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PRIMERA UNIDAD.

1. INTRODUCCION A LA MECANICA DE LOS FLUIDOS.

La Hidrulica y la Neumtica Industrial, son ramas de la mecnica de los fluidos que seocupan del diseo y funcionamiento de los sistemas Hidrulicos, Neumticos utilizadosen la industria en general.Los fluidos se emplean para la transmisin de presin, y la capacidad de estos detransmitir energa. Y ello es valido para la Hidrulica y la neumtica.La automatizacin de las maquinas, fabricas etc.., emplean una multitud de vlvulas devariadsimas clases, cilindros, bombas, motores, filtros de aceite y aire, as comosistemas complejos, cuyo diseo estabilidad y control constituyen hoy da unaaplicacin muy importante en la mecnica de fluidos.La mecnica de fluidos nace con Prandtl, que en las primera dcadas del siglo actualelabor la sntesis entre la Hidrulica practica y la Hidrodinmica terica.Cinco matemticos del siglo XVIII, Bernoulli, Clairaut, D`Alembert, Lagrange y Eulerhaban elaborado con el creciente calculo diferencial e integral una sntesisHidrodinmica perfecta; pero no haban obtenido grandes resultados prcticos. Por otraparte el tcnico Hidrulico fue desarrollando multitud de formulas empricas yexperiencias en la resolucin de los problemas que sus construcciones Hidrulicas lepresentaban. Excepcionalmente un cientfico, Reynolds, busco y hallo apoyoexperimental a sus teoras, y un tcnico Froude, busco una base fsica a susexperimentos; pero Prandtl hizo la sntesis de las investigaciones tericas de los unos yde las experiencias de los otros.

RESUMEN HISTORICO DE LA MECANICA DE FLUIDO.

NOMBRE. FECHA. APORTACION A LA HIDRAULICAArqumedes. 287 - 212 a.c. Leyes de flotacin.

Leonardo da Vinci 1452 - 1519Ecuacin de continuidad.Estudios sobre configuraciones de flujos.Sugerencias de diseos de maquinas hidrulicas.

Torricelli. 1608 1647. Salida por un orificio.Relacin entre la altura y la presin atmosfrica.

Pascal. 1623 1662. Ley de Pascal; fundamental en las transmisiones y controleshidrulicos.

Newton. 1642 1726. Ley de la viscosidad dinmica.Semejanza de modelos.

Bernoulli. 1700 1782. Teorema de Bernoulli. Conocida como ecuacin de energa oaltura de energa total.

Euler. 1707 1783.El mayor genio de la Hidrodinmica.Ecuaciones diferenciales del movimiento del flujo perfecto.Formulacin del teorema de Bernoulli.Teorema fundamental de las Tubomquinas.

D`Alembert. 1717 1783. Ecuacin diferencial de continuidad.Paradoja de D`Alembert.

Chzy. 1718 1798.Formula de Chzy de la velocidad media de la corriente de uncanal.Semejanza de los modelos en canales.

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Lagranje. 1736 1813. Funcin potencial y funcin de corriente.

Venturi. 1746 1822. Flujo en embocaduras y contracciones.Medidor de Venturi.Fourneyron. 1802 1867. Diseo de la primera turbina Hidrulica.Poiseuille. 1799 1869. Resistencia en tubos capilares:

Weisbach. 1806 1871. Formula de resistencia en tuberas.Ecuaciones de Vertederos.Froude. 1810 1879. Ley de semejanza de Froude.

Stokes. 1819 1903. Ecuaciones diferenciales de Navier-Stokes del movimiento delos fluidos viscosos.

Reynolds. 1842 1912. Diferencias entre el flujo laminar y flujo turbulento.Numero de Reynolds.Bazin. 1829 1917. Estudios de vertederos.

Joukowski. 1847 1921. Estudio del golpe de ariete.Perfiles aerodinmicos de Joukowski.

Lanchester. 1868 1945. Circulacin causa de la sustentacin.Torbellinos de herradura, causa del arrastre inducido.

Prandtl. 1875 1953. Teora de la capa limite.Fundador de la moderna mecnica de fluidos.

1.1 SISTEMAS DE UNIDADES.

DIMENSIONES: Las leyes que rigen los fenmenos de la fsica se expresan medianteecuaciones entre magnitudes fsicas, como Presin, Viscosidad, densidad relativa, PesoEspecifico... etc., que es preciso medir. La medida es un numero expresado en unsistema de unidades.Si se escogen tres magnitudes bsicas o fundamentales y se asigna una unidad a cadauna de estas tres magnitudes, las tres restantes magnitudes se denominan magnitudesderivadas. Solo tres magnitudes y unidades fundamentales son necesarias en mecnicade fluidos.

MAGNITUDES Y UNIDADES FUNDAMENTALES.

Unidad fundamentalMagnitud fundamental

Nombre. Smbolo. S.I. S. Tcnico S. inglesMasa. Kilogramo. M. Kg. U.T.M. Slug.

Longitud. Metro. L. mt. Cm. Ft.

Tiempo. Segundo. T. S. S. S.

1.2 ECUACION DE DIMENSIONES.

En el curso se utilizar exclusivamente el Sistema Ingles y especialmente el sistemainternacional, el cual es obligatorio en los principales pases y cuya adopcin definitiva

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lo ser tambin en el mundo entero. Sin embargo, hasta que este sistema se implanteexclusivamente el paso de cualquier sistema de unidades al SI seguir siendo tarea delIngeniero.Este paso es inmediato mediante la utilizacin de la ecuacin de dimensiones, mediantela cual se expresan todas las magnitudes de la fsica en funcin de tres unidadesfundamentales. nosotros utilizaremos como magnitudes fundamentales la Masa M;Longitud L; Tiempo T, cuyas dimensiones son: M, L, T.De seta forma se ha obtenido la ecuacin de dimensiones de las restantes magnitudesque intervienen en la Mecnica de los Fluidos, y que son denominadas unidadesderivadas y que pueden verse en la siguiente tabla.

ECUACION DE DIMENSIONES EN FUNCION DE: M; L; T. Y UNIDADES EN LOSSISTEMAS: INTERNACIONAL, TECNICO, INGLES.

Sistema De Unidades.Magnitud. Sm Ecuacin DeDimensiones S Internacional S. Ingles. S. Tcnico.

Aceleracin. a. L * T-2 mt/s2 Ft/s2 cm/s2.

Caudal volumtrico. Q L3 * T-1 mt3/s Ft3/s cm3/s.

Caudal msico. G M * T-1 Kg/s Lb/s gr/s.

Velocidad. v L * T-1 mt/s Ft/s cm/s.

Viscosidadcinemtica L

2 * T-1 mt2/s Ft2/s cm2/s.

Densidad. M * L3 Kg/mt3 Lb/Ft3 gr/cm3

Densidad relativa. adimensional ----- ---- ----

Fuerza. F M * L * T-2 Kg*mt/s2 = N Slug*ft/s2 = Lb gr*cm/s2 = UTM

Impulso. I M * L * T-1 Kg*mt/s Lb*ft/s gr*cm/s.

Mdulo deelasticidad. E M * L

-1 * T-2 Kg/mt*s2 Lb/ft*s2 gr/cm*s2.

Momento de inercia. Ix, Iy M * L2 Kg*mt2 Lb*ft2gr*cm2.

Par. T M * L2 * T-2 Kg*mt2/s2 = N*mt Slug*ft2/s2 = lb*ft gr*cm2/s2 =UTM*cm

Peso especfico. M * L-2 * T-2 Kg/mt2*s2 = N/mt3 Slug/ft2*s2 = Lb/ft3 gr/cm2*s2 =UTM/cm3

Potencia. Pw M * L-1 * T-3 Kg*mt2/s3 = J/s =W Lb*ft2/s3-----

Presin. P M * L-1 * T-2 Kg/mt*s2 = N/mt2

Pascal.Slug/ft*s2

=Lb/pulg2 = PSI.-----

Trabajo. W M * L2 * T-2 Kg*mt2/s2 = N*mt Lb*ft2/s2 -----

Viscosidad Dinmica. M * L-1 * T-1 Kg/mt*s Lb/ft*s -----

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1.3 CAMBIO DE UNIDADES.

El paso de un sistema de unidades a otro cualquiera es inmediato utilizando lasecuaciones de dimensiones. Solo basta conocer la equivalencia de las unidadesfundamentales del nuevo sistema con relacin al antiguo.A continuacin se entregan algunas equivalencias, que permiten con mayor facilidad laconversin de unidades.

1.4 FACTORES DE CONVERSION.

Masa Y Densidad. 1 Kg. = 2.2046 Lb.1 gr/cm3 . = 103 Kg/mt3.1 gr/cm3 . = 62.428 Lb/ft3.

1 Lb = 0.4536 Kg.1 Lb/ft3 = 0.016018 gr/cm3.1 Lb/ft3 = 16.018 Kg/mt3.

Longitud. 1 cm . = 0.3937 in.1 mt . = 3.2808 ft.

1 in = 2.54 cm.1 ft = 0.3048 mt.

Velocidad. 1 Km/h. = 0.62137 millas/h. 1 millas/h. = 1.6093 Km/h.

Volumen.1 cm3 . = 0.061024 in3.1 mt3 . = 35.315 ft3.1 litro. = 10-3 mt3.1 litro. = 0.0353 ft3.

1 in3 = 16.387 cm3.1 ft3 = 0.028317 mt3.1 gal = 0.13368 ft3.1 gal = 3.7854x10-3 mt3.

Fuerza. 1 N. = 1 Kg*mt/s2.1 N. = 0.22481 Lbf.

1 Lbf = 32.174 Lb*ft/s2.1 Lbf = 4.4482 N.

Presin. 1 Pa. = 1 Nmt2.

1 bar. = 100000 N/mt2.1 atm. = 1.01325 bar.

1 Lbf/in2 = 6894.8 Pa.1 Lbf/in2 = 144 Lbf/ft2.1 atm = 14.696 Lbf/in2

Trabajo.1 J = 1 N*mt1 KJ = 737.56 Lbf * Ft1 KJ = 0.9478 Btu.1 KJ/Kg = 0.42992 Btu/Lb.

1 Lbf * Ft = 1.35582 J.1 Btu = 778 Lbf*Ft.1 Btu = 1.0551 KJ.1 Btu/Lb = 2.326 KJ/Kg.1 Kcal = 401868 Kj.

Potencia.1 W = 1J/s.1 W = 3.413 Btu/h.1 Kw = 1.341 Hp.

1 Btu/h = 0.293 W.1 Hp = 2545 Btu/h.1 Hp = 550 Lbf*ft/s.1 Hp = 0.7457 Kw.

Constante universal. R =8.314 KJ/ Kmol K.1445 Lbf*Ft/Lbmol R.848 Kgf*mt/Kmol K.

Aceleracin degravedad. g = 9.81 mt/s

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32.2 Ft/s2

Presin atmosfrica. 1 atm = 1.013 bar.14.7 Lbf/in2

Relaciones detemperatura.

T (R) = 1.8 T (K) T (C) =T(K) 273.15 T (F) = T(R) 460. T (F) = 1.8T(C) + 32.

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS.

2. FLUIDO.

Es aquella sustancia que debido a su poca cohesin intermolecular, carece de formapropia y adopta la forma del recipiente que los contiene.Los fluidos se dividen en lquidos y gases.Los fluidos a una presin y temperatura determinadas ocupan un volumen determinado.Introducido el liquido en un recipiente adopta la forma del mismo. Si sobre el recipientese ejerce una presin, como por ejemplo, la atmosfrica, el liquido adopta una formaplana.Los gases a una presin y temperatura determinada tienen tambin un volumendeterminado, pero puestos en libertad, se expansionan hasta ocupar el volumencompleto del recipiente que lo contiene, y no presentan superficie libre.En resumen: los slidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen; loslquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma; y los gasesofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen.Por lo tanto, el comportamiento de lquidos y gases es anlogo en conductos cerrados(tuberas), porque solo los lquidos son capases de crear una superficie libre.En general los slidos y los lquidos son poca compresibles y los gases muycompresibles; pero ningn cuerpo (slido, liquido o gaseoso) es estrictamenteincompresible.

Hay innumerables problemas que se resuelven aceptablemente eningeniera, suponiendo que el fluido es incompresible. Estos problemas seestudian en la mecnica de fluidos incompresibles.Los restantes problemas forman la mecnica de fluido compresibles y seestudian en la termodinmica.

2.1 DENSIDAD ABSOLUTA:

La densidad de un fluida es la masa por unidad de volumen.La densidad de un fluido es funcin de la temperatura y la presin. La variacin de ladensidad absoluta de los lquidos es muy pequea, salvo a presiones relativamentealtas y para todos los clculos prcticos esta pequea variacin puede despreciase.

= M / V. M = Masa del fluido.V = Volumen del fluido.

Ejemplo:La densidad del agua destilada a la presin atmosfrica y una temperatura de 4C esmxima e igual aproximadamente;

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H20 = 1000Kg/ mt3, H20 = 1 gr/cm3, H20 = 62.428 Lb/ft3.

2.2 PESO ESPECIFICO:

El peso especifico de un fluido, corresponde al peso por unidad de volumen.El peso especifico es funcin de la temperatura y de la presin aunque en lquidos novaria prcticamente con esta ultima.

= W / V.

W = Peso del fluido.V = Volumen del fluido.

(a) W = M * g.(b) = M / V.(c) M = * V.

Por lo tanto: = * V * g. V

= * g.

Ejemplo:El peso especifico del agua es de:

H2O = 9800 N/mt3.

2.3 DENSIDAD RELATIVA:

Es la relacin entre la masa de un cuerpo a la masa de un mismo volumen de agua a lapresin atmosfrica y un temperatura de 4C. Esta relacin es igual a la de los pesosespecficos del cuerpo en cuestin y del agua en las mismas condiciones. La densidadrelativa es una magnitud adimensional.

= S / H20. = S / H2OEjemplo:

H2O = 1000 Kg / mt3 . H2O = 1. 1000 Kg / mt3

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DENSIDAD RELATIVA DE ALGUNOS LIQUIDOS.

Liquido. Densidad relativa. T C.Agua dulce. 1 4Agua de mar. 1.02 1.03 4Petrleo bruto ligero. 0.86 0.88 15Petrleo bruto medio. 0.88 0.90 15Petrleo bruto pesado. 0.92 0.93 15Kerosene. 0.79 0.82 15Gasolina ordinaria. 0.70 0.75 15Aceite lubricante. 0.89 0.92 15Feul-oil. 0.89 0.94 15Alcohol sin agua. 0.79 0.80 15Glicerina. 1.26 0Mercurio. 13.6 0

DENSIDAD, VISCOSIDAD DINAMICA Y CINEMATIACA DEL AGUA EN FUNCIONDE LA TEMPERATURA.

Temperatura. Densidad.Kg / mt3.Viscosidad dinmica

105 kg / mt*s.Viscosidad cinemtica

106 mt2 / s = cSt0 999.8 178.7 1.7872 999.9 167.1 1.6714 1.000 156.2 1.5626 999.9 146.4 1.4648 999.8 137.6 1.37510 999.7 130.5 1.30712 999.4 122.6 1.22714 999.2 116.1 1.16316 998.9 110.4 1.10618 9998.5 105.2 1.05320 998.2 100.2 1.003822 997.7 95.5 0.95724 997.2 91.1 0.91426 996.6 87.2 0.87528 996.1 83.4 0.83730 995.7 79.7 0.80132 994.9 76.4 0.76834 994.2 74.1 0.74536 993.4 70 0.70538 992.8 68 0.68540 992.2 65.3 0.65845 990.2 59.8 0.60450 988 54.8 0.55455 985.7 50.5 0.51260 983.2 46.7 0.47565 980.6 43.4 0.44370 977.8 40.4 0.41375 974.8 37.8 0.38880 971.8 35.5 0.36585 968.6 33.4 0.34590 965.3 31.5 0.32695 961.8 29.8 0.310

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100 958.4 28.2 0.295150 916.9 18.6 0.205200 864.6 13.6 0.161250 799.2 10.9 0.14300 712.4 8.91 0.132

2.4 VOLUMEN ESPECIFICO:

El volumen especifico es el reciproco de la densidad absoluta.

v = 1 /

As el volumen especifico del agua destilada a la presin atmosfrica y una temperaturade 4 C es aproximadamente igual 0.001 mt3 / kg. Es interesante observar que ladensidad del aire en igual condicin de presin y temperatura es aproximadamente 1.3kg / mt3 y su volumen especifico es de 1/1.3 kg / mt3 ; es decir, 1 kg de aire ocupaaproximadamente 800 veces ms espacio que 1 kg de aire.

2.5 VISCOSIDAD.

La viscosidad se entiende como la caracterstica de un fluido hidrulico de ofrecer unaresistencia al desplazamiento laminar reciproco de dos capas vecinas de fluidohidrulico.La magnitud caracterstica ms importante al seleccionar un fluidos hidrulico es laviscosidad. No caracteriza la calidad de un fluido, sino de indica la conducta del fluidohidrulico a una determinada temperatura de referencia. Para la seleccin decomponentes hidrulicos es muy importante considerar los valores mximos y mnimosde viscosidad indicados en la documentacin del fabricante de componenteshidrulicos.

2.5.1 VISCOSIDAD DINAMICA:

Un slido puede soportar esfuerzos normales de dos clases: de presin y contraccin.Un liquido puede soportar esfuerzos de compresin pero no de traccin. Los slidos ylos fluidos pueden estar sometidos tambin a esfuerzos cortantes y tangenciales. Enellos la fuerza es paralela sobre el rea que acta.En los fluidos la deformacin aumenta constantemente bajo la accin del esfuerzocortante, por pequeo que ste sea.Entre las molculas de un fluido existen fuerzas moleculares que se denominan fuerzasde cohesin. Al desplazarse unas molculas con relacin a las otras se produce acausas de ellas una friccin. Por otra parte entre las molculas de un fluido en contactocon un slido y las molculas del slido existen fuerzas moleculares que se denominanfuerzas de adherencia. El coeficiente de friccin interna del fluido se denominaviscosidad y se designa con la letra .

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2.5.2 VISCOCIDAD CINEMATICA:

En hidrodinmica interviene junto con las fuerzas debidas a la viscosidad de las fuerzasde inercia, que dependen de la densidad. Por eso tiene un significado importante laviscosidad dinmica referida a la viscosidad dinmica referida a la densidad, o sea larelacin de la viscosidad dinmica a la densidad , que se denomina viscosidadcinemtica.

= / .

Unidad: 1 = 1 mt2/s.En la practica se ha utilizado mucho mas el Stoke (St) = 1 cm2 /s.

1 cSt = 10-2 St = 10-6 mt2/s.

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PRESION.

3. DEFINICION Y PROPIEDADES.

La presin ejercida por un cuerpo, sobre una superficie horizontal de rea A, debida a lafuerza vertical W, esta definida por la siguiente ecuacin:

P = W / A

En la practica, la presin generada por una columna de liquido es funcin de la alturaequivalente, expresada con frecuencia como la presin en altura equivalente; porejemplo: en mt de columna de agua, en mm de columna de mercurio.A continuacin se deduce una ecuacin, que permite pasar fcilmente de una presinexpresada en columna equivalente de un fluido a la expresada en unidades de presinde un sistema cualquiera.

P = W / A = V**g / A = A*h**g / A

P = *g*h

P = Kg/mt3 * mt/s2 * mt

P = N/mt2 = Pascal.

3.1 PRESION ATMOSFERICA:

Sobre la superficie libre de un liquido reina la presin de aire o gas que sobre ellaexiste. Esta presin puede adquirir un valor cualquiera en un recipiente cerrado, pero siel recipiente se encuentra abierto, sobre la superficie libre del liquido reina la presinatmosfrica.La presin atmosfrica varia con la temperatura y la altitud. La presin media normal a0 C y a nivel del mar es de 760 Torr = 1.01396 bar y se llama atmsfera normal.Las presiones absolutas se miden con relacin al 0 absoluto (vaco total 100% devaco) y las presiones relativas (presin Manmetrica y presin Vacuomtrica) se midencon relacin a la presin atmosfrica.La mayora de los manmetros estn construidos de manera que solo miden presionesrelativas con relacin a la atmsfera local. Para determinar la presin absoluta habrque sumar a la presin leda en el manmetro la presin atmosfrica local con unBarmetro:

P absoluta = Prelativa + P atm.

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Pe = P. Relativa. Manmetrica P. absoluta. P. absoluta. Pe = P. Relativa. Manmetrica.

P = atmosfera tcnica. P = 1 bar.

0 % de vaco.

Pe = P. Relativa. Pe = P. Relativa. Pamb= 700Torr P = -6 m.c.a. Vacuomtrica Vacuomtrica ( P Manometrica) Pamb = P. Baromtrica

Pamb = 1.013 bar. 63.03 % Vaco Pabs = 3.52 m.c.a.

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SEGUNDA UNIDAD.

4. PRINCIPIOS DE LA NEUMATICA.

4.1. FUNDAMENTOS FISICOS DE PREPARACION DE AIRE.

En neumtica, se trabaja con nuestra mezcla gaseosa terrestre que es el aire. Por ellodeben aclarados y descritos algunos fenmenos tpicos que continuamente encontramosen la practica.El aire es una mezcla gaseosa que se compone esencialmente de dos gases:

NITROGENO (N2), aproximadamente el 78% del volumen.OXIGENO (O2), aproximadamente el 21% del volumen.

Adems contiene en pequeas cantidades: Dixido de carbono, Argn, Hidrgeno, Nen,Helio, Criptn, Xenn. Aparte de estos gases, el aire que nos rodea posee un tanto porciento de vapor de agua (humedad). El aire esta compuesto por molculas gaseosas, lasque se encuentran conformadas por grupos de tomos. Como modelo podemosimaginarnos las molculas gaseosas como diminutas bolitas elsticas. En 1 cm3, seencuentran una cantidad increblemente grande de ellas (27*1018).Las molculas gaseosas no se encuentran en reposo, sino que se encuentran en intensomovimiento, chocando entre si continuamente. Debido a este movimiento, nos explicamospor qu un gas ocupa continuamente todo el espacio disponible en el recipiente que locontiene. Las molculas del gas chocan ininterrumpidamente contra las paredes delrecipiente originando una presin.

4.2 . NEUMATICA.

Los trminos Neumtico y Neumtica proviene de la palabra griega PNEUMA, quesignifica aliento o soplo. En su acepcin original, la neumtica se ocupaba de la dinmicadel aire y de los fenmenos gaseosos, pero la tcnica ha creado de ella un conceptopropio, pues en neumtica solo se habla de la aplicacin de la sobrepresin o de la depresin.La mayora de las tcnicas Neumticas se basan en el aprovechamiento de la energa dela sobrepresin, previamente generada, respecto a la presin atmosfrica. El portador dela energa es el aire comprimido. El termino aire a presin empleado antes, solo se utilizaen la actualidad en casos aislados y relacionados con otros conceptos; en la neumtica,segn las normas, se dice exclusivamente aire comprimido.La Neumtica moderna, con sus mltiples posibilidades de aplicacin, se inicio enAlemania a partir de 1950 para completar las tcnicas ya acreditadas. Entretanto, laneumtica se ha revelado como una eficaz y extensa rama de la tcnica, ofreciendoce enel mercado un amplio y maduro programa, que con toda seguridad se ampliara en elfuturo; estando caracterizado el continuo crecimiento de la Neumtica por el desarrolloresiente de aparatos y la apertura de nuevos campos de aplicacin.

La utilizacin practica y correcta de los mandos neumticos presupone el conocimiento delos elementos individuales y su funcionamiento, as como las posibilidades de su unin.Como todo en la tcnica, cada elemento y mando neumtico tiene un limite de aplicacin,limite que en la neumtica no siempre puede definirse correctamente, por depender, en

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general, de muchos factores. La capacidad de inventiva del investigador para construir unmando especial, viene ayudada en mucho por la misma neumtica, debido a que conpocos medios auxiliares es posible hacer el montaje provisional de un mando neumtico.

Los sistemas Neumticos de mando, consumen aire comprimido que debe estardisponible con el caudal suficiente y con una presin determinada segn el rendimientodel trabajo. El tcnico neumtico conecta su instalacin a la red de aire comprimido, yaque la produccin del mismo no pertenece a su campo de trabajo y presupone laexistencia de suficiente aire comprimido pero con la primera aplicacin de la neumticasurge el tema de la instalacin productora de aire comprimido.

4.2.1. GENERALIDADES DEL AIRE COMPRIMIDO.

El aire comprimido constituye en realidad una forma de transporte de energa y suutilizacin se ha ido imponiendo paulatinamente hoy en da.Sera interesante investigar los motivos de tal evolucin circunscribiendo nuestro accionara las caractersticas que ste presenta.Sera tambin oportuno anticipar la posibilidades que existan tanto caractersticasdeseables como indeseables; como por ejemplo:

4.2.2. CARACTERISTICAS Y CONSECUENCIAS:

! Se trata de un medio elstico, as que permite su compresin.

! Una vez comprimido puede almacenarse en recipientes.

! Esta posibilidad de almacenamiento hace que su transporte se interprete de dosformas: una por conductos de tuberas y otra en pequeos recipientes preparadosa tal efecto.

! An comprimido el aire no posee caractersticas explosivas, esta particularsituacin hace de la tcnica neumtica un aliado fundamental en casos deseguridad. Adems no existen riesgos de chispas o cargas electrostticas.

! La velocidad de los actuadores neumticos es razonablemente alta (en trminosindustriales) y su regulacin es posible realizarla fcilmente y en forma continua(con ciertas restricciones).

! La compresibilidad del aire no compromete los circuitos debido a los golpes deariete y adems las sobrecargas a que se someten no constituyen situacionespeligras o que provoquen daos permanentes en el material.

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! Los cambios de temperatura no modifican su prestacin en forma significativa y noproduce calor por si mismo.

! Requiere instalaciones especiales para la recuperacin del fluido utilizado (aire).

! Normalmente se trata de una tcnica limpia (desde el punto de vista macroscpico)caracterstica que unida a la seguridad, ya mencionada, proporciona unaherramienta eficaz en muchisimos procesos industriales.

! La limpieza caracterstica a la que nos referimos antes, se va perdiendo a medidaque miramos el aire en detalle. Efectivamente, en dimensin microscpica, el airepresenta impurezas que, para su uso satisfactorio, deben eliminarse. Es decir: elaire tal cual lo tomamos de la atmsfera, no sirve, motivo por el cual debemossometerlos a ciertos tratamientos que conocemos como: preparacin del airecomprimido.

! Los movimientos de los actuadores neumticos no son rigurosamente regulares niconstante debido a la calidad elstica del aire, estas inexactitudes van en aumentoen la medida que la velocidad de dichos elementos se hace mas lenta.

! Las presiones en que ordinariamente se trabaja con estos elementos hace que lafuerza mxima rentable est comprendida alrededor de 2 a 3 toneladas.

! Otros de los inconvenientes que se presenta con esta tcnica es el ruido queprovoca la descarga del aire ya utilizado a la atmsfera. Este inconveniente puedeevitarse razonablemente con silenciadores. Cabe aclarar que el aire de descargapodra estar contaminado y que por lo tanto no sigue manteniendo vigentes todaslas propiedades que tenia cuando se lo aspir.

Las caractersticas hasta ahora estudiadas corresponden a temas tcnicos, sin embargoes necesario tambin tocar un tema ineludible: la consideracin econmica.

4.2.3. CONSIDERACIONES ECONOMICAS:

! Aqu la situacin es relativamente compleja pues para hablar del costo deutilizacin del aire comprimido es necesario definir el punto desde el cualhabramos de comenzar a hacer nuestra cuenta; analizar cuantas posibilidades dereemplazar, con las mismas garantas, nuestra aplicacin neumtica por otra qued el mismo resultado, y de que forma se estara usando (en promedio) la estacinde compresin.

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! Puede demostrarse que el costo en mt3 de aire aspirado por una estacin decompresin, considera los siguientes conceptos:1.- Amortizacin.2.- Mantenimiento.3.- Reparacin de toda la instalacin.4.- Consumo de energa elctrica.5.- Aceites y otros lubricantes.

! Si bien es conocido el costo por mt3 de aire aspirado, no tenemos idea de quepodemos hacer con l, y por lo tanto no es posible realizar comparacionespracticas y sencillas con los costos de otras tcnicas.

! Con el objeto de hacerlas, se considera un ejemplo practico de automatizacinneumtica.

En primer lugar diremos que el costo de aire aspirado por mt3 oscila alrededor de0.025 US $.Sea entonces, el dispositivo de la figura siguiente en el que un cilindro de 50 mm.de dimetro eleva una carga de 2500 N (250 Kg.)a una distancia de 250 mm...,obtenida la altura correspondiente opera el otro actuador descargando el paquetehacia una hilera de rodillos donde debe empujar los paquetes anteriormenteestacionados. El dimetro del segundo actuador es de 25 mm., su carrera es de25 mm, y debe desarrollar una fuerza de 250 N.La presin de trabajo en el sistema es de 600 Kpa. (6bar.)

El consumo de aire (cantidad de aire que debe aspirar el compresor) para realizarun ciclo de trabajo en el sistema mostrado es de 8litros.Conociendo el costo de un mt3 y la cantidad consumida para realizar un ciclo detrabajo, se puede determinar de la siguiente forma:

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1. Cantidad de ciclos por mt3 de aire = 1000 litros = 125 ciclos. 8 litros /ciclo

2. Costo de cada ciclo = 0.025 US$ = 0.0002 US$ / ciclo. 125 ciclos

! A grandes rasgos podemos decir que efectuando una comparacin resultaalrededor de 40 veces menor que la mano de obra directa, varias veces mayorque el costo elctrico y significativamente menor que el hidrulico.Existen sin embargo factores que pueden alterar notablemente la posicin relativaantes mencionada, entre ellas se encuentran:

1. una instalacin con defectos de diseo y montaje. Lamentablemente esbastante frecuente encontrar instalaciones que presentan defectos de diseo oincorrectas soluciones de montaje.

2. Las perdidas de aire, heridas casi habituales que crecen a medida quedisminuyen los cuidados en la instalacin.

En el primer caso se impone corregir los defectos una vez localizados y en elsegundo tomar precauciones tanto de diseo como de utilizacin para evitarlas.Un ejemplo nos permitir recrear con mas exactitud la realidad.Supongamos que una tubera que mantiene una presin de 600 Kpa (6bar); (88psi), localizamos un orificio de 3 mm de dimetro. Entonces nos preguntamos:

(a) Que volumen de aire en la atmsfera por minuto.?

Del grfico de la figura obtenemos que para 3 mm de dimetro, y para una presinde trabajo de 6 bar, tendremos una perdida de:

Caudal de perdida = 0.63 mt3 Min.

(b) y en una hora.?

Volumen perdido = 0.63 mt3 / min. * 60 min. = 37.8 mt3.

3. Cuantos movimientos podran haberse efectuado con el dispositivo de lafigura con ese volumen de aire.?

Cantidad de mov/hora = 125 mov * 37.8 mt3 = 4725 mov/hora. 1 mt3

si encontramos una jornada de 8 horas se habra perdido la posibilidad de realizarnada menos que:

4725 mov/hora * 8 horas = 37800 mov.

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37800 movimientos con la perdida producida por un orificio de 3 mm de dimetro.Es necesario a esa altura del desarrollo, considerar seriamente las incorreccionesque provoquen cualquier tipo de perdidas por pequeas que estas sean yeliminarlas.

600 Kpa. (6bar)10-3mt3/s mt3/mi 400Kpa.(4bar)30

25 1.5

20 200Kpa.(2bar)

115

100Kpa.(1bar)

100.50.4

5 0.30.20.1

2 3 4 5 6 7 mm.

ABACO PARA LA DETERMINACION DEL CAUDAL DE PERDIDA EN FUNCION DE LAPRESION Y EL DIAMETRO EQUIVALENTE.

4.3. REDES PRINCIPALES:

La idea de distribuir el aire comprimido es algo que surgi hace ya bastante tiempo. Unade las distribucin mas espectaculares que se hicieron fue la que se llev a cabo, en elao 1885. En ese entonces hubo que enfrentar el problema que significaba hacer llegar elaire comprimido a cada boca de consumo.La distribucin de aire reviste bastante importancia en la industria pues con el estnrelacionados los siguientes temas: Tipos de Red, Material de la Tubera, Tipos de unin,Dimensiones, Perdidas de Carga, Accesorios, Formas de montaje, etc.

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4.3.1. REDES CARACTERISTICAS:

Se reconoce como red de distribucin de aire comprimido al sistema de tubos que permitetransportar la energa de presin neumtica hasta el punto de utilizacin.Sobre esta definicin cabe realizar una serie de aclaraciones, pues desde el punto de vistadel ambiente podemos dividir la instalacin en: Externa o Interna (intemperie y bajocubierta respectivamente).Desde el punto de vista de la posicin, esta puede ser area o subterrnea, y desde elpunto de vista de la ptica esta distribucin puede ser Primaria o Secundaria.

Las redes de distribucin se dividen en tres grandes grupos. (aunque en la realidadpueden aparecer combinados total o parcialmente).

1. RED ABIERTA: En este tipo de distribucin, el aire avanza a la vez que se vanabasteciendo los consumos. Este tipo de red requiere poca inversin inicial peroesta expuesta a una severa perdida de carga (medida entre el principio y el final dela tubera).Cualquier actividad que implica mantenimiento o modificacin parcial del sistemaneumtico, obliga a detener el suministro, como tambin la produccin, etc...

2. RED CERRADA O ANULAR: Se destaca por su construccin en circuito cerrado.Su caracterstica principal de construccin, es que, un consumidor estaraabastecido desde cualquiera de los dos direcciones posibles. La perdida de cargaque se genera en este tipo de red, es mucho menor que el anterior.Por otra parte, la inversin inicial es mayor, aunque esta se ve retribuida pues laelasticidad operativa es superior. Las operaciones de mantenimiento son aqu maselsticas pero an incmodas. De todas formas siempre es recomendable estetipo de red a la anterior.

3. RED INTERCONECTADA: en este tipo de red las perdidas de carga se venreducidas al mnimo y dada la geometra de la red podemos aislar con facilidad lostramos a objeto de modificacin o mantenimiento.

4.3.2. AIRE COMPRIMIDO EXENTO DE ACEITE:

En las industrias transformadoras de alimentos, elaboracin de cosmticos y productosfarmacuticos se requiere aire comprimido sin agua y adems exento de aceite. Loscompresores normales suministran aire comprimido ms o menos impurificado con unafina niebla de aceite procedente de la lubricacin del compresor.Para estos casos, la industria ofrece compresores de construccin especial, quesuministran el aire comprimido desprovisto de aceite. El agua contenida en el aire tambindebe ser separada despus de la compresin. Si se exige la mxima pureza en el aire, seemplean filtros de absorcin acoplados despus del compresor que retienen el aceitecontenido en el aire comprimido. Para el secado de aire se requieren medidascomplementarias.

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5. CARACTERISTICAS DE LOS GASES.

5.1. HUMEDAD DEL AIRE:

En el aire se encuentran permanentemente pequeas cantidades de agua en forma devapor; estas cantidades varan con la temperatura.A medida que la temperatura aumenta, aumenta tambin la posibilidad de que haya mayorcantidad de agua en el aire.Si consiguiramos dejar constante la temperatura, mientras entregamos agua a una masade aire, veramos que esta entrega tendra un lmite ms all del cual el agua no esaceptada. Este fenmeno se conoce como saturacin.

En muchos casos interesa saber que cantidad de agua tiene un volumen de aire. Esto eslo que se conoce como Humedad Absoluta; y se calcula:

H. AB = Cantidad de agua. Cantidad de aire.

Debido a la caracterstica del aire de incorporar agua a su masa, cabe suponer que parauna temperatura y presin fija el contenido de aquella vara entre cero (aire seco) y toda laque pueda contener (aire saturado).Esta situacin, de posibilidad de variacin, nos conduce a la necesidad de conocer queporcentaje de esa capacidad (de incorporar agua a su masa) ha sido usada. La solucinnos da la humedad relativa, que relaciona la cantidad de agua que tiene el aire con la quepodra tener si estuviera saturado. ( frecuentemente expresado en porcentaje).Para una temperatura y presin conocidas, se calcula:

H. RE = Humedad absoluta * 100. Humedad de saturacin.

El grfico de la figura muestra la cantidad de agua en g/mt3 para distintas temperaturas.Como se puede observar, a 30C. (303K), el aire tiene la posibilidad de contener hasta30g/mt3.

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Humedad absoluta g/mt3.

40

35100

3080

60 25

40 20Humedad relativa (%)

20 15

10

5

0 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 C

CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA PARA AIRE NO SATURADO.

5.2. PRESION ABSOLUTA Y PRESION RELATIVA:

Considerando que la tierra posee un medio ambiente donde se ha desarrollado unapresin de 1 bar, pero sin percibirla, nuestras primeras mediciones tomaron comoreferencia est presin.Este es el motivo por el cual, cualquier valor de presin que sea superior a la atmosfricala conocemos como presin (o sobre presin) y a cualquier valor de presin que este pordebajo de la atmosfrica la reconocemos como vaco (o depresin).Segn sea la referencia que tomemos para medir la presin, estaremos en presencia deuna medida absoluta o relativa.

! Es decir: la presin relativa es aquella medida de presin que toma comoreferencia a la presin atmosfrica.

! La presin absoluta es aquella medida de presin que toma como referencia alcero absoluto de presin.

5.3. TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCIO:

Este concepto es muy importante para manejarse acertadamente ya sea que el aire estecomprimido o no.Si una muestra cualquiera de aire es sometida a un enfriamiento sin que vare sucontenido de agua, ha de llegar un momento en que se consigue la saturacin. En ese

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momento estamos en el punto de roco y la temperatura a la que este fenmeno severifica se llama Temperatura de Punto de Roco.Como existe una variacin de la humedad de saturacin cuando aumenta la presin,tambin hay una variacin del punto de roco.El grfico de la figura muestra las equivalencias correspondientes.Por ejemplo: si hemos obtenido una temperatura de punto de roco de 10C a 7 barrelativos, el grfico nos muestra que equivale a una temperatura de punto de roco de17C a presin atmosfrica.Note que este concepto es una forma de medir la humedad de una mezcla aire - vapor deagua, en otras palabras la humedad del aire atmosfrico.

PRESION PUNTO DE ROCIO C.504030 PRESION RELATIVA.100-10-20-30-40-50

-50 -40 -30 -20 -17 -10 0 10 20 30 40

PUNTO DE ROCIO C ATMOSFERICO.

5.4. COMPORTAMIENTO DEL AGUA DURANTE LA COMPRESION:

El aire a pesar de comprimirse sigue teniendo la misma cantidad de agua por unidad devolumen. Si tomamos una muestra de aire, en determinadas condiciones de temperatura yhumedad relativa, y lo comenzamos a comprimir, sucede lo siguiente:Si la muestra no est saturada, distinguimos dos etapas, a saber:

a) Antes de alcanzar la saturacin:

" La humedad absoluta permanece constante." La humedad de saturacin disminuye." La humedad relativa aumenta." El punto de roco aumenta.

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b) Una vez que la saturacin es alcanzada:

" La humedad absoluta disminuye." La humedad de saturacin sigue disminuyendo." La humedad relativa es constante e igual al 100%." El punto de roco permanece constante." Se elimina el agua. (en estado liquido).

De acuerdo a lo anterior podemos decir, que es mas conveniente tratar el aire una vezcomprimido que antes de la compresin.En el grfico se observan dos juegos de curvas, uno de ellos, el de la izquierda aire nosaturado, y el de la derecha, aire saturado.

Lado no saturado. 40 Lado saturado.

35 0 1

30 2

25 3

4

5

20 67

15 8 (bar) G.

Mt3 10

5

0

-20 - 10 0 10 20 30 40 50 60 C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 C

CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA PARA AIRE NO SATURADO Y SATURADO ADISTINTAS PRESIONES.

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6. TIPOS DE COMPRESORES.

6.1. INTRODUCCION:

Los sistemas neumticos de mando consumen aire comprimido, que debe estardisponible en el caudal suficiente y con una presin determinada segn el rendimiento deltrabajo. El tcnico neumtico conecta su instalacin a la red de aire comprimido, ya quenormalmente la produccin de aire comprimido del mismo no pertenece a su campo detrabajo y supone la existencia de suficiente aire comprimido pero con la primera aplicacinde la neumtica surge el tema de la instalacin productora de aire comprimido.El grupo principal de una instalacin productora de aire comprimido es el compresor, delque existen varios tipos para las distintas posibilidades de utilizacin.

Se llama compresor a toda maquina que impulsa aire, gas o vapor, ejerciendo influenciasobre la presin.

Los compresores se valoran por el caudal suministrado en litros/min. (para compresorespequeos) o en mt3/min, y por la relacin de compresin, siendo esta ultima la presinalcanzada en Kg/cm2, bar. psi. Los caudales suministrados pueden medir desde pocoslitros/min. hasta mas de 50000 mt3, segn el tipo; las presiones finales ascienden desdepocos mm columnas de agua hasta 25 bar. Para neumtica slo son aptos una parte delos distintos tipos de compresores, condicionado por la presin de trabajo requerida. Lossistemas de mando trabajan normalmente con aire comprimido a 4 6 bar. El limiteinferior se halla en los 2 3 bar, y el superior en los 12 15 bar. En casos especiales esposible rebasar el valor mximo o quedar por debajo del valor mnimo; pero estossistemas de mando son aplicaciones especiales, como las que es posible encontrar demanera aislada en todos los dominios de la tcnica.

6.2. TIPOS DE COMPRESORES:

Segn el tipo de ejecucin, se distinguen entre compresores de embolo y compresores decaudal, que a su vez se subdividen en muchos subgrupos. Los compresores de caudal seutilizan en aquellos casos en que se precisa el suministro de grandes caudales con unapequea presin final, indicndose como econmico el empleo de estos compresores consuministros de 600 litros/min. aproximadamente. Las presiones necesarias en neumticase consiguen con ejecuciones de una etapa o de varias etapas; por lo que en la practica,los compresores de caudal apenas se utilizan en neumtica. El la practica, loscompresores mas empleados y que han dado mejor resultado en las instalacionesproductoras de aire comprimido para los usos de los neumticos de mando, son loscompresores de embolo y los rotatorios, que a su vez tambin se subdividen en variosgrupos.

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COMPRESORES

DESPLAZAMIENTO DINAMICOS

RECTILINEO ROTATIVO

PISTON DIAFRAGMA UN ROTOR DOS ROTORES RADIAL AXIAL

6.2.1. COMPRESORES DE EMBOLO O PISTON:

El compresor mas frecuentemente utilizado es el de embolo pudiendo emplearse comounidad estacionaria fija o mvil y existiendo desde los equipos mas pequeos hasta losque entregan caudales superiores a los 500 mt3/min. Los compresores de embolo de unaetapa comprimen el aire hasta una presin final de 6 bar aproximadamente y en casosexcepcionales llegan hasta los 10 bar. Los compresores de dos etapas llegannormalmente hasta los 15 bar.Las ejecuciones mas adecuadas para la neumtica son los compresores de una y dosetapas, con preferencia el de dos etapas sobre el de una, en cuanto a la presin final, yaque se proporciona una potencia equivalente con gastos de accionamiento mas bajos.

6.2.2. COMPRESORES DE PALETA O ROTATIVO:

Los compresores rotativos de clulas mltiples o tambin compresores de disco presentanuna buena aptitud para los equipos productores de aire comprimido, y el resto de los tiposde este grupo se emplea en la neumtica. El eje de los compresores de clulas mltiplesesta excntricamente situado en el interior del cilindro. De este modo, se origina unacmara de compresin. Esta cmara es comprimida contra el cilindro exterior, dividido envarias clulas, mediante unas correderas mviles situadas en el rotor. Cuando el rotor giraa la derecha es aspirado aire que entra a las clulas de la izquierda que se dilatan o seamplan y es comprimido por las clulas de la derecha que se contraen. Las ventajas masnotables de este tipo son su marcha silenciosa y un suministro de aire casi exento devibraciones. Los compresores de Pistn de una etapa comprimen hasta 4 bar y los de dosetapas hasta 8 bar. Los caudales suministrados pueden llegar hasta 100 mt3/min. Segnel tamao.

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6.2.3. COMPRESOR DE TORNILLOS:

En la construccin de este tipo de compresores intervienen dos tornillos de caractersticasdistintas, en cuanto a su perfil se refiere uno cncavo y el otro es convexo.La caracterstica mas importante de este compresor de tornillos es que su funcionamientoes relativamente silencioso, produce grandes caudales y su presin puede llegar a serelevada dependiendo de su construccin.En algunos casos suelen combinarse en dos estaciones de presin, donde una alimenta laotra. De este modo pueden conseguirse presiones de hasta 25 bar.En general trabajan bajo una constante inyeccin de aceite, que tiene la funcin desellador refrigerante, aunque tambin existe los que trabajan en seco.

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TERCERA UNIDAD.

FUENTES DE ENERGIA NEUMATICA.

7. SIMBOLOGIA NEUMATICA E HIDRAULICA.

Esta recopilacin de smbolos cumple con lo establecido en la norma DIN/ISO 1219.Aquellos componentes que estn comprendidos en la norma se han representado consu smbolo usual, la designacin de sus conexiones corresponde a los lineamientosinternacionales.

7.1. DESIGNACIN DE LAS CONEXIONES:

Designacin de Conexiones Letras. Nmeros. Color.Lneas de presin. P 1 Rojo.Lneas de trabajo. A B C. 2 4 6. Verde.Lneas de retorno. S R T. 3 5 7. Azul.Lneas de pilotaje. X Y Z. 10 12 14. Amarilla.Lneas de drenaje. L. 9.

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CARACTERISTICAS Y FUNCIONAMIENTO DE VALVULAS.

8. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO:8.1 VALVULAS DIRECCIONALES.

Las vlvulas comandan e influyen sobre el flujo del medio presurizado. Ellas guan almedio dosificado y en el momento correcto hacia los componentes que realizaran untrabajo.Dependiendo de su funcin especifica se diferencian distintos tipos de vlvulas:

Direccionales: Controlan el inicio, parada y direccin del medio presurizado.

De bloqueo: Bloquean el flujo en un sentido y lo liberan en sentidocontrario.

De caudal: Influyen sobre el caudal del medio que sta fluyendo.

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De presin: Influyen sobre la presin del medio presurizado o bien secontrolan con esta presin.

1.- vlvula de caudal.2.- vlvula antirretorno.3.- vlvula 3/2.

8.2. FUNCIONAMIENTO Y PREPARACION DE VALVULAS DIRECCIONALES.

La funcin de una vlvula direccional se representa por los smbolos segn DIN ISO1219.Ejemplo. Avance y retroceso del vstago de un cilindro de simple efecto.

Posicin de retroceso. Posicin de avance.

Si en el sistema se requiere tener un control de avance y retroceso, la vlvula debeofrecer la posibilidad de dejar pasar parcialmente caudal al cilindro o bien de cerrar elpaso y, en su recorrido de retroceso, dejar que la tubera del cilindro libere hacia elescape.Son entonces requisitos en la vlvula:a) Numero de conexiones necesarias: 3.

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Conexin al cilindro, a la entrada de presin, y escape.b) Numero de posiciones necesarias: 2.

1. Retroceso.2. Avance.

c) Denominacin:Vlvula 3/2, 3 conexiones, 2 posiciones.

Las posiciones se simbolizan con cuadrados, la cantidad de posiciones por lo tantoestar determinada por el numero de cuadros que tenga la vlvula.Las conexiones a la vlvula quedan marcadas por las lneas de conexin.

8.3. INTERPRETACION SIMBOLICA DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES.

OBSERVACIONES: Cantidad de posiciones = cantidad de cuadros. Cantidad de conexiones = cantidad de lneas de conexin. (en las conexiones solo

cuentan las principales, no cuentan las conexiones de mando). Smbolos con lneas adicionales = vlvula de cambios continuos.

CONDUCTOS DE RETORNO: En vlvulas neumticas debe diferenciarse entre escape conectados a un conducto

(con rosca de conexin) y escapes liberados a la atmsfera (sin rosca de conexin). En vlvulas hidrulicas se diferencia entre tubera a tanque y tubera de descarga.

POSICIONES DE REPOSO: Posicin normal: es la posicin definida que toma la vlvula si no existe ninguna

fuerza de influencia externa (vlvulas de retorno por resorte). Posicin inicial: es la posicin a la cual la vlvula esta dibujada sobre el plano, o sea,

la posicin que toma la vlvula luego de haber sido conectado el circuito a la red yestando el circuito en posicin de reposo (vlvulas sin retorno por resorte).

Posicin intermedia: es la posicin que toman las vlvulas con tres posiciones.

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8.4. DESCRIPCION DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES.

Smbolo.

Estado de reposo. Ejemplo prctico de construccin.

Estado de activo. Ejemplo prctico de construccin.

Especificaciones sobre vlvulas direccionales: Cantidad de conexiones. Cantidad de posiciones. Tipo de la posicin normal, inicial o intermedia. Tipo de accionamiento. Tamao. Versin.

Descripcin: Vlvula 3/2. Normal cerrada. Accionamiento manual. Retorno por resorte.

ACCIONAMIENTO:Para llevar la vlvula de una posicin a otra es necesario contar con un accionamiento. Manuales. Mecnicos. Por presin. Elctricos.

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8.5. ACCIONAMIENTOS DE VALVULAS DIRECCIONALES.

Manuales.

Mecnicos.

Neumticos.

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Elctricos.

8.6. FUNCION DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES.

Ejemplo:Mando de un cilindro de doble efecto.La fuerza de empuje en ambos sentidos, debe ser realizada por el medio de presin. Lavlvula de mando debe posibilitar entonces el cambio de la entrada de energa de unlado o del otro. Adicionalmente debe posibilitarse una descarga al lado contrario.De estas especificaciones se desprende que la vlvula debe ser de:

4 Conexiones A, B, P, R. 2 Posiciones.

Denominacin: Vlvula 4/2

.Posicin de retroceso. Posicin de avance.

Reconocimiento:

Para comandar un cilindro de doble efecto se necesita una vlvula 4/2.Debido a los principios constructivos se usan tambin en la practica vlvulas 5/2.Diferencia entre una vlvula 4/2 y 5/2: Vlvula 4/2: un conducto de retorno para ambas conexiones del cilindro. Vlvula 5/2: cada lado del cilindro tiene su retorno.

CENTRO DE ALTA TECNOLOGIA INTEGRADA.DUOC-UC, I.P. ANTONIO VARAS.

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Construccin. Vlvula 5/2.

8.7. TIPOS Y SIMBOLOS DE VALVULAS DIRECCIONALES.

De la inmensa gama de vlvulas direccionales que existen hay alguna de uso muyfrecuente en la industria, como por ejemplo:

Simbologa segn DIN ISO 1219.

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8.8. EJERCICIOS: VALVULAS DIRECCIONALES.

a) Describa los smbolos de las vlvulas direccionales expuestos y dibuje los smbolospara las vlvulas descritas.

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Ejercicios prcticos:b) El embolo de un cilindro de simple efecto se acciona por medio de una vlvula

manual con pulsador, y vuelve a su posicin inicial inmediatamente luego de soltarseel pulsador.

c) Un cilindro de doble efecto debe accionarse en avance y retroceso por medio de unavlvula manual de palanca.

d) El embolo de un cilindro de doble efecto avanza por accionamiento de una vlvulacon pulsador T1 y retrocede al accionarse una segunda vlvula con pulsador T2 .

e) El mbolo de un cilindro de doble efecto avanza por accionamiento de una vlvulacon pulsador y cuando alcanza la carrera mxima vuelve automticamente.

Solucin problema b. Solucin problema c.

Solucin problema d. Solucin problema e.

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CONVERSION DEL CIRCUITO NEUMATICO AL DISEO PRACTICO.

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8.9. TIPOS DE VALVULAS DIRECCIONALES NEUMATICAS.

Las caractersticas de las vlvulas neumticas dependen del tipo y de suscaractersticas constructivas.Son diferencias significativas: Tipo de construccin: asiento corredera. Tipo de mando: accionamiento directo pilotado. Interseccin: con o sin.

Tipos de construccin: Accionamiento: fuerza, camino, tipo. Tipo de sello. Sensibilidad. Operable sin lubricacin.

a) Vlvulas de asiento:

Vlvulas de asiento son aquellas que evitan por completo las fugas, pero necesitan deesfuerzos de accionamiento importantes, conmutan rpidamente en caminos cortos,insensibles a la suciedad y operan libres de lubricacin.

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b) Vlvulas de corredera:

Las vlvulas de corredera (de pistn) son construccin sencilla, tienen un volumenconstructivo pequeo y esfuerzos de accionamiento bajos, no obstante precisan derecorridos de conmutacin mayores, son de estanqueidad limitada y mas susceptibles ala suciedad que las de asiento, pero tienen la ventaja de que el accionamiento a amboslados de ellas puede realizarse con mucha facilidad.

8.10. PILOTAJE DE VALULAS DIRECCIONALES NEUMATICAS.

En las vlvulas pilotadas el accionamiento no acta directamente sobre la vlvulaprincipal, lo hace sobre vlvula piloto auxiliar. La vlvula principal es actuada por lapresin del medio que controla.Los pilotajes se aplican en vlvulas de asiento con esfuerzos de accionamientosgrandes y en electrovlvulas, para poder usar sistemas electromagnticos pequeos. Propiedades de las vlvulas pilotadas: Esfuerzos de accionamientos pequeos, aun para grandes tamaos. Tiempos de accionamientos mayores que los de las vlvulas de accionamiento

directo. Precisan de una presin mnima.

Representacin y denominacin. Vlvula 3/2,

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Normal cerrada, Accionamiento manual retorno por resorte.

Representacin detallada. Representacin simplificada.

Ejecucin practica.

8.11. PRINCIPIOS CONSTRUCTIVOS DE VALVULAS DIRECCIONALES.

Ejemplo: vlvula 3/2.

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Ejemplo: vlvula 5/2.

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Interseccin / sobreposicin.El trmino interseccin describe el comportamiento de la vlvula en la fase deconmutacin. Vlvula principal: con interseccin, mientras ocurre la fase de conmutacin A, P y R

estn comunicados entre si. Vlvula piloto: sin interseccin, luego de cerrado R se comunica P con A.

Retorno neumtico.El retorno de una vlvula a su posicin de reposo puede realizarse por un resortemecnico o bien por medio de presin de aire.Cuando el retorno esta integrado y ocurre constantemente por presin se dice que hayresorte neumtico.

Accionamiento manual auxiliar.Las vlvulas de accionamiento neumtico o elctrico se incorpora generalmente unaccionamiento manual auxiliar para simplificar el manejo local de la vlvula. De estaforma tambin es posible operar la vlvula sin tener energa de pilotaje.

Accionamiento manual auxiliar.

Vlvulas con actuador mbolo diferencial.En vlvulas neumticas de accionamiento por ambos lados puede realizarse el pilotajepor pilotos de mbolos de igual rea o bien por pilotos con mbolos de reas diferentes.

Smbolo.

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8.12. TAMAOS NOMINALES DE VALVULAS DIRECCIONALES.

Roscas de conexin.Rosca

Whitworth.Dimetro

Exterior (mm).Mtrica Dimetro

Non. (mm).

G1/8 9.7 M 5 M 10*1

2 - 2.7 3 - 4

G1/4 13.2 M 14*1.5 6 - 7

G3/8 16.7 M 18*1.5 8 - 9

G1/2 21 M 22*1.5 12 - 13

G3/4 26.5 M 26*1.5 19 - 20

Ejemplo de valores de caudal.(valores promedios de distintos fabricantes)

Procedimiento para la determinacin del caudal nominal.Los criterios ms importantes para la eleccin de una vlvula son: Tamao de rosca de conexin y tamao nominal. Valor de caudal.

Rosca de conexin y tamao nominal.Como tamao de conexin se indica el de la rosca de conexin que normalmente esuna rosca para tubos Whitworth (BSP) o bien rosca mtrica.El tamao nominal corresponde al dimetro de la rea menor por el cual tiene que fluirel medio.

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Caudal nominal.Dado que los datos sobre rosca de conexin y tamao nominal solo dan valoresorientativos del pasaje de una vlvula, se usan adems en la practica los valores decaudal y de Kv.Actualmente tambin se usan diagramas de flujo establecidos segn lasrecomendaciones de CETOP.Los valores deben incluir especificaciones exactas sobre las magnitudes de referencia.

Son magnitudes de referencia:

Presin de entrada P1. Presin de salida P2. Temperatura T. Disposicin de la medicin.

Caudal nominal, medido con aire.

Pe1: 6bar. Pe2: 5bar. P: 1bar. T: 20C.

Caudal nominal, medido con agua.

P: 1bar. T: 20C..

8.13. DISTINTOS TIPOS DE VALVULAS NEUMATICAS A CORREDERA.

Las caractersticas mas importantes de las vlvulas de corredera son: Tipo de construccin.

1. Corredera cilndrica.2. Corredera plana.3. Corredera cermica.

Tipo de sello.1. Sello metlico.2. Sello flexible.3. Sello plano.

Sujecin de la corredera.1. Por friccin propia.2. Sujeciones auxiliares como bolina o resorte.

DUOC-UC. 44

3. Por el perfil del sello.4. Sujecin magntica.

DUOC-UC. 45

8.14. DISEO PRACTICO DE VALVULAS DIRECCIONALES NEUMATICAS.

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8.15. VALVULAS ELECTROMAGNETICAS.

Las vlvulas electromagnticas convierten a la energa elctrica (tensin, corriente).endesplazamiento lineal, a travs de una bobina o solenide.

Caractersticas neumticas.Como todas las vlvulas neumticas, las caractersticas mas importantes son: Funcin. Tipo de construccin. Tipo de pilotaje. Interseccin. Tamao.

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Caractersticas elctricas. Tiempo de conmutacin para energizar y desenergizar. Tipo de corriente, corriente continua, corriente alterna. Potencia absorbida: potencia de retencin, potencia de excitacin. Tipo de proteccin: de los contactos, impurezas, al agua, a explosiones, a la presin. Tipo de servicio (%).

Sistemas electromagnticos.Sus componentes son: Bobina. Armazn del ncleo. Ncleo (del circuito magntico).

El comportamiento del sistema depende del tipo de excitacin.Sistemas de corriente continua.Comportamiento. Energizacin y desenergizacin ms lentos (autoinduccin). Sobretensin de corte (autoinduccin). Energizacin suave.

Otras caractersticas. Buena tolerancia a la sobrecarga, inclusive con ncleo bloqueado. Volumen constructivo mayor que en sistemas de corriente alterna. Mayor vida til. La resistencia es igual a la resistencia ohmica de la bobina.

Sistemas de corriente alterna.Comportamiento. De conmutacin rpida y dura (por resistencia reducida al energizar - la reactancia

debe primero desarrollarse). Gran consumo de corriente al bloquearse el ncleo. (Entrehierro).

Otras caractersticas Menor volumen constructivo que para corriente continua. Perdidas de corrientes parsitas e histresis. La impedancia total es la resultante de la resistencia ohmica y la reactancia

(autoinduccin). No puede operarse con corriente continua (intensidad de corriente muy alta,

resistencia muy pequea).

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8.16. EJEMPLO DE ESPECIFICACION DE UNA VALVULA 5/2.

Caractersticas tcnicas:Presin de servicio: max 10bar.Caudal nominal QN a 6bar, P = 1bar: 1200l/min.Rango trmico de aplicacin: -15 +80CMedio admisible: Aire.Material del cuerpo: Fundicin inyectada de cinc.

Retorno: Resorte.Presin de mando: min. 3bar.Masa: 0.46Kg.Kit de repuesto: 226340-0001Roscas de conexin: R, P, S, A, B.

M14 * 1.5.Y, Z.M10 *1.

Cdigo: 334450-0022Roscas de conexin: R, P, S, A, B.

G1/4.Y, Z.G1/8.

Cdigo: 226350-0023

Retorno: Neumtico.Presin de mando: min. 2bar.Masa: 0.50kg.Kit de repuesto: 226345-0001Roscas de conexin: R, P, S, A, B.

M14 * 1.5.Y, Z.M10 * 1.

Cdigo: 334722-0028.Roscas de conexin: R, P, S, A, B.

G1/4.Y, Z.G1/8.

Cdigo: 577550-0011.

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9. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO:

9.1. VALVULAS DE CAUDAL.

Estas vlvulas sirven para reducir la seccin de paso con el objetivo de modificar elcaudal de aire comprimido y, por consecuencia, la velocidad de los actuadores.Fundamentalmente se diferencian en dos tipos:

Estranguladores: fijos o regulables.Caractersticas: seccin (dimetro).

El flujo depende de la diferencia de presin. El flujo depende de la viscosidad.

Vlvula de bloqueo. Smbolo segn DIN ISO 1219.

Vlvula de bloqueo pilotada. Smbolo segn DIN ISO 1219.

Diafragmas: fijos o regulables.Caractersticas: estrechamiento corto con relacin a la seccin (dimetro).

El flujo depende de la diferencia de presin. El flujo no depende de la viscosidad. Flujo turbulento.

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9.2. VALVULA ESTRANGULADORA DE CAUDAL:

La vlvula estranguladora de caudal unidireccional es una combinacin entre unaestranguladora (generalmente regulable) y una vlvula antirretorno. Se utiliza all dondedebe influenciarse sobre el caudal en un solo sentido.Son caractersticas de estas vlvulas: Precisin de regulacin, sensibilidad. Caudal de flujo libre en sentido de regulacin con regulacin totalmente abierta. Caudal de flujo libre sobre la antirretorno.Segn el tipo de estrangulador que se use sern mas o menos precisas la linealidad yla regulacin.

Campo de aplicacin.

Reduccin de velocidad en sistemas neumticos. (cilindros y motores). Regulacin de temporizadores. Influencia sobre el caudal desplazado.

Vlvula estranguladora de caudal unidireccional.

Simbologa segn DIN ISO 1219.

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Tipos de estrangulacin.

Ejemplos de aplicacin.

9.3. EJERCICIOS PRACTICOS.Vlvulas de flujo.

La velocidad de avance y retroceso de un cilindro de doble efecto debe regularse poruna estrangulacin en la alimentacin. El sistema arranca con el pulsador T1, retrocedepor el pulsador T2 y el control de ambas cmaras de los cilindros es por manmetros.Compare las propiedades de una estrangulacin con una en el escape.

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Estrangulacin en la alimentacin: Presin de alimentacin y escape a nivel bajo, por ello gran dependencia de la

variacin de esfuerzos. Posible salto de arranque. No apropiada en esfuerzos negativos.

Estrangulacin en el escape. Presin de alimentacin y escape en nivel alto, por ello el embolo est solicitado y la

dependencia de los esfuerzos externos es baja, permitiendo uniformidad en elmovimiento.

Comportamiento de arranque aceptable. Retencin a las cargas negativas.

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10. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO.

10.1. VALVULAS DE PRESION.

Las vlvulas de presin ejercen influencia sobre la presin del aire comprimido o bienreaccionan frente a valores de presin determinados.Las principales vlvulas de presin son:

1. Vlvula reguladora de presin (reductora de presin).2. Vlvula de secuencia (control de presin).3. Vlvula de sobrepresin (de seguridad).

10.1.1. VALVULA REGULADORA DE PRESION:

Una vlvula reguladora de presin tiene por misin mantener en lnea y sistema unvalor de presin constante aun si la red de alimentacin tiene presiones de valoroscilante y consumos variables. Son valores nominales para un regulador de presin:

Cada de presin respecto al caudal. Sensibilidad de respuesta. Rango de presin para trabajar sin perturbaciones (valores mnimo y mximo). Tiempo de respuesta (curva caracterstica de regulacin a presiones variables).

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1. - resorte.2. - membrana.3. - asiento de la vlvula para la regulacin de flujo.4. - entrada.5. - salida.6. - asiento de vlvula para el escape.

Smbolo segn DIN ISO 1219.

Se diferencian entre:a) Regulador de presin con alivio.b) Regulador de presin sin alivio.

Campo de aplicacin.

Alimentacin centralizada de instalaciones de aire comprimido. Unidad de mantenimiento de un sistema. Regulacin de fuerzas en cilindros. Regulacin de los torques en motores de aire comprimido. En todos los lugares donde se requiera una presin constante para realizar un

trabajo seguro y confiable.

Un regulador de presin funciona solamente en un sentido. Debe prestarse atencin auna conexin correcta.Una mejora en el comportamiento de regulacin a oscilaciones de presin fuertes seconsigue mediante: Incorporacin de un volumen auxiliar para amortiguar. Conexin en serie (conexin cascada) de varios reguladores de presin.

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VLVULAS ACCIONADAS POR PRESIN.

Smbolo segn DIN ISO 1219. Vlvula de secuencia neumtica ajustable.

Smbolo segn DIN ISO 1219. Vlvula licitadora de presin.

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10.1.2. VALVULA DE SECUENCIA.

una vlvula de secuencia tiene por funcin, luego de alcanzar cierta presin entregar unseal de salida. Esta seal de salida puede estar dentro del campo de las presionesbajas o normales, y tambin puede ser elctrica. La presin de respuesta de unavlvula de secuencia, generalmente es regulable.

Valores nominales y criterios de seleccin.

Rango de presiones de respuesta (valores mnimos y mximos). Repetibilidad. Presin de regulacin. Histresis (diferencia entre presin de conexin y de corte). Caudal nominal. Comportamiento de la conexin de mando frente a distintos medios. Funcin de la vlvula base.

Campos de aplicacin.

Toma de presin en tuberas de cilindros para controlar el esfuerzo realizado. Control de presiones en distintos rangos y ejecucin de procesos a partir de su

seal. Seal sustituto para monitoreo del estado de cilindros a travs de la presin de

alimentacin. Accionamiento de sistemas de seguridad al sobrepasarse un valor definido de

presin.

1. INTRODUCCIN A LA MECNICA DE LOS FLUIDOS1.1. Sistema de Unidades1.2. Ecuacin de dimensiones1.3. Cambio de unidades1.4. Factores de conversin

2. FLUIDO2.1. Densidad absoluta2.2. Peso especfico2.3. Densidad relativa2.4. Volumen especfico2.5. Viscosidad

3. DEFINICIN Y PROPIEDADES3.1. Presin atmosfrica

4. PRINCIPIOS DE LA NEUMTICA4.1. Fundamentos fsicos de preparacin del aire4.2. Neumtica4.3. Redes principales

5. CARACTERSTICAS DE LOS GASES5.1. Humedad del aire5.2. Presin absoluta y presin relativa5.3. Temperatura del punto de rocio5.4. Comportamiento del agua durante la compresin

6. TIPOS DE COMPRESORES6.1. Introduccin6.2. Tipos de compresores

7. SIMBOLOGA NEUMTICA E HIDRULICA7.1. Designacin de las conexiones

8. ELEMENTOS DE MANDO NEUMATICO8.1. Vlvulas direccionales8.2. Funcionamiento y preparacin de vlvulas direccionales8.3. Interpretacin simblica de las vlvulas direccionales8.4. Descripcin de las vlvulas direccionales8.5. Accionamiento de vlvulas direccionales8.6. Funcin de las vlvulas direccionales8.7. Tipos y smbolos de vlvulas direccionales8.8. Ejercicios: vlvulas direccionales8.9. Tipos de vlvulas direccionales neumticas8.10. Pilotaje de vlvulas direccionales neumticas8.11. Principios constructivos de vlvulas direccionales8.12. Tamaos nominales de vlvulas direccionales8.13. Distintos tipos de vlvulas neumticas a corredera8.14. Diseo prctico de vlvulas direccionales neumticas8.15. Vlvulas electromagnticas8.16. Ejemplo de especificacin de una vlvula 5/2

9. ELEMENTOS DE MANDO NEUMTICO9.1. Vlvulas de caudal9.2. Vlvula estranguladora de caudal9.3. Ejercicios prcticos

10. ELEMENTOS DE MANDO NEUMTICO10.1. Vlvulas de presin