Neumtica e Hidrulica

1

Departamento:Area:

Ingeniera Elctrica y EnergticaMquinas y Motores Trmicos

CARLOS J RENEDO renedoc@unican.esINMACULADA FERNANDEZ DIEGO fernandei@unican.es

JUAN CARCEDO HAYA juan.carcedo@unican.esFELIX ORTIZ FERNANDEZ felix.ortiz@unican.es

Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como gua para recopilarinformacin (libros, ) y elaborar sus propios apuntes

En esta presentacin se incluye un listado de problemasen el orden en el que se pueden resolver siguiendo eldesarrollo de la teora. Es trabajo del alumnoresolverlos y comprobar la solucin

Neumtica e Hidrulica

2

1.- Neumtica Industrial

2.- Hidrulica Industrial

0.- Simbologa Neumtica e Hidrulica

Neumtica e Hidrulica

3

1.- Neumtica Industrial

2.- Hidrulica Industrial

0.- Simbologa Neumtica e Hidrulica

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial1.2.- Tratamiento de Aire1.3.- Generacin y Distribucin de Aire1.4.- Actuadores Neumticos1.5.- Vlvulas Distribuidoras1.6.- Regulacin, Control y Bloqueo1.7.- Detectores de Seal1.8.- Control de Actuadores1.9.- Diseo de Circuitos1.10.- Ciclos de Operacin1.11.- Marcha-Paro 1.12.- ElectroNeumtica

Neumtica e Hidrulica

4

Introduccin Comparativa Neumtica-Hidrulica-Electricidad Magnitudes, Unidades, Equivalencias y Leyes

de Comportamiento Ecuacin de la Continuidad de un Flujo Potencia de un Flujo Viscosidad Aplicaciones Neumticas e Hidrulicas Algunos Fabricantes

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

5

Tcnica que utiliza el aire comprimido (p > patm) para trasmitir energasi (p < patm tcnicas de vaco)

Tcnica que utiliza fluidos incompresibles (lquidos), tpicamenteagua o aceite (oleohidrulica) para trasmitir energa

Introduccin

Neumtica

Hidrulica

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

6

Frente a la energa elctrica: Ventajas

o Regulacin de velocidad sencilla(estrangulacin)

o Fcil almacenamiento de energao Elementos de funcionamiento sencilloo Sistema seguro, las fugas no son

peligrosas, sin peligro de incendio oexplosiones

o Fcil bloqueo de los actuadores

Inconvenientes:o Mayor coste de la energa

E Neu = 10 E Eleco Velocidad de transmisin reducida

(< 10 m/s)o Distancias de transporte limitadas

(< 1 km)

Frente a la hidrulica: Ventajas

o Mayor velocidad de transmisin(10 m/s frente a 3 m/s)

o No necesita tuberas de retornoo Fugas limpias (aceite de lubricacin)o Mayor distancia de transporte

(1 km frente a 100 m)o Menos sensible a los cambios de To Componentes ms baratos

Inconvenientes:o Presin de trabajo limitada

(12 bars frente a )o Mayor coste de la energa

E Neu = 2,5 E Hido Permiten mayores fuerzas

(F Neu < 30.000 N ; F Hid )o Ruido en los escapeso La compresibilidad del aire puede

acarrear movimientos inversos

Comparativa Neumtica-Hidrulica-Electricidad

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

7

Fuerza: (masa . aceleracin)Newton, 1 N = 1 kg.m/s21 kgf = 1 kp = 9,8 N

Peso especfico: (peso / vol = densidad.g)N / m3 = (k / m3).(m/s2) = (kg.m/s2)/ m3

Presin : (fuerza / superficie)Pascal, 1 Pa = 1 N/m21 bar = 100.000 PaPabs = Patm + Pman

Trabajo: (fuerza . desplazamiento)Julio, 1 J = 1 N.m

Potencia: (trabajo / tiempo)Vatio, 1 W = 1 J / s1 CV = 736 W

Ecuacin fundamental de la Hidrosttica

En los gases perfectos:P.V = n.R.TSi T = cte: P.V = cte (P es Pabs)Si P = cte: T / V = cte (T en K)Si V = cte: P / T = cte

(P es Pabs, T en K)

Proceso rpido (adiabtico, sin Q)P.V= cte (aire = 1,4)

Caudal:Peso de un flujo:Masa de un flujo:

QW

QM

]s/N[

]s/kg[

]s/m[ 3AvQ

BABABA hhhhgPP

Magnitudes, Unidades, Equivalencias y Leyes de Comportamiento

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

8

21 MM )VA()VA( 222111

222111 VAVA

Si el fluido es incompresible (en tubera corta), y 1 = 22211 VAVA 21 QQ

2211 QQ

]g[

La energa total de un fluido es:

Se puede expresar, ( /w), en unidades de altura, y es la altura de carga H

wp

gVw

21zwEEEE

2

prescpot ]J[

pg2

VzH2 z cota o cabeza de elevacin

[V2/2g] altura de velocidad o cab. de vel.[p/] altura de presin o cab. de presin

]m[

22

22perextaa

12

11

pg2

VzHHHpg2

Vz ]m[

]peso el siendo[ w

Ecuacin de la Continuidad de un Flujo

A2V2Q

A1V1

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

9

Es la resistencia a fluir, a la velocidad dedeformacin(entre las capas del fluido)

V. Dinmica, [ Pa.s]:

V. Cinemtica, [m2/s]:

dydV

g

g/

Lquidos al T

Gas al T

Agua 10-3 Pa sAire 1,8 10-5 Pa s

Poisse: 1.000 cPoise = 1 Pa s Stoke: 10.000 Stokes = 1m2/s

Agua 1,1 10-6 m2/ sAire 1,51 10-5 m2/ s

HQPot

Potencia de un Flujo

Viscosidad

F = .dA

Placa Fija

Y

UPlaca Mvil

V (y)ydy

du

Wseg/Jseg/mNmseg/mm/N 33

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

10

AIRE Densidad, Peso especfico, Visco.cinem., Visco.

dinmica, C kg / m3 N/m3 (m2/s) (N.s / m2)0 1,29 12,7 13,3 10-6 1,725 10-5

20 1,2 11,8 15,1 10-6 1,81 10-5

50 1,09 10,7 17,9 10-6 1,95 10-5

80 1 9,8 20,9 10-6 2,09 10-5

100 0,95 9,28 23 10-6 2,3 10-5

AGUA Densidad, Peso

especfico, Visco.

dinmica, Tensin

superficialPresin vapor

Mod elas.E

C kg / m3 kN/m3 (N.s / m2) (N / m) kPa GPa0 1000 9,81 1,75 10-3 0,0756 0,611 2,0220 998 9,79 1,02 10-3 0,0728 2,34 2,1850 988 9,69 5,41 10-4 0,0679 12,3 2,2980 971 9,53 3,5 10-4 0,0626 47,4 2,2100 958 9,4 2,82 10-4 0,0589 101,3 2,07

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

11

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (I)

http://www.maquinariastock.com/images/listings/jcb-1340318020-d_pic.jpg

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

12

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (II)

www.festo.com/es/bionickangaroo

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

13

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (II)

www.festo.com/es/bionickangaroo

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

14

Si estn al mismo nivel, la relacin de fuerzas es proporcional a la

relacin de reas

Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas

A

12

A

S2 S1

F2 F1)2(A)1(A pp

1122 hgphgp

h2(1) h1(1)

1212 pphh

1

1

2

2

SF

SF

1

212 S

SFF

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (III)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

15

Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas

A

1

2

A

F2(2)

F1(2)

)2(A)1(A pp

)1(1)1(1)1(2)1(2 hgphgp

)2(1)2(1)2(2)2(2 hgphgp

)2(11

)2(1)2(2

2

)2(2 hgS

Fhg

SF

)2(2)2(1

1

)2(12)2(2 hhgS

FSF

La fuerza que hay que aplicar en el pto 2 para elevar (h1(2)-h2(2)) un peso de valor F1(2)

h2(2)

h1(2)

S2

S1

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (IV)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

16

Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas

)2(A)1(A pp

)1(1)1(1)1(2)1(2 hgphgp

)2(1)2(1)2(2)2(2 hgphgp

)2(11

)2(1)2(2

2

)2(2 hgS

Fhg

SF

)2(2)2(1

1

)2(12)2(2 hhgS

FSF

La fuerza que hay que aplicar en el pto 2 para elevar (h1(2)-h2(2)) un peso de valor F1(2)

Obviamente el volumen de lquido que sale de izda es el que se introduce en la dcha

2d1e)2(2)2(1 hhhh

2

1

1e

2d1e12d2DchaIzda S

ShhhShSVolVol

he1

A

1

2

A

S2

S1

F2(2)

F1(2)

h2(2)

h1(2)hd2

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (V)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

1721

1e2d SShh

Principio de Pascal: Multiplicador de Fuerzas

)2(2)2(1

1

)2(12)2(2 hhgS

FSF

2d1e)2(2)2(1 hhhh

2d1e

1

)2(12)2(2 hhgS

FSF

2

11e2d1e12d2 S

ShhhShS

2

11e1e

1

)2(12)2(2 S

ShhgS

FSF

121e1

2)2(1

2

11e21e

1

)2(12)2(2 SShgS

SFS

ShShgS

FSF

he1

A

1

2

A

S2

S1

F2(2)

F1(2)

h2(2)

h1(2)hd2

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (VI)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

18

AFp 21 pp

2

2

1

1

AF

AF

1

212 A

AFF

1

212 F

FAA Sin diferencia de cotas

Incremento de fuerza producido

Area requerida

Primera aproximacin

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (VII)

Multiplicador de Fuerza

A2

p1

p2F1

F2

A1

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

19

Multiplicador de Fuerza, calcular F1: Coche de 1.500 kgf A1 de 5 x 5 cm A2 de 5.000 x 2.000 cm

A2p1 p2

F1

F2

A1

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

20

Multiplicador de Fuerza, calcular A2: Coche de 1.500 kgf A1 de 5 x 5 cm F1 de 10 kgf

A2p1 p2

F1

F2

A1

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

21

ASDesplazadoVolumen

21 Desplazado VolumenDesplazado Volumen

2211 ASAS

2

112 A

ASS

2

112 S

SAA

Multiplicador de distancia

Area requerida

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (VIII)

Multiplicador de Distancia

A2

S1

S2

F1

F2

A1

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

22

A2p1 p2

F2

A1

F1S1

S2

Multiplicador de Distancia; calcular S1: A1 de 5 x 5 cm A2 de 61 x 61 cm S2 de 0,5 m

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

23

A2p1 p2

F2

A1

F1S1

S2

Multiplicador de Distancia; calcular A1 y F1 A2 de 61 x 61 cm S1 de 2 m S2 de 0,5 m

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

24

A2

p1

p2

F2

A1

S1

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (IX)

Elevador Neumtico

p0

Es posible tener una cmara en la que se introduzca aire a presin,

modificando el valor de p1

pFondo

h

S2

L2G1 CACA

hgAFp L

2

20

G

Lquido

2L2

22L2F SgA

FSgpp

1L1F Sgpp

01 pp

1L0 Sgp

CL

CG

LquidoVolumenGasVolumen

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

25

21 FF

Equilibrio

AFp 2211 ApAp 2

112 A

App

2

112 p

pAA

Multiplicador de presin

Area requerida

A1A2

p1p2

F1 F2 A2A1

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (X)

Multiplicador de Presin (I)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

26

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (II)Cmara

multiplicadora 1

Cmara de actuacin 2

Cmara de actuacin 1

Cmara multiplicadora 2

Antirretorno

Escape

Entrada

Salida

Vlvula deconmutacin

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

27

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

28

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

29

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

Cambia la Posicin de laVlvula de Conmutacin

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

30

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

31

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

32

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

Cambia la Posicin de laVlvula de Conmutacin

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

33

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XI)

Multiplicador de Presin (III)

Cambia la Posicin de laVlvula de Conmutacin

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

34

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XII)

Multiplicador de Presin (IV)

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/1376/0900766b81376cb1.pdf

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

35

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XII)

Multiplicador de Presin (IV)

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/1376/0900766b81376cb1.pdf

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

36

rea Vstago

rea Trasera

rea Delantera

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XIII)

Multiplicador de Presin (V)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

37

Si se obstruye la salida del aire se produce un posible problema de sobre presiones en la parte

delantera del cilindro

2

112 A

App

rea Vstago

rea Trasera

rea Delantera

Aplicaciones Neumticas de Hidrulicas (XIII)

Multiplicador de Presin (V)

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

38

Calcular la relacin de radios para que la presin p2 sea el doble que p1

p1 p2d2d1

S1 S2

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

39

Algunos Fabricantes (I) Festo

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

40

Algunos Fabricantes (II) SMC

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

41

Algunos Fabricantes (III) ASCO

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

42

El cilindro de 1 m de dimetro y el tubo contienen agua; calcular cual debeser la masa del mbolo para que se midan 2 bar en el manmetro

F1

Agua

1 m

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

43

Los dimetros de los pistones pequeo y grande son de 3 y 90 cm, siendo suspesos de 50 N y 50 kN respectivamente. Calcular la fuerza necesaria que es precisoaplicar en el pequeo para que el grande soporte una carga externa de 120 kN

2 m

Agua

F1F2

BLOQUES 1 y 2: Neumtica e Hidrulica 1.- Neumtica Industrial

1.1.- Introduccin a la Neumtica Industrial

44

El gato hidrulico toma aceite del depsito de la izda y lo introduce en lacmara 2. Determinar el peso que puede levantar si se aplica una fuerza de20 kg en la palanca

S1S2

F1 F2

d2 = 25 cmd1 = 6 cm

FG

Aceite