TEMA: NEUMÁTICA E HIDRÁULICAA1.- Introducción a la neumática

Una instalación neumática es un conjunto de dispositivos que funcionan mediante aire comprimido

Los sistemas neumáticos se basan en la utilización del aire, que actúa como fluido de trabajo. Se utilizan en multitud de procesos industriales y sus ventajas más apreciables son las siguientes:

El fluido de trabajo (aire) es fácil de obtener y manipular Dicho fluido es muy fácil de transportar, a través de tuberías. Los circuitos son muy sencillos de automatizar El coste de la instalación es barato en comparación con otros tipos de sistemas.

Los sistemas de aire comprimido también se utilizan en objetos que forman parte de nuestra vida cotidiana: el sistema de apertura de las puertas de los autobuses, los frenos de los camiones, las pistolas de pintar, los martillos neumáticos utilizados en las obras públicas, etc.Todos ellos emplean el aire comprimido como medio por el que se transmite la energía necesaria para desplazar algún cuerpo.

A2.- Energía neumática

La energía neumática es la que proporciona la presión producida por el aire comprimido.

El aire es un gas y, como tal, se puede comprimir y reducir el volumen que ocupa. Si un globo inflado se aprieta con las manos, se deforma y se reduce su volumen; de modo que la misma cantidad de aire ocupa un volumen menor. Al mismo tiempo, las paredes del globo ejercen una presión sobre las manos debido a que, para reducir el volumen, se ha aplicado una fuerza y, al hacerlo, se ha aplicado una energía que ha quedado almacenada en el aire contenido en el globo.Al comprimir el aire de su interior, la energía almacenada en el globo se manifiesta en forma de una fuerza que actúa en todas las direcciones sobre las paredes del globo.La energía que se acumula en el aire comprimido se denomina energía neumática, y se emplea para transmitir pequeños esfuerzos y para producir movimiento.

A3.- Principios físicos de los sistemas neumáticos

A.3.1.- Principio de Pascal

“Cualquier fluido sometido a presión distribuye dicha presión a lo largo de todo el fluido, sin direcciones preferentes”

Es decir, si tenemos aire a presión, este tratará de expandirse en aquel lugar donde pueda hacerlo.La mayoría de las instalaciones neumáticas trabajan a presiones entre 6 y 8 kp/cm2

A.3.2- Ley de Boyle y Mariotte

“El producto del volumen V que ocupa una cantidad de gas por la presión p a la que está sometido permanece constante si no se producen variaciones de temperatura”

p.V = constante

Normalmente, hay que hallar la relación existente entre dos estados en que se pueden encontrar el gas. Para ello se utiliza la fórmula siguiente:

p1 .V1 = p2 . V2

p1 = presión en el estado inicial (Pa)V1 = volumen en el estado inicial (m3)p2 = presión en el estado final (Pa)V2 = volumen en el estado final (m3)

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A.3.3.- Ley de los gases idealesEl modelo de los gases ideales se basa en considerar que los gases están formados por partículas puntuales que se mueven libremente sin dirección preferente. En los gases ideales se cumple la siguiente expresión:

p.V = n . R. T

p = presión (atm)V = volumen (L)n = número de moles del gasR = constante de los gases, de valor 0,082 atm.L/K.molT = temperatura en grados kelvin (K)

En las condiciones de trabajo habituales de los sistemas neumáticos, se pueden considerar que el aire se comporta como un gas ideal.

A.3.4.- Presión“Se denomina presión a la fuerza aplicada por unidad de superficie”

p = F/ S

A.3.4.1.- Unidades de presiónEn el Sistema Internacional es el pascal (Pa):

1 Pascal (Pa)= 1 newton (N)/ 1 metro2 (m2)

Como el pascal es una unidad muy pequeña si se compara con las presiones que se utilizan habitualmente en neumática, se suele trabajar con una unidad llamada bar. La equivalencia es:

1 bar = 105 Pa

En neumática, se suele trabajar con otras unidades que no pertenecen al Sistema Internacional y que es importante reconocer:

Kilopondio por centímetro cuadrado (kp/cm2). El kilopondio es una unidad de fuerza equivalente a 9,8 N.

Atmósfera (atm). Equivale a la presión atmosférica medida a nivel del mar. La presión atmosférica se define como la presión que ejerce, por unidad de superficie, el peso de la columna de aire situada entre dicha superficie y la última capa de la atmósfera

A.3.4.2.- La equivalencia entre las principales unidades es la siguiente:1 Pa = 0,00001 bar = 0,000010197 kp/cm2

1 bar = 100.000 Pa = 1,019 kp/cm2 = 0,986 atm1 atm = 1,0131 bar

A efectos prácticos se pueden considera equivalentes entre sí:1 bar ~ 1 atm ~ 1 kp/cm2

Para medir la presión a la que se encuentran sometidos los fluidos encerrados en un recipiente se utiliza el manómetro.

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A.4.- Elementos de los circuitos neumáticos e hidráulicos

Los circuitos neumáticos e hidráulicos comparten elementos similares en cuanto a la función que desempeñan en el conjunto:

Elemento generador de la energía. En el circuito en neumático es el compresor y en el hidráulico es la bomba

Elementos de transporte. Tanto en los circuitos neumáticos como en los hidráulicos son las tuberías por las que circula el aire y el aceite respectivamente. Son las encargadas de unir los distintos dispositivos del circuito.

Actuadores. Son los encargados de transforman la energía recibida en otro tipo de energía. En ambos circuitos, neumático e hidráulico, el actuador principal es el cilindro, que desplaza linealmente un émbolo y vástago.

Elementos de mando y control. Las válvulas son los elementos que permiten o impiden la circulación de fluido por el circuito.

Nota: El concepto de fluido engloba tanto a los líquidos como a los gases, ya que, en ambos estados, las sustancias pueden fluir. Los fluidos no tienen forma propia, sino que adoptan la del recipiente que los contiene.

A.5.- Producción de energía neumática

A.5.1. Unidad de mantenimiento

La unidad de mantenimiento es la instalación encargada de preparar el aire comprimido que consumen los dispositivos neumáticos.

Los dispositivos que componen una instalación neumática deben recibir el aire comprimido libre de impurezas y con una presión uniforme. Además muchos de estos dispositivos tienen elementos móviles que necesitan ser lubricados.

La unidad de mantenimiento está formada por el filtro, el regulador y el lubricador.

El filtro. La función del filtro consiste en liberar el aire comprimido de todas las impurezas y del vapor de agua que lleva en suspensión.

El regulador. El regulador es una válvula cuya misión es mantener constante la presión de trabajo del aire.

El lubricador. El lubricador añade al aire comprimido aceite en suspensión, que es arrastrado hasta los elementos móviles de los dispositivos neumáticos, los cuales son lubricados al quedar recubiertos por una fina capa de aceite, lo que disminuye la fricción y reduce el desgaste que sufre estos elementos.

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A.5.2.- Compresor

Un compresor es una máquina capaz de transformar diferentes tipos de energía en energía neumática.

Los compresores aprovechan diversas fuentes de energía (electricidad, energía de motores de combustión interna) para producir aire comprimido.

Los compresores toman el aire del exterior a través de un conducto en cuyo interior se encuentra un filtro donde quedan atrapadas las impurezas que contenga el aire.

Este aire se comprime en la cámara de compresión y se envía a un depósito. Éste lo almacena para suministrarlo a la instalación cuando es requerido. Se dispone de un preostato cuya misión es mantener la presión del depósito dentro de los márgenes adecuados, conectando o desconectando el compresor; es decir, cuando la presión en el depósito es inferior a la presión de trabajo, el compresor se pone en marcha. Una vez alcanzada la presión estipulada en el depósito, el compresor se para. Gracias a la existencia del depósito se evita que el compresor esté en permanente funcionamiento. El depósito dispone también de una válvula de seguridad que se abre en caso de sobrepresiones.

A.5.2.1.- Tipos de compresoresEn función de la forma de comprimir el aire, los compresores pueden ser: Alternativos. Funcionan mediante un mecanismo de biela-manivela que desplaza un émbolo dentro

de un cilindro con un movimiento de aspiración y otro de compresión.

Rotativos. En su interior va colocado excéntricamente un rotor con ranuras en las que se alojan paletas. Estas paletas salen de las ranuras impulsadas por la fuerza centrífuga del giro del rotor y se adaptan a las paredes del cilindro. Dichas paletas toman pequeños cámaras de aire y, conforme las paletas van girando, comprimen el aire a la salida.

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A.6.- Elementos de trabajo: Cilindros

Los cilindros son los actuadores más utilizados en neumática, debido a su versatilidad y fácil manejo.

Básicamente consiste en una cámara con forma de cilindro hueco por la que se mueve un pistón o émbolo. En función del tipo de cilindro la cámara dispone de uno o dos orificios de entrada y salida de aire. Por ellos puede introducirse el aire a presión, el cual empuja el pistón provocando su avance o retroceso. Para garantizar el cierre hermético entre el émbolo y las paredes del cilindro, se utilizan juntas de goma denominadas juntas de estanqueidad.

A.6.1.-Tipos de cilindros

De simple efecto. Solo realiza trabajo en su carrera de avance, el retorno lo realiza por la oposición de un muelle. Al introducirse aire comprimido, el émbolo se desplaza y el vástago sale al exterior. Al cesar la presión, el émbolo retorna a la posición inicial impulsado por el muelle

De doble efecto. Realiza trabajo en su carrera de salida o avance y en su carrera de retorno. Los cilindros de doble efecto son similares a los de simple efecto, pero carecen de muelle de recuperación y permiten carreras mayores. Cuando el aire comprimido entra por la tapa posterior, desplaza el émbolo y hace salir el vástago. Al introducirse aire por la toma de la tapa delantera, el émbolo retorna a la posición inicial.

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A.7.- Elementos de mando: Válvulas

En un circuito neumático, las válvulas son los dispositivos de mando que sirven para dirigir y controlar la circulación del aire comprimido.

Según la función que realicen, las válvulas pueden ser: distribuidoras o de vías, de bloqueo y de flujo

A.7.1.- Válvulas distribuidoras o de vías.

Las válvulas distribuidoras dirigen el aire comprimido hacia los elementos de trabajo.

Según la posición que ocupan fuerzan al aire a discurrir en una u otra dirección. Las principales características de una válvula distribuidora son el número de posiciones que pueden ocupar, el número de vías (orificios) que tienen y el tipo de accionamiento.

Las posiciones se representan mediante cuadrados adyacentes. Las válvulas se nombran mediante dos números separados por una barra: el primero indica el

número de vías y el segundo, el número de posiciones. Dentro de cada cuadrado se dibujan las líneas que indican el sentido de flujo del aire mediante

flechas y los cierres de paso mediante símbolos en forma de T. Los conductos de escape se representan con un triángulo.

La válvula pone en contacto las líneas de presión (P) y retorno (R) con las líneas de trabajo (A, B...) En función de la posición que ocupe la válvula, el aceite circulará según el sentido que indiquen las líneas y las flechas.

La posición que ocupa una válvula depende del “accionamiento”. El accionamiento de una válvula se efectúa mediante dispositivos manuales, mecánicos, neumáticos o eléctricos.

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A.7.1.1.- Aplicaciones de las válvulas distribuidoras

Control de un cilindro de simple efecto. Al cilindro le llega un solo conducto ya que solo tiene una cámara. Se utiliza una válvula de tres vías y dos posiciones.La posición de reposo de la válvula evita la entrada de presión en el cilindro y a su vez permite que el aire salga del cilindro hacia la salida RCuando se aprieta el pulsador, se conecta el conducto de presión con la cámara del cilindro y éste sale. Al soltar, la válvula vuelve a su posición de reposo y de nuevo se permite la salida de aire de la cámara del cilindro, por lo que éste retrocede impulsado por su muelle.

Control de un cilindro de doble efecto. En este caso, el cilindro tiene dos cámaras; por los tanto le llegan dos conductos. Se utiliza una válvula de cuadro vías y dos posiciones. La válvula actúa de modo que al mismo tiempo que llena una cámara, vacía la otra.La posición de retroceso canaliza la presión al conducto B y la cámara anterior se llena de aire, haciendo que el cilindro retroceda. Mientras permite que salga el aire de la cámara posterior hacia la salida R.La posición de avance, al mantener apretado el pulsador, canaliza la presión al conducto A, por lo que la cámara posterior se llena de aire, y el cilindro avanza. Mientras pone en contacto el conducto B con la salida de aire R.Al dejar de apretar, la válvula vuelve a su posición de reposo gracias a la acción del muelle. El cilindro inicia, de nuevo, su movimiento de retroceso. Tras llegar al final, se queda en esa posición hasta que se vuelve a actuar sobre el pulsador.

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A.7.2.- Válvulas de bloqueo

Las válvulas de bloque cortan el paso del aire comprimido en un sentido y lo permiten en el sentido contrario.

A.7.2.1. Tipos de válvulas de bloqueo Válvulas antirretorno. Funcionan desplazando el dispositivo de cierre, que vence la resistencia de

un muelle. Al cesar la fuerza, el dispositivo de cierre vuelve a impedir el paso del aire.

Válvulas selectoras módulo “O”. Tienen dos entradas y una salida. Al recibir aire por una entrada, ele elemento móvil de su interior se desplaza, cierra la otra y el aire pasa a la salida. Si reciben aire por las entradas al mismo tiempo, también existe salida de aire.

Válvulas de simultaneidad módulo “Y”. Tiene dos entradas de aire, X e Y, y una vía de utilización A. Hay aire con presión en A solo cuando ambas entradas reciben aire comprimido. Si solo llega aire a una de ellas, el paso de aire a A queda bloqueado

A.7.2.2.- Aplicación de una válvula de simultaneidadPara lograr que una máquina se más segura en su puesta en marcha, haremos que el cilindro de dicha máquina sólo funcione al activar dos pulsadores separados. Esto obliga al operario a utilizar sus dos manos para poderla poner en marcha.

El cilindro únicamente se acciona si se presionan los pulsadores P1 y P2 a la vez, ya que la vávula de simultaneidad solo produce salida de aire hacia el cilindro si se introduce aire por las dos entradas.

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A.7.3.- Válvulas de flujo

Las válvulas de flujo o reguladoras de caudal controlan la cantidad de aire comprimido que circula.

Este tipo de válvulas, que también se conocen con el nombre de válvulas de estrangulación, permiten regular la velocidad de los cilindros.

A.8.- Conducciones y conexiones neumáticas

Para conducir el aire comprimido se emplean tubos, que pueden ser:

Rígidos de cobre o acero. Se unen mediante soldadura. Flexible de nailon, PVC o similares. Se emplea en las conexiones de elementos con movimiento.

Nota: Un racor es un elemento de unión entre componentes de una instalación neumática que asegura la unión sin escapes de aire (estanqueidad)

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A.9.- Simbología neumática

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B.1.- Introducción a la oleohidráulica o hidráulica

La oleohidráulica se basa en la utilización de aceite como medio de transmisión de la energía.

Las aplicaciones de la oleohidráulica son muy amplias: máquinas herramienta, prensas, maquinaria agrícola, maquinaria de obras públicas, grúas, atracciones de feria, y en general todos aquellos artefactos donde se necesite aplicar una gran fuerza.Si se compara la oleohidráulica con la neumática, se puede observar que ambas son muy similares en muchos aspectos, tales como el empleo de un fluido como elemento de transmisión; sin embargo existen algunas diferencias: la neumática emplea aire, que es compresible; la oleohidráulica emplea aceite, que es incompresible.

B.1.1.- Las principales diferencias entre estas dos técnicas son las siguientes: La fuerza máxima que se puede obtener con cilindros de aire comprimido es de unos 30.000 N,

mientras que con aceite se pueden alcanzar valores mucho mayores, que solo vienen limitados por la resistencia del material del cilindro.

Cuando se trabaja con aceite es necesario disponer de un depósito y de tuberías de retorno, mientras que con aire el retorno puede arrojarse directamente a la atmósfera.

Para elevar la presión del aceite se usa una bomba mientras que para elevar la presión del aire se usa un compresor.

B.1.1.1.- Ventajas de la neumática sobre la oleohidráulica: Presenta una mayor facilidad de instalación. Los componentes son más económicos. Los movimientos se realizan de forma más rápida. Las pequeñas pérdidas que puedan aparecer en tuberías y órganos de trabajo carecen de

importancia, ya que el aire no mancha. Las instalaciones son poco sensibles a los cambios de temperatura.

B.1.1.2.- Ventajas de la oleohidráulica sobre la neumática: Prácticamente no existen límite en la fuerza que se puede obtener en los elementos de trabajo. El coste energético es menor. Como el aceite no es compresible, se puede controlar la posición y velocidad de los elementos

de trabajo con mucha más facilidad y exactitud que en neumática. En general es más silenciosa que la neumática, ya que los escapes de aire son muy ruidosos.

B.2.- Energía hidráulica

La energía hidráulica es la que proporcionan líquidos sometidos a presión, que sirven como medio para la transmisión de fuerzas.

Los líquidos son incompresibles, es decir, el volumen que ocupa no se reduce al someterlo a presión. Además al ejercer una presión sobre un líquido encerrado en un recipiente, ésta se transmite uniformemente en todas las direcciones y actúa sobre las paredes del recipiente.

B.3.- Principios físicos de los sistemas hidráulicos

B.3.1.-Principio de Pascal“Cualquier fluido sometido a presión distribuye dicha presión a lo largo de todo el fluido, sin direcciones preferentes”Es decir, si tenemos aceite sometido a presión, este tratará de expandirse en aquel lugar donde pueda hacerlo. Por consiguiente, si tenemos una instalación llena de aceite a presión, éste empujará los elementos mecánicos que tengan movimiento permitido, tales como cilindros.La mayoría de las instalaciones oleohidráulicas trabajan a presiones entre 300 - 400 kp/cm2

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B.3.2.- Ley de continuidad“Para un fluido incompresible, como el aceite, el caudal Q que circula por un conducto es el mismo en todas sus secciones, independientemente de que el conducto se ensanche o estreche”, es decir:

(1) Q1 = Q2Caudal se define como el volumen V de fluido que atraviesa una determinada sección S en una unidad de tiempo t. Su unidad en el sistema internacional es el m3/s.

Q = V/t

Como el volumen también puede expresarse como el producto de la longitud L por la superficie de la sección S:

(2) Q = V/t = L. S/t

Como la velocidad es v = L/t, sustituyendo estos valores en la fórmula en (2):Q = S. v

Es decir el caudal, Q, es igual a la superficie atravesada S por la velocidad del fluido. Finalmente si sustituimos esta definición de caudal en (1), nos queda la siguiente expresión:

S1 . v1 = S2 . V2

De la fórmula se deduce que, al disminuir el diámetro de la conducción, la velocidad del fluido aumenta.

B.3.3.- Relación entre fuerza y presión“La fuerza F que un fluido ejerce sobre una superficie S es igual a la presiónp del fluido multiplicada por el valor de superficie”

F = p. S

La dirección de la fuerza es siempre perpendicular a la superficie.

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B.4.- Producción de energía hidráulica

La energía hidráulica se produce mediante un grupo hidráulico que contiene los siguientes elementos: Motor. Es el encargado de mover la bomba Válvula de seguridad o limitadora de presión. Regula la presión de trabajo y descarga aceite al

tanque cuando se supera el límite. Manómetro. Indica la presión de salida Filtro. Elimina las impurezas que se encuentran dentro del aceite. Depósito o tanque de aceite. Es el recipiente que contiene el aceite que entra y sale en el circuito. Bomba hidráulica. Es la encargada de impulsar el aceite, transformando la energía mecánica en

hidráulica

El conjunto de motor, bomba, depósito y válvula limitadora de presión se encarga de hacer circular el aceite por la instalación. Consta de un motor eléctrico que mueve la bomba, la cual toma aceite del depósito y lo impulsa. A la salida de la bomba se coloca una válvula limitadora de presión, que sirve para proteger el resto del circuito de sobrepresiones. También suele llevar incorporado un manómetro para que la persona de mantenimiento pueda observar la presión.

B.4.1.- Bombas

El elemento equivalente al compresor en oleohidráulica es la bomba. Es el elemento que eleva la presión del aceite y lo impulsa por la instalación.

B.4.1.1.- Las principales características a tener en cuenta en una bomba son: Presión nominal (p): Presión de trabajo para la que ha sido diseñada, en pascales Caudal (Q): Caudal que puede impulsar, en m3/s Potencia (P): La potencia se expresa conforme a la siguiente expresión, en watios

P = p . Q

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B.4.1.2.- Tipos de bombas De engranajes. Consiste en dos engranajes colocados dentro de una carcasa. En el movimiento de

giro se empuja por “paquetes” el aceite confinado entre los dientes y la carcasa. El aceite no retrocede porque no puede pasar por la zona de engranaje de los dientes, por lo que avanza hacia la instalación.

De paletas. Consiste en una pieza con paletas deslizantes en sentido radial que gira dentro de una carcasa excéntrica. Las paletas se adaptan a la carcasa impulsando el aceite hacia delante.

De pistones. Una serie de émbolos impulsan el aceite dentro de los pistones o cilindros. Un sistema de válvulas impide que el aceite retroceda. Este tipo de bombas consigue mayores presiones que los otros debido a sus mejores ajustes constructivos.

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B.5.- Elementos de trabajo: Cilindros y Motores

Los elementos de actuación son componentes que transforman la energía hidráulica en energía mecánica.

B.5.1. Cilindros

Los cilindros transforman la energía hidráulica en energía mecánica lineal. Son unos de los actuadores más utilizados cuando se necesita obtener una gran fuerza.

Su estructura, funcionamiento y tipos de cilindros son iguales que los cilindros neumáticos (Ver apartado A.6)

Una ventaja importante de los cilindros hidráulicos sobre los neumáticos es que se puede controlar la velocidad de salida del vástago, debido a que el aceite no es compresible.

Una aplicación de los cilindros hidráulicos de simple efecto son los camiones volquete, donde se empuja la caja hacia arriba por la presión del aceite. El movimiento descendente se realiza por gravedad.Por otro lado una aplicación típica de los cilindros de doble efecto son las palas excavadoras, donde es necesario que la pala pueda hacer fuerza en ambos sentidos.

B.5.2.- Motores

Los motores transforman la energía hidráulica en energía mecánica de rotación.

B.6.- Elementos de mando: Válvulas

Las válvulas en hidráulica tienen la misma misión y el mismo símbolo normalizado que las válvulas neumáticas. (Ver apartado A.7)

B.7.- Conducciones y conexiones hidráulicas

En las instalaciones hidráulicas para conducir el aceite hasta los puntos de utilización se usan diferentes tipos de tubos:

Tubos de acero. Se usan en las partes de la instalación que no van a sufrir modificaciones Mangueras. Son tubos flexibles fabricados con capas de caucho sintético. Se emplea en las

conexiones de elementos sujetos a movimiento.

Al igual que sucedía en los circuitos neumáticos, se emplean racores para la unión entre distintos componentes de la instalación.

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ANEXO: Problemas de neumática e hidráulica

C.1.- Fuerza ejercida por el vástago

Para determinar la fuerza ejercida por el vástago, distinguiremos entre los cilindros de simple efecto y los de doble efecto.

Cilindro de simple efecto

Como ya sabemos, el cilindro de simple efecto sólo efectúa trabajo útil durante la carrera de avance.Así, cuando el aire comprimido penetra por la abertura A del cilindro, la fuerza efectiva, Fe (en N) ejercida por el vástago dependerá de la presión del aire P (en Pa) y del diámetro del émbolo D (en m). Solo estos datos básicos, habrá que tener en cuenta 2 condicionantes más:

La resistencia E (en N) que opone el resorte al desplazamiento del émbolo El rendimiento η del cilindro

Como hemos visto, la fuerza (teórica) responde a la siguiente expresión:

Fteorica = Presión . Superficie = P . S = P. (π D2/4)

Siendo S = Superficie del émbolo = π R2 = π D2/4 (en m2)D= Diámetro del émbolo (en m)

Teniendo en cuenta los condicionantes antes indicados, la fuerza efectiva responde a la siguiente expresión:

Fe = η. (Fteorica – E) = η. ( P. S – E ) = η. (P. (π D2/4) – E) (en N)

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Cilindro de doble efecto

Este tipo de actuadotes efectúan trabajo útil o efectivo tanto en la carrera de avance como en la de retroceso.Al penetrar el aire por la abertura A, se produce la carrera de avance. Como no existe muelle de retorno, la fuerza efectiva de avance (Fea) ejercida por el vástago resulta ser:

Fea = η. Fteorica = η. P. (π D2/4) (en N)

Cuando el aire penetra por la abertura B, se produce la carrera de retroceso. La fuerza efectiva de retroceso (Fer) se calcula deduciendo la superficie que ocupa el vástago de la superficie total del émbolo.

Sr = Superficie de retroceso = π R2 – πr2 = π D2/4 - π d2/4 = π (D2 – d2)/4 (en m2)D = Diámetro del émbolo (en m)d = Diámetro del vástago (en m)

Por lo tanto.Fer = η . P. [ π (D2 – d2)/4 ] (en N)

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C.2.- Consumo de aire

Por consumo de aire se entiende el volumen de aire comprimido que absorbe el cilindro en su movimiento.

Cilindro de simple efecto

En el caso de un cilindro de simple efecto, este movimiento se limita a la carrera de avance. Su cálculo es sencillo ya que basta multiplicar la superficie S del émbolo por el recorrido e

V = S. e = (π D2/4) . e (en m3)

Cilindro de doble efecto

En el caso de un cilindro de doble efecto, hemos de considerar la carrera de avance y la retroceso. Por tanto, el volumen total será la suma de los volúmenes empleados en cada uno de los movimientos.

En el avance: Va = S. e = (π D2/4) . e (en m3)

En el retroceso: Vr = (S – s) . e = [π (D2 – d2)/4] . e (en m3)

D = Diámetro del émbolo (en m)d = Diámetro del vástago (en m)

El volumen total de aire comprimido empleado será:

Vt = Va + Vr = (π D2/4) . e + [π (D2 – d2)/4] . e = [π (2D2 – d2)/4] . e (en m3)

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Ejercicios de neumática

1.- Calcula la fuerza efectiva que ejerce un cilindro de simple efecto en la carrera de avance sabiendo que el émbolo tiene un diámetro de 20mm y el vástago de 5mm; la presión del aire comprimido es de 10 bar, la fuerza que ejerce el muelle es de 70N y el rendimiento del 80%. Fa= 195 N;

2.- Se dispone de un cilindro de simple efecto cuyo émbolo tiene un diámetro de 60mm y cuyo vástago tiene un diámetro de 10mm. Este cilindro posee un rendimiento del 85% cuando la presión del aceite es de 20 bar y realiza una carrera de 400mm. La fuerza del muelle es de 200 N. Calcula la fuerza ejercida por el vástago en el avance y el volumen total de aire consumido. Fa= 4747 N; Va= 1,13 litros

3.- Calcula la fuerza efectiva que ejerce un cilindro de doble efecto en las carreras de avance y retroceso sabiendo que el émbolo tiene un diámetro de 16mm y el vástago de 6mm; la presión del aire comprimido es de 10 bar y el rendimiento del 80%. Fa= 161 N; Fr= 138 N

4.- Necesitamos que el vástago de un cilindro de doble efecto, con rendimiento del 85%, efectúe una fuerza efectiva de 160N en su carrera de avance con una presión del aire de 6 bar. Calcula el diámetro del émbolo. D= 20mm

5.- Se dispone de un cilindro de doble efecto cuyo émbolo tiene un diámetro de 80mm y cuyo vástago tiene un diámetro de 10mm. Este cilindro posee un rendimiento del 80% cuando la presión del aceite es de 20 bar y realiza una carrera de 800mm. Calcula la fuerza ejercida por el vástago en el avance y el volumen total de aceite consumido. Fa= 8042 N; Va= 4 litrosVr= 3,96 litros; Vt= 7,96 litros 6.- Modelo 2006Un cilindro neumático de doble efecto tiene un émbolo de 70mm de diámetro y el vástago de 20mm de diámetro, carrera 250mm. La presión de trabajo es de 6bar. Calcula el volumen de aire que se necesita para el cilindro doble. Vt= 1,85 litros

7.- Modelo 2007Un cilindro de doble efecto tiene 60mm de diámetro y 15mm de vástago siendo la presión de trabajo de 6bar y el rendimiento de 90%. Calcular la fuerza que ejerce en el avance y el retroceso.Fa= 1527 N; Fr= 1431 N

8.- Junio 2007a) Explica el funcionamiento del circuitob) Identifica los componentes del circuito

9.- Junio 2007Un cilindro de doble efecto tiene un émbolo de 70mm de diámetro y un vástago de 25mm de diámetro, la carrera es de 4000mm y la presión de trabajo de 6bar. Calcula

a) Fuerza teórica de avance Fa= 2309 Nb) Fuerza teórica de retroceso Fr= 2014 Nc) Consumo de aire en el recorrido de avance y retroceso Va= 1,54 litros; Vr= 1,34 litros

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