Sistemas y Máquinas Fluido Mecánicas

Transcripción

1 Sistemas y Máquinas Fluido Mecánicas Bloque III. Tema 6.1. Neumá1ca Industrial: Introducción a la Neumá1ca Industrial Carlos J. Renedo Inmaculada Fernández Diego Juan Carcedo Haya Félix Or1z Fernández Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energé5ca Este tema se publica bajo Licencia: Crea5ve Commons BY- NC- SA 4.0

2 Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, ) y elaborar sus propios apuntes En esta presentación se incluye un listado de problemas en el orden en el que se pueden resolver siguiendo el desarrollo de la teoría. Es trabajo del alumno resolverlos y comprobar la solución

3 3..- Hidráulica Industrial Simbología Neumática e Hidráulica

4 Tratamiento de Aire Generación y Distribución de Aire Actuadores Neumáticos Válvulas Distribuidoras Regulación, Control y Bloqueo Detectores de Señal Control de Actuadores Diseño de Circuitos Ciclos de Operación Marcha-Paro ElectroNeumática 3..- Hidráulica Industrial Simbología Neumática e Hidráulica

5 Introducción Comparativa Neumática-Hidráulica-Electricidad Magnitudes, Unidades, Equivalencias y Leyes de Comportamiento Ecuación de la Continuidad de un Flujo Potencia de un Flujo Viscosidad Aplicaciones Neumáticas e Hidráulicas Algunos Fabricantes

6 Introducción Neumática Técnica que utiliza el aire comprimido (p > p atm ) para trasmitir energía si (p < p atm técnicas de vacío) Hidráulica Técnica que utiliza fluidos incompresibles (líquidos), típicamente agua o aceite (oleohidráulica) para trasmitir energía

7 Comparativa Neumática-Hidráulica-Electricidad Frente a la energía eléctrica: Ventajas o Regulación de velocidad sencilla (estrangulación) o Fácil almacenamiento de energía o Elementos de funcionamiento sencillo o Sistema seguro, las fugas no son peligrosas, sin peligro de incendio o explosiones o Fácil bloqueo de los actuadores Inconvenientes: o Mayor coste de la energía ENeu=10 EElec o Velocidad de transmisión reducida (< 10 m/s) o Distancias de transporte limitadas (< 1 km) Frente a la hidráulica: Ventajas o Mayor velocidad de transmisión (10 m/s frente a 3 m/s) o No necesita tuberías de retorno o Fugas limpias o Mayor distancia de transporte (1 km frente a 100 m) o Menos sensible a los cambios de Tª o Componentes más baratos Inconvenientes: o Presión de trabajo limitada (1 bars frente a ) o Mayor coste de la energía ENeu=,5 EHid o Permiten mayores fuerzas (F Neu < N ; F Hid ) o Ruido en los escapes o La compresibilidad del aire puede acarrear movimientos inversos

8 Magnitudes, Unidades, Equivalencias y Leyes de Comportamiento Fuerza: (masa. aceleración) Newton, 1 N = 1 kg.m/s 1kg f =1kp=9,8N Peso específico: (peso / vol = densidad.g) N/m 3 =(k/m 3 ).(m/s ) = (kg.m/s )/ m 3 Presión : (fuerza / superficie) Pascal,1Pa=1N/m 1 bar = Pa P abs =P atm +P man Trabajo: (fuerza. desplazamiento) Julio, 1 J = 1 N.m Ecuación fundamental de la Hidrostática P P g h h h h A B En los gases perfectos: P.V = n.r.t Si T = cte: P.V = cte (P es P abs ) Si P = cte: T/V=cte(TenK) Si V = cte: P/T=cte (P es P abs, TenK) Proceso rápido (adiabático, sin Q) P.V =cte ( aire =1,4) A B A B Potencia: (trabajo / tiempo) Vatio, 1 W = 1 J / s 1 CV = 736 W Caudal: Peso de un flujo: Masa de un flujo: Q v A W Q M Q 3 [m / s] [N/ s] [kg / s]

9 Ecuación de la Continuidad de un Flujo A 1 V 1 Q A V M Q A V ) (A V ) 1 M 1 1 Q 1 ( A1 V1 A V Si el fluido es incompresible (en tubería corta), y 1 = Q1 Q [ g] A 1 V1 A V La energía total de un fluido es: 1 w V p w E E E E w z [J] pot c pres g [ siendo w el peso] Se puede expresar, ( /w), en unidades de altura, y es la altura de carga H V p z cota o cabeza de elevación H z [m] g [V /g] altura de velocidad o cab. de vel. [p/] altura de presión o cab. de presión V 1 p1 V p z 1 Haña Hext Hper z [m] g g

10 Potencia de un Flujo Pot Q H 3 3 N/m m Viscosidad / seg m N m/ seg J/ seg W F =.da Es la resistencia a fluir, a la velocidad de deformación Placa Fija (entre las capas del fluido) dv V. Dinámica, μ [ Pa.s]: Agua 10-3 Pa s Líquidos μ al Tª dy Aire 1, Pa s Gas μ al Tª Y y U Placa Móvil dy du V (y) V. Cinemática, ν [m /s]: g / g Agua Aire 1, m / s 1, m / s Poisse: cpoise = 1 Pa s Stoke: Stokes = 1m /s

11 AGUA AIRE BLOQUE 3: Neumática e Hidráulica Densidad, Peso específico, Visco.cinem., Visco. dinámica, ºC kg / m 3 N/m 3 (m /s) (N.s / m ) 0 1,9 1,7 13, , , 11,8 15, , ,09 10,7 17, , ,8 0,9 10-6, ,95 9, , Densidad, Peso específico, Visco. dinámica, Tensión superficial Presión vapor Mod elas. E ºC kg / m 3 kn/m 3 (N.s / m ) (N / m) kpa GPa ,81 1, ,0756 0,611, ,79 1, ,078,34, ,69 5, ,0679 1,3, ,53 3, ,066 47,4, ,4, , ,3,07

12 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (I) listings/jcb d_pic.jpg

13 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (II)

14 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (II)

15 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (III) Multiplicador de Fuerza (I) F F 1 p A A 1 p 1 F p p1 p A F1 F A F A1 A F1 A1 Incremento de fuerza producido Primera aproximación Sin diferencia de cotas A F A1 F 1 Area requerida

16 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (IV) Multiplicador de Distancia (I) S F S 1 F 1 A A 1 VolumenDesplazado 1 VolumenDesplazado Volumen Desplazado S 1 A1 S A S A S A A1 S1 A S1 A1 S Multiplicador de distancia Area requerida

17 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (V) Elevador Neumático F Es posible tener una cámara en la que se introduzca aire a presión, modificando el valor de p 1 G p 0 p F p1 L g S1 p 0 L g S1 C G p1 p 0 h p A p F p L g S F A L g S A 1 p 1 C L F p0 L g h A S 1 Líquido p Fondo S Volumen Gas Volumen Líquido A 1 CG A CL

18 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VI) Multiplicador de Presión (I) A 1 A A 1 F 1 F A p 1 p F A p F1 F p1 A1 p A p A1 p1 A Multiplicador de presión Equilibrio A p1 A1 p Area requerida

19 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (II) Válvula de conmutación Entrada Cámara multiplicadora Cámara multiplicadora 1 Antirretorno Cámara de actuación Cámara de actuación 1 Escape Salida

20 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III)

21 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III)

22 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III) Cambia la Posición de la Válvula de Conmutación

23 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III)

24 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III)

25 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III) Cambia la Posición de la Válvula de Conmutación

26 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VII) Multiplicador de Presión (III) Cambia la Posición de la Válvula de Conmutación

27 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VIII) Multiplicador de Presión (IV)

28 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (VIII) Multiplicador de Presión (IV)

29 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (IX) Multiplicador de Presión (V) Área Vástago Área Trasera Área Delantera

30 Aplicaciones Neumáticas de Hidráulicas (IX) Multiplicador de Presión (V) Área Trasera Área Delantera Si se obstruye la salida del aire se produce un posible problema de sobre presiones en la parte delantera del cilindro A1 p p1 A Área Vástago

31 Algunos Fabricantes (I) Festo

32 Algunos Fabricantes (II) SMC

33 Algunos Fabricantes (III) ASCO