Apuntes Neumática-Hidráulica
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NEUMÁTICA - HIDRÁULICA 1.- CIRCUITOS NEUMÁTICOS Para comprender los circuitos neumáticos vamos a compara su funcionamiento con el de los circuitos eléctricos. Los circuitos neumáticos se caracterizan porque la fuerza es transmitida por el aire a presión que genera un compresor. Recuerda, en cambio que los circuitos eléctricos los electrones se mueven gracias a la energía que suministra una pila. Siguiendo con ese paralelismo, los circuitos neumáticos tienen tuberías, por las que desplaza el aire comprimido, mientras que los electrones se mueven por los cables en los circuitos eléctricos.
Circuito eléctrico
circuito neumático
Los elementos imprescindibles en un circuito eléctrico son: generador (pila), conductores (cables), actuador (bombilla, motores, etc) y en un circuito neumático son: generador ( compresor), conductores (tuberías) y actuador ( cilindro de simple efecto). Es difícil y caro construir un sencillo circuito neumático. En el diseño se utiliza un software de simulación (FluidSIM 3.6) y, solo tras haber depurado virtualmente su idea, se comienza a construir físicamente el circuito. 2.- MAGNITUDES ÚTILES EN CIRCUITOS NEUMÁTICOS. La presión (P) es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire. El elemento empleado para su medición se llama manómetro, y la unidad que se utiliza es el bar. La unidad de presión en el S.I. es el pascal (Pa). P= F/S 1 Pa = 1 N/m2 1 bar= 105 Pa El caudal (Q) es el volumen (V) de fluido que pasa en un segundo por un punto de una tubería. Si colocamos un caudalímetro en una tubería, nos indicaría un valor numérico expresado en litros por segundo (L/s). Q=V/t = (S×L)/t=S×v , donde v es la velocidad y t el tiempo. Como el aire es muy incompresible, medir el caudal no es muy útil, ya que puede variar mucho incluso en distintas zonas de la misma tubería, sobre todo si hay curvas.
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Actividades: a) Calcula la fuerza que ejercerá una masa de aire comprimido sobre un pistón de 2 cm de radio si la presión es de 3000 Pa. ¿Y si el pistón tuviera un radio de 3 cm?. ¿ Qué conclusión puedes sacar? b) Calcula el caudal en l/min de un circuito neumático sabiendo que el volumen que atraviesa una sección del circuito es de 3 hl en 30 min. 3.- ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO Compresor. Es una máquina encargada de inyectar aire a presión en las tuberías del circuito neumático. Su función es análoga a la de una pila en un circuito eléctrico; mientras que esta suministra voltaje e intensidad, el compresor suministra presión y caudal. Unidad de mantenimiento. Se encarga de acondicionar el aire para que dañe lo menos posible las tuberías y los actuadotes. Incluye: • Un filtro que no deja pasar el agua condensada. • Un regulador de presión empleado para estabilizar los impulsos procedentes del compresor. • Un lubricador que nebuliza aceite lubricante para que sea arrastrado por el aire comprimido hasta las piezas móviles de las válvulas y actuadotes, disminuyendo así el rozamiento y el desgaste. Símbolo desarrollado y simplificado unidad de mantenimiento
de la
Cilindro de simple efecto. Es el actuador neumático más básico. Consta de un émbolo, inmerso en un cilindro, que está obligado a permanecer en contacto con la base del cilindro por la acción de un muelle. Cuando entra aire comprimido en el cilindro, el pistón es obligado a salir a costa de comprimir el muelle. Se utiliza en operaciones de sujeción de piezas, expulsión apretado, levantamiento, etc.
Válvula distribuidora. Son elementos de mando y control (como pulsadores e interruptores). Se caracteriza por: • El número de estados (o posiciones) en que pueden estar. • El modo de funcionamiento, es decir, la manera en que pasan de un estado a otro. • El número de vías (u orificios) que tienen.
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Además de las válvulas distribuidoras hay que destacar otro tipo de válvulas:
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Tuberías. Deben ofrecer baja resistencia al paso de aire. Las rígidas suelen ser de cobre o acero, y las flexibles (latiguillos), de goma reforzada. Para ver circuitos neumáticos www.youtube.es (videos neumática) HIDRÁULICA 1.- Circuitos hidráulicos. En los circuitos hidráulicos, el elemento que transmite la fuerza a través de las tuberías es un fluido incompresible, normalmente aceite industrial. Están presentes en máquinas-herramienta, automóviles, excavadoras, etc. Los componentes de los circuitos hidráulicos son similares a las utilizadas en los circuitos neumáticos, sin embargo, el fluido es suministrado a una determinada presión por un grupo motriz compuesto por un depósito, una bomba, un motor eléctrico de accionamiento y un conjunto de tuberías y válvulas. Los circuitos hidráulicos son cerrados, es decir, el líquido retorna al depósito después de realizar un trabajo. La hidráulica resulta eficaz para esfuerzos que requieren bastante fuerza, aunque no sean muy precisos, siendo útil para conseguir movimientos
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lentos, constantes y seguros, como en los aviones, los flaps de las alas, el tren de aterrizaje o los frenos de las ruedas. 2.- Principio de Pascal. El principio dice que un cambio de presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin alteración a cualquier punto del fluido. La prensa hidráulica, el freno, el gato hidráulico, son aplicaciones de este principio. P1=P2= constante F1/A1=F2/A2;
F1× A2=F2×A1
Donde A es la superficie del émbolo y F la fuerza aplicada
Otro ejemplo:
3.- Ley de continuidad. El caudal de un fluido incompresible se mantiene constante, Q= S×v= constante, en la tubería si se estrecha la velocidad del fluido que la atraviesa aumenta o viceversa. Q1=Q2=constante, donde S en m2 y v en m/s Problemas: 1. La presión de una bomba o compresor es de 2bar. ¿A cuántos Pascales equivale?. 2. Una excavadora funciona mediante un cilindro hidráulico. Sobre el émbolo del cilindro menor se ejerce una fuerza de 6000N. Sabiendo que la sección de este es 5 veces menor que la de el émbolo mayor, calcula qué peso podría levantar la pala. 3. En un cilindro de simple efecto entra aceite con una presión de 0,25 N/mm2. a) Calcula la fuerza que ejerce sobre su émbolo si este tiene 2cm de diámetro. b) ¿Cómo varía la fuerza si el diámetro del émbolo se reduce a la mitad? c) ¿Qué conclusión obtienes? 4. ¿Qué fuerza de frenado se ejerce sobre cada una de las cuatro ruedas del coche cuando se pisa el pedal del frenado con 10N?. Supón que la superficie del émbolo que corresponde al pedal es 60 veces menor que la de los que actúan sobre las ruedas.
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5. Dos jeringuillas están conectadas mediante un tubo de plástico en cuyo interior se encuentra confinado un fluido incomprensible. La jeringuilla mayor tiene una capacidad de 60ml y un diámetro de émbolo de 2,5cm, mientras que la capacidad de la jeringuilla más pequeña es 20ml y el diámetro es de 2cm. ¿Podrá elevarse un peso de 15N colocado en el émbolo de la jeringuilla mayor ejerciendo una fuerza de solo 10N en el émbolo de la jeringuilla pequeña? 6. Un fluido circula a una velocidad de 5 m/s por una tubería de sección circular de 10cm de diámetro y trayectoria rectilínea. A mitad de su trayecto la tubería se estrecha, reduciendo su diámetro a la mitad. ¿Cuál es la velocidad del fluido en la segunda mitad de su recorrido por la tubería? 7. Dibuja el esquema y explica el funcionamiento de la válvula 5/2 del dibujo conectada a un cilindro de doble efecto. 8. Busca información sobre la diferencia entre la presión barométrica y la presión manométrica. ¿Qué instrumento se utiliza para medir cada una de ellas?. 9. Blaise Pascal y Daniel Bernoilli fueron dos de los científicos que más contribuyeron al conocimiento de los gases (neumática) y de los principios básicos que rigen la hidráulica. Investiga acerca de sus vidas.
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