 4.2: Vlvulas distribuidoras 5 vas, 2 posiciones 4.2.1.6 Vlvulas distribuidoras 5/3 Fig. 4.3: Vlvulas distribuidoras 5 vas, 3 posiciones -67- 4.2.2 VLVULAS AUXILIARES NEUMTICAS 4.2.2.1 Reguladores de caudal a) Unidireccional. Controla la velocidad de desplazamiento de un cilindro neumtico. Fig. 4.4: Vlvulas reguladoras de caudal unidireccional b) Bidireccional. Controla flujo en ambos sentidos. Se utiliza como regulador de descarga. 4.2.2.2 Vlvula de escape rpido. Permitealcanzarmximasvelocidadesencilindros.Paraqueelescaperpidoseaefectivo, debemontarsedirectamenteenlaentradadelcilindro.Elruidodelescapesereducecon silenciadores. Fig. 4.5: Vlvulas de escape rpido -68- 4.2.2.3 Vlvulas lgicas. a) Vlvula de simultaneidad Tipo Y. Permite el funcionamiento de otra vlvula o actuador, con la seal de entrada simultnea de orgenes distintos. Fig. 4.6: Vlvulas lgicas tipo and d)Vlvula selectora Tipo O. Permite el funcionamiento de otra vlvula o actuador, con la seal de entrada de dos orgenes distintos. Fig. 4.7: Vlvulas lgicas tipo or -69- 4.2.2.4 Vlvula de no retorno. Permite el paso de aire en un slo sentido. Impide despresurizaciones no deseadas. Fig. 4.8: Vlvulas de no retorno 4.2.2.5 Silenciadores. Se utilizan para reducir el nivel de ruido en los escapes de las vlvulas. Fig. 4.9: Silenciadores 4.2.3 GENERACIN DE VACO 4.2.3.1Bombasdevaco.Generanvacomediantelautilizacindeunmotorelctrico.Se emplean cuando se requieren elevados caudales de aspiracin. Generalmentesucapacidadestentre6y1600m3/h,muchomayoresquelos7m3/hdelas toberas de vaco de mayor capacidad, mientras que su potencia oscila entre 0,37 y 30 KW. -70- Fig. 4.10: Bombas de vaco 4.2.3.2Toberasdevaco.Juntoconsusventosasdeaspiracin,losgeneradoresdevaco permitensujetaryretenerpiezasconsuperficieslisas,cualquierposicin.Funcionansin partesmvilesaprovechandoelefectoVentura,esdecir,elairecomprimidogeneraelvaco por medio del principio del eyector. La aspiracin se detiene al cerrar el aire comprimido. Fig. 4.11: Toberas de vaco 4.2.3.3 Ventosas. Su funcin principal es crear una cmara de vaco con la pieza a sujetar, de forma tal que la adherencia que se produzca entre la ventosa y la pieza sea capaz de soportar el peso de esta ltima. Pueden ser de diversos tipos: planas; de fuelle; de rtula y alargadas, y sus materiales: nitrilo, caucho natural, silicona y vitn. -71- Fig. 4.12: Ventosas para vaco 4.2.3.4 Fuerza ( F ) de suspensin de una ventosa: Enaplicacionesindustrialessueleocurrirqueunasolaventosanoseasuficiente(segnsus dimensionesyladepresinaplicada)parasuspenderaunacargadegrantamaoypeso,en estos casos, se recurre a la utilizacin simultnea de dos o ms ventosas, cada una contribuira con la fuerza total que suspendera la carga. El siguiente cuadro muestra que la fuerza que puede suspenderse depende del dimetro de la ventosaydelgradodedepresin,aunquetambinpuedeafectareltipodematerial (rugosidad,porosidad,adherencia,forma,etc.).Estosvaloressontericosydebenafectarse por un coeficiente de seguridad que garantice la sujecin Cuadro 4.2: Fuerza terica de sujecin de ventosas en (N)22 Depresin(bar) 2 4 6 8 10 15 20 25 30 40 50 60 80 100-0,9 0,28 1,13 2,54 4,52 7,06 15,9 28,3 44,2 63,6 113,0 176,7 254,4 452,4 706,8-0,8 0,25 1,00 2,26 4,02 6,28 14,3 25,1 39,3 56,5 100,5 157,1 226,2 402,1 628,3-0,7 0,22 0,88 1,98 3,52 5,5 12,4 22 34,3 49,5 88,0 137,4 197,9 351,8 549,8-0,6 0,19 0,75 1,7 3,01 4,71 10,6 18,8 29,4 42,4 75,4 117,8 169,6 301,6 471,2-0,5 0,16 0,63 1,41 2,51 3,93 8,83 15,7 24,5 35,3 62,8 98,2 141,4 251,3 392,7Dimetro de ventosas (mm) 22 Serrano, A., NEUMATICA Ncm A bar PN F) ( * ) ( * 10) (2=Ncm A cm Kg PKg F) ( * ) / () (2 2=-72- Dnde: P: Depresin aplicada A: Area encerrada por los labios de la ventosa N: Factor de seguridad= 2 (carga en plano horizontal) = 4 (carga en plano vertical) 4.2.4 VLVULAS DISTRIBUIDORAS OLEOHIDRULICAS Distribuyenodireccionanelfluidooleohidrulicohacialosdispositivosactuadores, regulando las maniobras de arranque, parada y sentido de circulacin. Identificacin segn vas/posiciones:Vlvula X/Y X: Representa el nmero de vas o tomas de interconexin de la misma (hacia alimentacin de presin, salidas y escapes), as: 2, o 4. Y: Establece la cantidad de posiciones estables del distribuidor, as: 2 o 3. 4.2.4.1 Vlvulas distribuidoras 2/2 y 4/2 Fig. 4.13: Vlvulas distribuidoras 2 vas, 2 posiciones y 4 vas, 2 posiciones -73- 4.2.4.2 Vlvulas distribuidoras 4/3 Fig. 4.14: Vlvulas distribuidoras 4 vas, 3 posiciones Fig. 4.15: Esquemas de tipos de centros para vlvulas hidrulicas 4/3 Centro abiertoCentro cerradoCentro tndem Centro flotante-74- Fig. 4.16: Vlvula hidrulica 4/3 con centro tndem 4.3 TRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE By-pass. (Derivacin). Pasaje secundario para el caudal de un fluido. Centro abierto. Cuando todos los orificios de una vlvulaestncomunicados entre s, en la posicin central o neutra. Centro cerrado. Cuando todos los orificios de una vlvulaestn incomunicados entre s, en la posicin central o neutra. Centradopormuelles.Permitequeunavlvularetorneasuposicincentralmediantela fuerza de un muelle cuando el esfuerzo de accionamiento deja de actuar. Corredera.Piezamvildeformacilndricaquepuededesplazarseenambossentidossobre un orificio practicado al interior del cuerpo de una vlvula, para as dirigir el caudal.

Retornopormuelles.Permitequeunavlvularetorneaunaposicinextremamediantela fuerza de un muelle cuando el esfuerzo de accionamiento deja de actuar. Seal. Mando o indicacin de una posicin o velocidad deseada. Silenciador.Dispositivoquepermitereducirelruidoproducidoalpurgarairehaciael exterior de una vlvula. Vlvulaantiretorno.Vlvuladecontrolquepermitecirculacindefluidoenunasola direccin. Vlvula piloto. Vlvula auxiliar utilizada para controlar la operacin de otra vlvula. -75- 4.4. PREGUNTAS Y PROBLEMAS 1)Elegir utilizando el Cuadro 4.2, cuatro ventosas capaces de sujetar en un plano horizontal una carga de 560 N, con un nivel de depresin de -0,70 bar 2)ElegirutilizandoelCuadroanterior,eldimetrodedosventosasconcapacidadde suspender en forma vertical una carga de 70 N, con un nivel de depresin de -0,80 bar 3)Describir la posicin central de una vlvula oleohidrulica de 4 vas con centro tndem 4)Qutipodevlvuladireccionalseutilizaparaaccionamientodirectodeuncilindro hidrulico de doble efecto? 5)Qutipodevlvuladireccionalseutilizaparaaccionamientodirectodeuncilindro neumtico de doble efecto? 4.5 BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA

-ROLDAN,J.,(2001).PRONTUARIODENEUMATICAINDUSTRIAL,Paraninfo S.A. -ROLDAN, J. PRONTUARIO DE HIDRAULICA INDUSTRIAL, Paraninfo S.A. -SERRANO, A., (1996). NEUMATICA, Paraninfo S.A. -FESTO. Programa bsico, Edicin 01-03 -FESTO PNEUMATIC. Programa de Fabricacin, 050377E -AUTOMACIN MICROMECNICA S.A.I.C., Catlogo general: MICRO -FPC: Fluid Power Components S.r.l., Pneumatic Automation Product Range -HSC: Hydraulic Supply Company. Stock Products. Catalog SPC-09-2006 -SPERRY-VICKERS,MANUALDEOLEOHIDRAULICAINDUSTIRAL,935100-A, Editorial Blume -KEYSTONE,Valves&Controls:SpringReturnPneumaticActuators,Publication K7US 6-96 Software de evaluacin y demos: -Festo Didatic Software, PNEUSIMP: Simulacin de circuitos neumticos -Festo Didatic Software, PNEUSIMH: Simulacin de circuitos hidrulicos -76- CAPTULO V CIRCUITOS NEUMTICOS Y OLEOHIDRALICOS 5.1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: Analizarlascaractersticasdefuncionamientodediversostiposdecircuitosneumticosy oleohidrulicos, para evaluar su aplicabilidad en aplicaciones industriales. 5.2 MARCO TERICO: 5.2.1 APLICACIONES ESPECIALES DEL AIRE COMPRIMIDO 1.Insuflado de membranas neumticas de fuelle 2.Soplado para enfriamiento de ciertos equipos 3.Mantener presin uniforme al interior de un tanque o recipiente -77- 4.Accionamientoremotodeunavlvuladecorterpido,parapermitirpasoo interrupcin de la circulacin de fluido en casos emergentes 5.2.2 PROCEDIMIENTO PARA DISEAR SISTEMAS NEUMTICOS 1)Considerareltrabajoquesevaarealizar:levantarunpeso,girarunaherramienta, accionarunavlvula,obloquearalgnelemento.Estodeterminaeltipo deactuadorque sevaautilizar(simpleodobleefecto,cilndricooplano,simpleodoblevstago,cono sin vstago, etc.) 2)Seleccionarelactuadorbasadoenlossiguientesparmetros:desplazamientodelacarga (limitaralalongituddecarrera),fuerzarequeridaparaelevarlacargaypresindeaire disponible en el compresor (limitara la superficie de pistn y su vstago). 3)Seleccindevlvulasdistribuidoras(monoestableobiestables),considerandosilacarga debe detenerse en puntos intermedios del trayecto (vlvula de 3 posiciones). 4)Seleccionartipos de mando (musculares, pilotos neumticos, solenoides, mecnicos, etc.) adecuadosenfuncindeltipodeindustriaoaplicacin,disponibilidaddeenerga, condicionesdeseguridadyergonomaparaeloperarioousuario,ynivelde automatizacin requerido). 5)Determinacindeltamaodelcompresor,enfuncindelcaudalrequeridosegnla velocidad a la cual debe desplazarse la carga. 5.2.3 PROCEDIMIENTO PARA DISEAR SISTEMAS OLEOHIDRULICOS 1)Considerareltrabajoquesevaarealizar:levantarunpeso,girarunaherramienta,o bloquear algn elemento. Esto determina el tipo de actuador que se va a utilizar (simple o doble efecto, tipo buzo, telescpico, simple o doble vstago, etc.) 2)Seleccionarelactuadorbasadoenlossiguientesparmetros:desplazamientodelacarga (limitaralalongituddecarrera),fuerzarequeridaparaelevarlacargaypresinde funcionamiento (limitara la superficie de pistn y vstago). 3)Seleccionarvlvulasdecontrol,considerandosilacargadebedetenerseenpuntos intermedios del trayecto (variante de posicin neutral: abierta, cerrada, tndem o flotante) 4)Determinar el tamao de la bomba, en funcin de la velocidad a la cual debe desplazarse la carga. -78- 5)Determinarlapotenciadelabomba,enfuncindelcaudalrequeridoydelapresinde funcionamiento. 6)Seleccionarvlvulasdeseguridad(aliviodepresin),paraimpedirlasobrecargadel motorelctrico,protegiendolabombayotroscomponentescontrapresionesexcesivas ocasionadas por sobrecargas o bloqueo. 7)Dimensionardepsitosquecontenganaproximadamente2a3veceslacapacidaddela bomba. 5.2.4 COMPARACIN ENTRE SISTEMAS NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS Elsiguientecuadromuestraalgunascaractersticascomparativasespecficasde funcionamientoparasistemasneumticosyoleohidrulicos,relacionadasconlaparte mecnica y de instalacin. Cuadro 5.1: Caractersticas comparativas de los sistemas neumtico e hidrulico NeumticaHidrulica Efecto de las fugas Prdida de energa. RuidoContaminacin Influencia del ambiente A prueba de explosin. Insensiblea la temperatura Riesgo de incendio. Sensiblea cambios de temperatura Almacenaje de energa FcilLimitada Velocidad de operacin 1,5 m/s0,5 m/s Costo de alimentacin Muy altoAlto Movimiento lineal Simple con cilindros. Fuerzas limitadas. Velocidad dependiente de la carga Simple con cilindros. Buen control de velocidad. Fuerzas muy grandes Movimiento giratorio Simple, ineficiente, alta velocidad Simple, par alto, baja velocidad Exactitud de posicionamiento 1/10 mm posible sin cargaPuede conseguirse 1 mm EstabilidadBaja , el aire es compresibleAlta, pues el aceite es casi incompresible, adems el nivel de presin es ms alto que en el neumtico FuerzasProtegido contra sobrecargas. Fuerzas limitadas por la presin neumtica y el dimetro del cilindro (30 KN a 6 bar) Protegido contra sobrecargas. Fuerzas muy altas hasta de 3.000 KN, con presiones que alcanzan los 600 bar -79- 5.2.5ANALOGAENTRELOSELEMENTOSCONVENCIONALES NEUMTICOS/OLEOHIDRULICOS Y LOS ELCTRICOS/ELECTRNICOS Elsiguientecuadromuestraalgunascaractersticascomparativasentrediversoselementos convencionales neumticos/oleohidrulicos, y aquellos similares de tipo elctrico/electrnico. Cuadro 5.2: Comparacin entre elementos mecnicos convencionales y aquellos de origen elctrico Neumtico/HidrulicoElctrico/Electrnico Elementos de trabajoCilindros Motores Componentes: fuelles Motores elctricos Vlvulas de solenoide Motores lineales Elementos de controlVlvulas distribuidoras direccionales Contactores de potencia Transistores Tristores Elementos de procesoVlvulas distribuidoras direccionales Vlvulas de aislamiento Vlvulas de presin Contactores Rels Mdulos electrnicos Elementos de entradaInterruptores Pulsadores Interruptores final de carrera Mdulos programadores Sensores Interruptores Pulsadores Interruptores final de carrera Mdulos programadores Sensores Indicadores/generadores Neumtica e Hidrulica, Creus Sol Antonio, AlfaOmega Grupo Editor, Mxico 2007 -80- 5.2.6 CIRCUITOS NEUMTICOS DE APLICACIN INDUSTRIAL 5.2.6.1. MANDO DIRECTO DE CILINDROS SIMPLE Y DOBLE EFECTO 5.2.6.2.MANDODOBLESIMULTNEODEUNCILINDROSIMPLEEFECTO (VALVULA LOGICA AND) -81- 5.2.6.3. MANDO DOBLE SELECTIVO DE UN CILINDRO SIMPLE EFECTO (VALVULA LOGICA OR) 5.2.6.4. MANDO DOBLE SIMULTNEO DE UN CILINDRO DOBLEEFECTO -82- 5.2.6.5. MANDO DOBLE SELECTIVO DE UN CILINDRO DOBLEEFECTO