BLOQUE IV. CIRCUITOS NEUMÁTICOS Y OLEOHIDRÁULICOS

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1 Bloque I. Cilindros neumáticos y oleohidráulicos ág. 1 BLOQUE I. CIRCUITOS NEUMÁTICOS Y OLEOHIDRÁULICOS INTRODUCCIÓN La Neumática es la arte de la Tecnología que estudia los fenómenos y las alicaciones del aire comrimido ara transmitir energía de un unto a otro. La Hidráulica es la arte de la Tecnología que estudia los fenómenos y las alicaciones de fluidos no comresibles, como agua y aceite, ara transmitir energía de un unto a otro. La alabra oleohidráulica se refiere a que el fluido emleado es aceite, que or otro lado es el más común; ero aun así nosotros utilizaremos el término hidráulica en vez de oleohidráulica. eamos una tabla comarativa entre neumática e hidráulica. Neumática Hidráulica luido Aire (muy comresible) Aceite (muy oco comresible) Tio circuito Circuito abierto: como el aire es abundante y gratuito tomamos el aire de la atmósfera y lo devolvemos a la atmósfera una vez utilizado Circuito cerrado: como el aceite no es abundante y es caro, una vez utilizado regresa al comienzo del circuito Contaminación Es limio, or eso se devuelve a la atmósfera Es sucio y contaminante uerza y velocidad No sobreasan los 100 k, ero alcanzan velocidades muy ráidas ( rm) uerzas mucho mayores que los sistemas neumáticos a menor velocidad Control del deslazamiento Sus deslazamientos están limitados y es no es osible detener un actuador neumático en un unto intermedio Son más baratos al tener que soortar menores resiones Permite mayores deslazamientos y un control exacto de los mismos Precio de comonentes Son más caros al tener que soortar mayores resiones Alicaciones Control de calidad, etiquetado, embalaje, etc. Máquinas herramienta, rensa, máquinas de obras úblicas, sistemas de transorte Elementos Son los encargados de transmitir energía al fluido. En el caso neumático es el comresor y generadores de en el caso hidráulico es la bomba. Ambos llevan un motor que uede ser eléctrico o de energía combustión interna; así la energía eléctrica o química de combustible que absorben la Elementos de tratamiento del fluido Elementos de mando y control Elementos actuadores ceden al fluido. Son los encargados de que los fluidos estén en ótimas condiciones de uso. En el caso neumático deberán realizar un secado de humedad, filtrado de imurezas, regulación de resión y lubricación del aire. En el caso hidráulico, or trabajar en circuito cerrado es necesario un deósito de aceite y también el filtrado y regulación de la resión Son los encargados de conducir de forma adecuada al fluido desde la salida del comresor o bomba, donde el fluido tiene energía, hasta los elementos actuadores, donde el fluido cederá su energía Son los encargados de transformar la energía del fluido en trabajo útil. Se ueden dividir en dos tios: cilindros y motores. Los cilindros roducen movimientos lineales y los motores movimientos rotativos.

2 Bloque I. Cilindros neumáticos y oleohidráulicos ág. 1. PROPIEDADES DE LOS LUIDOS GASEOSOS A. CIRCUITOS NEUMÁTICOS Aire. El fluido que se utiliza en los circuitos neumáticos es aire comrimido. Nosotros consideraremos el aire como un gas erfecto aunque sabemos que, en realidad, es una mezcla de gas (nitrógeno 78%, oxígeno 1 % y otros gases nobles) y vaor de agua. Presión. La resión de un fluido es la fuerza or unidad de área ejercida erendicularmente sobre las aredes que contienen al fluido; de ahí la fórmula: S La unidad en el S.I. de resión es el ascal (Pa); de ahí que 1 Pa = 1 N/m. Otras unidades de resión son: 1 bar = 10 5 ; 1 atm = 1, Pa; 1 k/cm = 0, Pa; 760 mmhg = 1 atm A veces or simlificar diremos: 760 mmhg = 1 atm 1 k/cm 1 bar = 10 5 Pa Las resiones de un sistema neumático o hidráulico se consideran sin tener en cuenta la resión atmosférica; esto es así orque la resión del fluido tiene que contrarrestar a la resión atmosférica si quiere mover algo. Así: Manómetro (Presión absoluta) = (Presión atmosférica) + (Presión relativa) La resión relativa también se denomina resión manométrica. En la fórmula: = /S la resión que debemos oner es la manométrica. La resión atmosférica es medida or los barómetros, la resión relativa o manométrica es medida or los manómetros. Caudal. El caudal de fluido que atraviesa una sección se define como el volumen or unidad de tiemo que atraviesa dicha sección; or tanto se medirá en m 3 /s en el S.I. y la fórmula será: S l Q S v t t donde Q es el caudal, es la cantidad de volumen que ha atravesado la sección en el eriodo de tiemo t, S es la sección, l es lo que se ha deslazado el fluido en el eriodo de tiemo t y v es la velocidad del fluido. Ecuación de los gases erfectos. En neumática consideraremos el aire como un gas erfecto or lo que odremos utilizar la ecuación de los mismos. n RT Condiciones normales y estándar. En química nos han enseñado que las condiciones normales de un gas son: 1 atm y 0 C; y que las condiciones estándar de un gas son: 1 atm y 5 C. En neumática sin embargo la norma ISO R55 define condiciones normales del aire como: 1 atm, 0 C, 65% de humedad relativa. Por tanto, en caso de duda lo mejor es reguntar. Cuando nos idan un volumen de aire en condiciones normales y nos den la temeratura de trabajo utilizaremos la fórmula: abs _ trab trab man _ trab atm trab atm T trab ( T trab ) T cond. norm cond. norm Si no nos dan la temeratura de trabajo usaremos: abs _ trab trabajo ( man _ trab atm) trabajo atm cond. norm

3 Bloque I. Cilindros neumáticos y oleohidráulicos ág. 3 Notas ara roblemas. Cuando en un roblema de este bloque nos den una resión sin aellidos dicha resión es manométrica. La resión a utilizar en la fórmula de la fuerza es resión manométrica. La resión a utilizar en la ecuación de los gases erfectos es resión absoluta. La resión absoluta en condiciones normales siemre es la atmosférica; la temeratura en condiciones normales no está tan claro.. GENERADORES DE AIRE COMPRIMIDO: COMPRESORES Comresor. Los comresores elevan la resión del aire hasta el valor adecuado ara su utilización; es decir, un comresor transforma la energía que se les aorta desde el exterior, mediante motor eléctrico o motor de combustión interna, en energía de resión comunicada al sistema neumático. Símbolos de un comresor Normalmente se sitúan alejados, ya que son ruidosos; o incluso en el exterior de la nave industrial, ya que allí el aire será más uro. Lo que nos interesa de un comresor es la resión que uede roorcionar al aire y el caudal de aire que es caaz de mover. Existen dos tios de comresores: los volumétricos y los dinámicos. Comresores volumétricos. Se basan en reducir el volumen en el que se encuentra el aire sin variar la temeratura; de esta forma aumentará la resión ( = cte). Los comresores volumétricos se clasifican en alternativos y rotativos. Los alternativos se basan en reducir el volumen de aire mediante el mecanismo biela manivela. Los rotativos se basan en reducir el volumen mediante una rueda de aletas. Comresor volumétrico alternativo Comresor volumétrico rotativo Comresores dinámicos. Se basan en aumentar la energía del aire incrementando su energía cinética ara desués convertir dicha energía cinética en energía de resión. Los comresores dinámicos se clasifican en radiales y axiales. Comresor dinámico radial Comresor dinámico axial

4 Bloque I. Cilindros neumáticos y oleohidráulicos ág. 3. ELEMENTOS DE TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO Elementos de tratamiento de aire comrimido. Se conocen con este nombre a todos los comonentes, situados con anterioridad a los elementos que utilizan el aire comrimido ara generar el trabajo útil, cuya misión es suministrar el aire comrimido en las mejores condiciones osibles ara su utilización osterior. Es decir, el aire comrimido debe estar libre de agua e imurezas, regulado a la resión deseada y adecuadamente lubricado donde sea reciso. Por tanto, los elementos de tratamiento del aire comrimido son: filtros, reguladores de resión y lubricadores. iltros. Los filtros eliminan el agua y las imurezas del aire comrimido. En una rimera fase, or centrifugado se eliminan las artículas sólidas y el agua; las artículas más finas son detenidas mediante un cartucho filtrante. En la arte inferior del filtro hay un grifo que sirve ara urgar el agua deositada. Reguladores de resión. La resión de trabajo es casi siemre inferior a la que roorciona el comresor e incluso en una misma instalación se ueden encontrar elementos que funcionen con distintas resiones. La misión del regulador de resión es mantener constante el valor de ésta, indeendientemente de la resión que exista en la red, ues resiones muy altas rovocarían grandes desgastes en los comonentes, mientras que resiones reducidas ueden dar lugar a rendimientos bajos. Lubricadores. Como las instalaciones neumáticas oseen órganos móviles y están, or tanto, sujetos a rozamientos, uede resultar necesario roceder a la lubricación de los mismos. La lubricación se lleva a cabo lubricando el aire comrimido; de esta forma el lubricador aorta aceite a los elementos móviles, disminuyendo así los rozamientos. Algunos equios están rearados ara trabajar sin lubricación; estos equios, obviamente no necesitan lubricadores. Unidad de mantenimiento. Es un montaje en bloque de un filtro, un regulador de resión con manómetro y un lubricador. Tiene un símbolo roio.. ELEMENTOS ACTUADORES EN CIRCUITOS NEUMÁTICOS Elementos actuadores. Son los elementos que ermiten transformar la energía comunicada al aire or el comresor en energía útil. Se dividen en dos gruos: elementos alternativos o cilindros y elementos rotativos o motores..1. CILINDROS NEUMÁTICOS Cilindros neumáticos. Provocan un deslazamiento útil lineal. Se clasifican en dos gruos, según el número de recorridos or ciclo en los que se realiza trabajo útil: cilindros de simle efecto y cilindros de doble efecto.

5 Bloque I. Cilindros neumáticos y oleohidráulicos ág. 5 Cilindro de simle efecto. Los cilindros de simle efecto sólo disone de una toma de aire comrimido, or tanto, sólo se roduce deslazamiento útil en un sentido, ues el aire comrimido actúa sólo en una de las cámaras que delimita el émbolo en el interior del cilindro. La recueración se uede llevar a cabo mediante una fuerza interna (muelle) o una fuerza externa (carga). Cilindro simle efecto con retroceso or muelle Cilindro de simle efecto con Retroceso or carga Suelen ser de diámetros equeños y carreras cortas, y se suelen emlear ara trabajos tales como sujeción, exulsión, alimentación en sistemas automatizados, etc. Su diseño constructivo uede ser muy variado ero se ueden clasificar en cilindros de membrana ara carreras extremadamente cortas y cilindros de émbolo, que son los más utilizados. En un cilindro de simle efecto la fuerza que el aire comrimido alica al émbolo viene dada or la exresión: S r m Siendo la fuerza alicada al émbolo, S la sección del émbolo en contacto con el aire comrimido, la resión del aire comrimido, r la fuerza de rozamiento y m la fuerza del muelle. Cilindro de doble efecto. Los cilindros de doble efecto disonen de dos tomas de aire comrimido situadas a ambos lados del émbolo. Son los cilindros más utilizados y ueden realizar carrera de trabajo en ambos sentidos. Cilindro de doble efecto Presentan las siguientes ventajas resecto los cilindros de simle efecto: su carrera no está tan limitada, el retorno no deende de la carga ni de elemento mecánico alguno, su régimen de funcionamiento se uede ajustar con mayor recisión. En un cilindro de doble efecto la fuerza que el aire comrimido alica al émbolo en la carrera de avance viene dada or la exresión: D av Sav r r Siendo av la fuerza alicada al émbolo en el avance, S av la sección del émbolo en contacto con el aire comrimido, la resión del aire comrimido, r la fuerza de rozamiento, D el diámetro del émbolo. En un cilindro de doble efecto la fuerza que el aire comrimido alica al émbolo en la carrera de retorno viene dada or la exresión: ( D d ) re Sre r r Siendo re la fuerza alicada al émbolo en el retroceso, S re la sección del émbolo menos la del vástago, la resión del aire comrimido, r la fuerza de rozamiento, D el diámetro del émbolo y d el diámetro del vástago. El consumo de aire de un cilindro de doble efecto se calcula teniendo en cuenta el volumen de aire que el émbolo deslaza en el avance más el que deslaza en el retroceso:

6 Bloque I. Cilindros neumáticos y oleohidráulicos ág. 6 av re D L ( D d ) L (D d ) L Siendo el volumen de aire consumido durante un ciclo en las condiciones de trabajo, av el volumen de aire consumido en el avance en las condiciones de trabajo, re el volumen de aire consumido en el retroceso en las condiciones de trabajo, D el diámetro del émbolo, d el diámetro del vástago y L la carrera. Otros tios de cilindros. Además de los cilindros básicos anteriores, existen otros que ueden resultar rácticos en ciertas alicaciones: - Cilindro con amortiguación. En los casos anteriores el émbolo en movimiento arará cuando llegue al extremo, chocando con la taa del cilindro. En ocasiones, se ueden alcanzar velocidades tales que, en este choque se uedan dañar elementos del cilindro. También uede asar que no nos interese un frenado del vástago en seco. Para solucionar ambas situaciones se recisa que la última arte del recorrido se realice de forma suave ara que el frenado no sea brusco. El cilindro con amortiguación ermite este tio de funcionamiento. Algunos se basan en amortiguación externa mediante muelles o amortiguadores hidráulicos; otros se basan en amortiguación interna or medio de un colchón de aire cuando el émbolo llega al final de su carrera. - Cilindro de doble vástago. Este cilindro disone de dos vástagos, uno a cada lado del cilindro, lo que ermitirá trabajar a ambos lados del cilindro. - Cilindro sin vástago. Cuando no se disone de mucho esacio, la utilización de un cilindro como los anteriores es un roblema, uesto que ara conseguir un deslazamiento útil de x, se necesita ocuar un esacio de x, corresondiente al cilindro más el vástago una vez fuera. Para solucionar este roblema existen cilindros sin vástago, en los cuales el deslazamiento se roduce sobre la camisa del cilindro. Cilindro de doble vástago Cilindro sin vástago.. MOTORES NEUMÁTICOS Motores neumáticos. Provocan un deslazamiento útil giratorio. Los motores neumáticos ermiten una ráida inversión de giro, una velocidad de giro suerior a rm y se ueden sobrecargar sin roblemas hasta rovocar su arada. Se emlean esecialmente cuando resulte difícil el mantenimiento de motores eléctricos como or ejemlo, ambientes deflagrantes, corrosivos, de elevadas temeraturas o cuando las condiciones de trabajo sean exigentes como arranques y aros casi instantáneos, fuertes sobrecargas, variaciones bruscas de velocidad, etc. El símbolo de los motores neumáticos es similar al de los comresores, ero en este caso el triángulo, que indica el sentido de movimiento del fluido, va al revés. Podemos considerar cinco tios de motores: Motor de caudal Motor de caudal Motor de caudal Motor de caudal Motor con doble giro constante y un solo variable y un solo constante y dos variable y dos limitado sentido de giro sentido de giro sentidos de giro sentidos de giro