TEMA : HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA
Índice
1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS 2. LA NEUMÁTICA 3. LA HIDRÁULICA
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1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Como ya se sabe, en la naturaleza existen 5 tipos de estados de la materia: Líquido, Gas, Sólido, Plasma y Condensado de Bose-Einstein. Los 2 primeros se les suelen denominar genéricamente como fluidos, y no tienen forma definida. Adoptan la forma del recipiente que las contiene. El funcionamiento de los sistemas hidráulicos y neumáticos se basa en aprovechar la energía acumulada y transmitida por un fluido. En el 1er caso se utiliza un líquido, mientras que en el 2º se utiliza un gas.
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1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS 1.1- CARACTERÍSTICAS Un fluido encerrado en un recipiente ejerce una fuerza sobre las paredes del mismo. La relación entre la fuerza (F) que actúa sobre las paredes de una superficie y el área (S) se denomina presión (P). Superficie
F
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F
F P= S
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1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS 1.1- CARACTERÍSTICAS Un ejemplo sería la presión sufrida por un submarino:
Profundidad
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F
S
La presión sufrida por el submarino será mayor cuanta mayor sea la fuerza ejercida sobre el. Y esta fuerza aumentara con la profundidad ya que depende de la masa de agua que hay sobre el submarino.
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1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS 1.1- CARACTERÍSTICAS La unidad de presión en el S.I. es el pascal (N/m2). Otras unidades utilizadas son las siguientes: 1 bar = 105 Pa = 0.987 atm = 750 mmHg Al tratarse de fluidos, los gases y los líquidos pueden circular fácilmente a través de tuberías o conducciones. La cantidad de fluido (V) que atraviesa una sección por unidad de tiempo (t) se denomina caudal (Q). Y se obtiene de la siguiente forma:
V Q= t 6
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2. LA NEUMÁTICA La Neumática es la rama de la ciencia y la técnica que se ocupa del estudio de las propiedades y aplicaciones de aire comprimido. La utilidad del aire comprimido es algo conocido desde la antigüedad. Uno de los primeros tratados sobre sistemas neumáticos fue el atribuido a Herón de Alejandría y titulado Pneumatica, que data del siglo I. Pero realmente se empezó a utilizar el aire comprimido para el control de procesos, principalmente de tipo industrial, fue a partir de 1950.
Herón de Alejandría
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2. LA NEUMÁTICA 2.1- AIRE COMO FLUIDO PRINCIPAL El aire comprimido se obtiene directamente a partir del aire atmosférico. La tierra está envuelta en una capa gaseosa que constituye la atmósfera. La presión debida a esta masa de gas se conoce con el nombre de presión atmosférica (el valor que, a nivel del mar es de 1 atm = 101.300 Pa)
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2. LA NEUMÁTICA 2.1- AIRE COMO FLUIDO PRINCIPAL
La presión por tanto es la fuerza que ejerce el aire que está sobre nosotros:
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P
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2. LA NEUMÁTICA 2.1- AIRE COMO FLUIDO PRINCIPAL Al comprimir, y aumentar, la presión del aire, éste acumula una energía que podrá ser convertida posteriormente en energía mecánica para producir un trabajo. Estos sistemas neumáticos suelen emplear aire comprimido del orden de 6 bar.
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2. LA NEUMÁTICA 2.1- AIRE COMO FLUIDO PRINCIPAL Las ventajas de usar el aire comprimido frente a la utilización de otros gases son: • Se puede comprimir tanto en tuberías como en recipientes de forma no peligrosa ni explosiva. • No genera sobrepresiones, pudiéndose regular fácilmente y de forma continua. • Los cambios de temperatura no alteran sustancialmente sus características de volumen y densidad. • Su adquisición no requiere coste alguno. • El aire comprimido es limpio, por lo que resulta adecuado en circuitos empleados por ejemplo, en la industria de la alimentación.
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2. LA NEUMÁTICA 2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES Para estudiar las aplicaciones del aire comprimido se considera que se comporta como un gas ideal. Podemos decir que: Un gas ideal posee moléculas que se encuentran muy separadas unas de otras, por tanto, el gas se puede comprimir o expandir con facilidad.
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2. LA NEUMÁTICA 2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES Este tipo de gases cumplirán las siguientes leyes: • Ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el producto de la masa del gas por la presión del mismo se mantiene constante.
P ⋅ V = cte ⇒ P1 ⋅V1 = P2 ⋅V2 • P1 y V1 son los valores iniciales • P2 y V2 son los valores finales 13
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2. LA NEUMÁTICA 2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES Este tipo de gases cumplirán las siguientes leyes: • Ley de Gay-Lussac: A presión constante, el cociente entre el volumen de un masa de gas y su temperatura se mantiene constante.
V V1 V2 = cte ⇒ = T T1 T2 • T1 y V1 son los valores iniciales • T2 y V2 son los valores finales 14
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2. LA NEUMÁTICA 2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES Este tipo de gases cumplirán las siguientes leyes: • Ecuación de estado de los gases ideales: Se obtiene a a partir de la combinación de las dos leyes enunciadas anteriormente.
P ⋅V P1 ⋅ V1 P1 ⋅ V2 = cte ⇒ = T T1 T2 • T1 , P1 y V1 son los valores iniciales • T2 , P2 y V2 son los valores finales 15
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2. LA NEUMÁTICA 2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES Este tipo de gases cumplirán las siguientes leyes: • Ecuación de estado de los gases ideales: Este producto es igual al producto de dos números, n (número de moles) y R (constante propia de los gases). De tal forma que la ecuación quedaría:
P ⋅V P1 ⋅ V1 P2 ⋅ V2 = n⋅R ⇒ = = n⋅R T T1 T2 atm ⋅ l mol ⋅ K n = número de moles R = 0.082
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Video: Los Gases Ideales
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2. LA NEUMÁTICA 2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO El esquema básico de un sistema constituido por un circuito neumático es el siguiente: Aire
Compresor
El compresor aspira el aire atmosférico, aumentando su presión y generando aire comprimido. 18
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2. LA NEUMÁTICA 2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO El esquema básico de un sistema constituido por un circuito neumático es el siguiente: Aire
Compresor
Conducciones
Este aire alimenta el resto de la instalación a través de un conjunto de conducciones diseñadas para tal fin. 19
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2. LA NEUMÁTICA 2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO El esquema básico de un sistema constituido por un circuito neumático es el siguiente: Aire
Compresor
Conducciones
Válvulas
La circulación del aire comprimido se controla a través de un conjunto de válvulas. 20
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2. LA NEUMÁTICA 2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO El esquema básico de un sistema constituido por un circuito neumático es el siguiente: Aire
Compresor
Conducciones
Válvulas
Actuadores
Las válvulas regulan el funcionamiento de los actuadores, en los que se transforma la energía acumulada por el aire comprimido en energía mecánica. 21
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2. LA NEUMÁTICA 2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO El esquema básico de un sistema constituido por un circuito neumático es el siguiente: Aire
Compresor
Conducciones
Válvulas
El proceso final depende del sistema mecánico sobre el que actúe, ya sea un martillo neumático, etc. 22
Actuadores
Proceso
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2. LA NEUMÁTICA 2.4- COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS NEUMÁTICOS Los elementos principales que componen un circuito neumático son: • COMPRESORES: El aire comprimido se obtiene a partir de una máquina que se llama compresor.
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2. LA NEUMÁTICA 2.4- COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS NEUMÁTICOS Los elementos principales que componen un circuito neumático son: • COMPRESORES • CONDUCCIONES: El aire alimenta el resto de la instalación a través de un conjunto de conducciones diseñadas para ese fin.
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2. LA NEUMÁTICA 2.4- COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS NEUMÁTICOS Los elementos principales que componen un circuito neumático son: • COMPRESORES • CONDUCCIONES • VÁLVULAS: La circulación del aire comprimido se controla a través de un conjunto de válvulas.
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2. LA NEUMÁTICA 2.4- COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS NEUMÁTICOS Los elementos principales que componen un circuito neumático son: • COMPRESORES • CONDUCCIONES • VÁLVULAS • ACTUADORES: Son regulados por las válvulas, transforman la energía acumulada por el aire comprimido en energía mecánica.
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2. LA NEUMÁTICA 2.5- DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO El aire comprimido producido en el compresor se distribuye hacia el resto de los elementos que configuran el sistema a través de un conjunto de tuberías. Este conjunto de tuberías constituye una red o circuito de aire comprimido. Las redes utilizadas se dividen en dos tipos: • Red Abierta: La tuberías que alimentan los diferentes actuadores están en contacto con la presión atmosférica. Se suelen utilizar para limpieza de alta presión o trabajos similares.
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2. LA NEUMÁTICA 2.5- DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO El aire comprimido producido en el compresor se distribuye hacia el resto de los elementos que configuran el sistema a través de un conjunto de tuberías. Este conjunto de tuberías constituye una red o circuito de aire comprimido. Las redes utilizadas se dividen en dos tipos: • Red Cerrada: Los circuitos de esta red están estancos, es decir, manteniendo en su interior aire a presión sin estar en contacto con el aire.
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2. LA NEUMÁTICA 2.5- DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO Generalmente suelen existir en los circuitos neumáticos un conjunto de elementos destinados a acondicionar el aire comprimido que circula por la red de distribución. Algunos son: • Filtros: Se encargan de eliminar las impurezas que pudiera arrastrar el aire, ya que el aire procede de la atmósfera. • Reguladores de presión: Mantienen el valor de la presión constante en todo el circuito.
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3. LA HIDRÁULICA Los sistemas hidráulicos son semejantes a los neumáticos descritos anteriormente, pero en lugar de emplear aire comprimido utilizan un liquido, normalmente aceite, para acumular energía y posteriormente transformarlo en energía mecánica. Por esta razón se suelen llamar sistemas oleohidráulicos. Los automatismos hidráulicos disponen también de dispositivos destinados a aumentar la presión del aceite, denominados bombas hidráulicas, cuya misión es muy parecida a los compresores neumáticos. Las principales diferencias existentes con respecto a los sistemas neumáticos provienen de las particularidades que presenta el trabajar con un líquido en lugar de con un gas. Los líquidos, a diferencia de los gases, son prácticamente incompresibles.
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3. LA HIDRÁULICA La presión que ejerce el líquido sobre las paredes de un recipiente se denomina presión hidrostática y actúa igual en todas las direcciones dentro del líquido. Esta característica se expresa en la ley de Pascal, que se enuncia así: LA PRESIÓN EJERCIDA POR UN LÍQUIDO EN REPOSO SE TRANSMITE INTEGRAMENTE A TODOS LOS PUNTOS DEL LÍQUIDO.
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3. LA HIDRÁULICA F1
S1
AGUA
F2
S2
P1 =
P2 =
F1 S1 F2
P1= P2
S2 F1 S1
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F2 =
S2
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3. LA HIDRÁULICA Otra diferencia fundamental entre los sistemas neumáticos y las hidráulicos es que en estos últimos el sistema de distribución necesariamente tienen que ser cerrado. Si fuera abierto habría fugas.
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3. LA HIDRÁULICA Otra diferencia fundamental entre los sistemas neumáticos y las hidráulicos es que en estos últimos el sistema de distribución necesariamente tienen que ser cerrado. Si fuera abierto habría fugas.
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