peumàtica sg 10-11
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Unidad Didáctica “Neumática e hidráulica”
4º ESO
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Introducción
¿Que es Neumática ? La técnica que trata del aprovechamiento de las
propiedades que tiene el aire comprimido.
Propiedades del aire comprimido : Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al
desplazamiento. Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un
recipiente cerrado aumentando la presión. Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite
con igual intensidad en todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.
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Composición del aire
El aire que respiramos es elástico, comprimible y fluido.
Damos por hecho que el aire llena todo el espacio que lo contiene.
El aire se compone básicamente de nitrógeno y de oxígeno.
Composición por VolumenNitrogeno 78.09% N2
Oxígeno 20.95% O2
Argón 0.93% ArOtros 0.03%
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Atmósfera y vacio
La potencia de la presión atmosférica es evidente en la industria de manipulación donde se utilizan ventosas y equipos de vacio.
El vacio se consigue evacuando todo el aire de un sitio determinado.
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Aire comprimido industrial
Las presiones se dan en bar (relativos a la presión atmosférica).
El zero del manómetro es la presión atmosférica.
Para cálculos se utiliza la presión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera.
Se asume para cálculos rápidos que 1 atmósfera equivale a 1.000 mbar.
En realidad 1 atmósfera equivale a 1.013 mbar.
Rangobajo
Rangoindustrialtípico
01234
5
67
8
910
111213
1415
1617
01234
5
67
8
910
111213
1415
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Pre
sión
abs
olut
abar
Pre
sión
man
omét
rica
bar
Vacio total
Atmósfera
RangoIndustrialampliado
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Unidades de presión
Existen diversas unidades de medida de presión. Se muestran algunas de ellas y sus equivalencias:
1 bar = 100.000 N/m2 1 bar = 100 kPa 1 bar = 14.50 psi 1 bar = 10.197 kgf/m2
1 mm Hg = 1,334 mbar approx. 1 mm H2O = 0,0979 mbar approx.
1 Torr = 1mmHg abs (para vacio)
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Presión y fuerza
El aire comprimido ejerce una fuerza de igual valor en todas las direcciones de la superficie del recipiente que lo contiene.
El líquido en un recipiente será presurizado y transmitido con igual fuerza.
Por cada bar de manómetro, se ejercen 10 Newtons uniformemente sobre cada centímetro cuadrado.
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Presión y fuerza
La fuerza que se desarrolla sobre un pistón debida a la presión del aire comprimido es el área efectiva multiplicada por la presión:
Fuerza =D2
40PNewtons
π
D mm
P bar
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Propiedades de los fluidos, principios básicos
Presión = Fuerza / Superficie
Presión: se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo.
Unidades: 1 atmósfera ≈ 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 pascal
Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo.
Caudal = Volumen / tiempo
Potencia: es la presión que ejercemos multiplicada por el caudal.
W(potencia) = Presión * Caudal
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Presión atmosférica, absoluta y relativa
Los manómetros indican el valor de presión relativa
11Ventajas del aire comprimido
- Es abundante (disponible de manera ilimitada).- Transportable (fácilmente transportable, además los conductos de retorno son innecesarios).- Se puede almacenar (permite el almacenamiento en depósitos).- Resistente a las variaciones de temperatura.- Es seguro, antideflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio).- Limpio (lo que es importante para industrias como las químicas, alimentarias, textiles, etc.).- Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil comprensión).- La velocidad de trabajo es alta.- Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua.- Aguanta bien las sobrecargas (no existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando ésta existe, el elemento de trabajo simplemente para sin daño alguno).
12Desventajas del aire comprimido
-Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad).
-Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de trabajo regulares y constantes.
-Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30000 N).
-Es ruidoso, debido a los escapes de aire después de su utilización.
- Es costoso. Es una energía cara, que en cierto punto es compensada por el buen rendimiento y la facilidad de implantación.
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Fundamentos físicos
La ley de los gases perfectos relaciona tres magnitudes, presión (P), volumen (V) y temperatura (T), mediante la siguiente fórmula:
P * V =m * R * T
Donde : P = presión (N/m2).V = volumen especifico (m3/kg) .m = masa (kg).R = constante del aire (R = 286,9 J/kg*ºk).T = temperatura (ºk)
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Fundamentos físicos
- Si mantenemos constante la temperatura tenemos:
P * V = cte.
Luego en dos estados distintos tendremos:
P1 * V1 = P2 * V2
P1 / P2 = V2 /V1
ley de Boyle-Mariotte
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Fundamentos físicos
Si ahora mantenemos la presión constante tenemos. V/T = cte.
Luego en dos estados distintos tendremos: V1/T1 = V2/T2 ley de Gay-
Lussac
Si ahora mantenemos el volumen constante tenemos.
P/T = cte.
Luego en dos estados distintos tendremos:
P1/T1 = P2/T2 ley de Charles
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Fluidos hidráulicos
El Principio de Pascal, que dice así: Cuando se aplica presión a un fluido encerrado en un recipiente, esta presión se transmite instantáneamente y por igual en todas direcciones del fluido.
P = F1/S1 y P = F2/S2
Por lo que podemos poner
F1/S1 = F2/S2
otra forma de expresarlo es:
F1*S2 = F2 * S1
Circuitos neumáticos
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Elementos básicos de un circuito neumático
El generador de aire comprimido Las tuberías y los conductos Los actuadores Los elementos de mando y control
Elementos de los circuitos neumáticos
Compresor Deposito (Calderín) Filtro Elementos de medida (manómetro) Válvula de seguridad Unidad de mantenimiento (Filtros y lubrificador) Conductos Válvulas reguladoras y de control Elementos actuadores
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Compresor
Son los encargados de comprimir el aire que se toma de la atmósfera.
Existen diferentes tipos de compresores en función de la forma de comprimir el aire:
De pistón (monofásico o bifásico) De tornillo
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Producción y distribución del aire comprimido
Compresor de émbolo
Compresor de paletas
Compresor de husillo o Roots
Compresor de tornillo
Turbocompresor
Símbolo de compresor
Depósito o calderín
Es donde se almacenará el aire antes de ser usado En muchas ocasiones antes de almacenar el aire pasa por
elementos refrigeradores para bajar la temperatura del aire que en el proceso de compresión se ha calentado.
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Válvula de seguridad y unidad de medida
La válvula de seguridad se encuentra en el calderín y es la encargada de que no se supere la presión máxima para la cual esta tarado o preparado el calderín.
En el calderín también existe un manómetro que nos indica la presión del mismo.
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TUBERÍAS
Las tuberías principales del circuito neumático suelen ser de acero o de latón, que se unen mediante soldadura o racores (uniones roscadas), mientras que los tubos de conexión a los distintos receptores suelen ser de polietileno y poliamida y se unen mediante enchufes rápidos.
Distintos tipos de racores y enchufes rápidos para neumática.
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ACTUADORES
Existen motores neumáticos y actuadores rotativos para válvulas, pero los actuadores más usuales son los cilindros neumáticos. Según su modo de funcionamiento se dividen en cilindros de simple y de doble efecto.
Actuador rotativo para abrir o cerrar una válvula
Cilindro neumático
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Elementos de trabajo: actuadores
Motor de paletas
Cilindro basculante
Motor de paletas doble sentido
ACTUADORES
CILINDRO DE SIMPLE EFECTO
El aire introducido desplaza el pistón y el vástago hacia afuera, al dejar de entrar aire se produce el retroceso mediante un muelle.
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ACTUADORES
CILINDRO DE DOBLE EFECTO
Tiene dos orificios para la entrada y la salida del aire, de esta forma cuando el aire entra por detrás del pistón el vástago avanza, mientras que cuando el aire entra por delante del pistón el vástago retrocede.
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Elementos de trabajo: actuadores
Cilindro de simple efecto
Cilindro de doble efecto
Elementos actuadores
Teniendo en cuenta que P=F/s la fuerza que podrá realizar un pistón de simple efecto al salir será la sección del émbolo por la presión del circuito menos la fuerza de oposición del muelle. En el retroceso lo que actúa es el muelle.
En el caso de los cilindros de doble efecto la fuerza se calculará igual F=P*s. Pero habrá que tener en cuenta que la sección del émbolo no es la misma en el lado del vástago que en el otro, por lo tanto la fuerza será diferente. En el lado que no hay vástago al tener más sección sobre la que se efectúa el empuje se podrá realizar mas fuerza.
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Válvulas reguladoras de control
Son los elementos encargados de distribuir el aire por los diferentes circuitos.
Son los órganos de control del circuito neumático. Se nombran en función del numero de posiciones que
tienen y del los conductos por los que puede pasar el aire. Su accionamiento puede ser manual, mecánico, eléctrico
o por aire.
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Cómo se nombran las válvulas
1º· Número de Vías, es decir de orificios que presenta la válvula
1
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En este ejemplo 3 VÍAS
2º· Número de Posiciones
En este caso 2 POSICIONES
3º· Accionamiento En este caso por BOTÓN
4º· Retroceso
En este caso por MUELLE
5º· Nombre: Válvula 3/2 Botón/Muelle
6º· En ocasiones también se indica la posición normal, es decir aquella en la que se encuentra la válvula cuando no la hemos accionado.
En la de arriba, cuando está sin accionar, el aire no pasa, por lo que se llama Normalmente Cerrada, N/C. En la de abajo pasa lo contrario, por tanto es Normalmente Abierta, N/A.
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Accionamiento de las válvulas 33
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Estructura simbología válvulas
La función que cumple una válvula viene dada por 2 números separados por una barra, ej. 3/2..
El primer número indica el número de vías de la válvula. Es decir, entradas, salidas y escapes excluyendo los pilotajes y señales externas.
El segundo número indica el número de posibles estados de la válvula.
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Estructura simbología válvulas
Así una válvula 3/2 dispone de 3 conexiones (normalmente una entrada, una salida y un escape) y 2 posiciones (una posición de reposo y otra actuada).
Los cuadrados pertenecen a una sola válvula.
normalactuada
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Estructura simbología válvulas
Cada una de las posiciones de la válvula se muestran unidas en el símbolo de la válvula.
normalactuada
El símbolo de la válvula muestra las posiciones unidas final con final.
normalactuada
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Estructura simbología válvulas
Las conexiones se muestran en tan solo una de las posiciones y indican el estado que prevalece.
normal
Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente.
Accionando el pulsador se actúa la válvula
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Estructura simbología válvulas
Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente.
Accionando el pulsador se actúa la válvula
Posición de reposo producida por un muelle
Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente.
Posición de reposo producida por un muelle
Accionando el pulsador se actúa la válvula
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Estructura simbología válvulas
Cuando se actúa la válvula su símbolo se puede visualizar con las conexiones alineadas en cada uno de los estados.
Cuando se actúa la válvula su símbolo se puede visualizar con las conexiones alineadas en cada uno de los estados.
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Válvulas
Válvula 2/2
Válvula 3/2
Posición de reposo
Válvulas básicas antes de añadir los actuadores:
Ejemplos, pulsador con retorno por muelle:
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Válvulas
Válvula 5/2
Válvula 4/2
Posición de reposo
Válvulas básicas antes de añadir los actuadores:
Ejemplos, pulsador con retorno por muelle:
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Válvulas
Actuada
Válvula 5/2
Válvula 4/2
Válvulas básicas antes de añadir los actuadores:
Ejemplos, pulsador con retorno por muelle:
ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL
VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS
Válvula 2/2
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ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL
VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS
Válvula 3/2
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ELEMENTOS DE MANDO Y CONTROL
VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS
Válvula 5/2
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Válvulas auxiliares
Válvulas auxiliares
Con las válvulas también se pueden realizar funciones lógicas.
Función AND. Tiene que tener aire en las dos entradas para que haya en la salida
Función OR. Tiene que haber aire en una entrada o en la otra para que haya a la salida.
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Válvula OR Válvula AND
Válvulas auxiliares
Válvulas auxiliares
Existen válvulas para funciones especiales como: Válvulas direccionales Válvulas reguladoras de flujo o caudal Válvulas reguladoras unidireccionales Válvulas reguladoras de presión
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Válvula antirretorno
Válvula estranguladora unidireccional
Válvulas auxiliares
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Circuito neumático
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Accionamiento cilindro s/e
Accionamiento de un cilindro s/e.
Variante vástago en reposo a más, pulsando a menos.
Ver accionamiento cilindro s/e vástago extendido.
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Accionamiento cilindro d/e
Se precisan dos válvulas 3/2 para accionar un solo cilindro.
Características del cilindro en posición de reposo.
Circuitos neumáticos
Accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto.
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Circuitos neumáticos
Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto, pulsamos A y sale y pulsamos B para recoger el cilindro.
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Circuitos neumáticos
Accionamiento de un cilindro de simple efecto desde dos pulsadores alternativos
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57Diseño de circuitos neumáticos
Actuadores. Elementos de control. Funciones lógicas. Emisores de señal, señales de control. Toma de presión y unidad de mantenimiento.
Colocación de elementos