Hidraulica y Neumatica 2011

Hidráulica y neumática

Reglas del juego

• Puntualidad a la hora de ingreso a clases.• Asistencia de 75%.

Profesor: Julio Caballeria A. 2010 2

Deberes formales

- Está prohibido traer cualquier alimento o bebestible al laboratorio.

- Cuidado de material de laboratorio.- No se acepta el uso de gorro al interior del

laboratorio.- Todo alumno que desee entrar al laboratorio

deberá antes dejar su bolso en los casilleros.


Objetivos de la asignatura• Definir términos y simbologías empleadas en equipos de neumática e

hidráulica.• Reconocer sistemas y componentes neumáticos e hidráulicos.• Aplicar procedimientos de armado y desarme de componentes

neumáticos e hidráulicos.• Detectar y reparar anomalías en sistemas neumáticos e hidráulicos.• Determinar las características, funcionamiento y simbología de los

elementos electroneumáticos y electrohidráulicos que componen un sistema de control.

• Montar circuitos con mandos eléctricos para sistemas neumático y oleohidráulicos.


Programa asignatura Unidad 1 “ Propiedades de los fluidos”

– Densidad absoluta.– Densidad relativa.– Peso específico.– Volumen específico.– Viscosidad cinemática.– Viscosidad dinámica.

Unidad 2 “ Principios de la neumática”– Unidades de medida utilizadas en neumática e hidráulica: Caudal, presión, humedad y temperatura.– Leyes que rigen los fenómenos relacionados con el comportamiento de los gases.– Descripción de las unidades preparadoras de aire.– Compresores de aire:– Pistón.– Paleta.– Tornillo.


Unidad 3 “ Componentes de un circuito neumático” Unidad 4 “ análisis de circuitos neumáticos”

Montaje de circuitos semiautomáticos y automáticos, según la secuencia entregada. Montaje de circuitos lógicos neumáticos, según la secuencia entregada. Montaje de circuitos avanzados utilizando electroválvulas, según la secuencia

entregada.

• Unidad 5 “Principios de la hidráulica”– Hidrostática:– Ecuación fundamental de la hidrostática para un fluido incompresible.– Descripción de la ley de Pascal.– Hidrodinámica:– Ecuación fundamental de la hidrodinámica o ecuación de Bernoulli.– Ecuación de continuidad.– Instrumentos para medir la presión.– Instrumentos para medir el flujo.


• Unidad 6 “Generadores de energía hidráulica”– Definición y clasificación de las bombas.– Elementos constitutivos:– Rodete.– Difusor.– Cebado de una bomba.– Instalación de una bomba.– Altura útil o efectiva de una bomba.– Características de funcionamiento y aplicaciones de bombas de:– Engranajes.– Paletas.– Pistones.

• Unidad 7 “ componentes de un circuito hidráulico”– Líquidos oleohidráulicos.– Elementos de distribución, mando y trabajo oleohidráulico:– Válvulas distribuidoras.– Válvulas de caudal.– Válvulas de presión.– Válvulas secuenciadoras.– Válvulas proporcionales.


– Servo válvulas.– Válvulas de frenado.– Cilindros.– Motores.– Actuadores rotativos.– Filtros.– Sensores.– Relés.– Temporizadores.

• Unidad 8 “ Análisis de circuitos oleo hidráulicos”– Pérdidas primarias y secundarias en tuberías.– Cálculo del coeficiente de pérdida primaria, ¦– Diagrama de Moody.– Cálculo del coeficiente de pérdida secundario, K.– Análisis de pérdidas en accesorios.– Montaje de circuitos neumáticos e hidráulicos con mando eléctrico según la secuencia dada.– Diagrama estado fase.– Diagrama de señales.– Plano eléctrico.


Evaluaciones• 4 Certámenes escritos 20% c/u• N Quiz 10%• Nota Disertación 10%

Fechas certámenes


BIBLIOGRAFÍA GENERAL

• Manuales DEGEM del laboratorio de Neutrónica• Manuales DEGEM del laboratorio de Hidrónica• W. Deppert y K. Stoll, "Dispositivos Neumáticos", Marcombo• Anthony Esposito, "Fluid Power with Applications", Prentice

Hall• E.Carnicer Royo y C. Mainar Hasta, "Oleohidráulica",

Paraninfo• Folletos y manuales de componentes hidráulicos• Cursos en línea.


Definición de Hidráulica

• Hoy, al término "hidráulica", se le atribuye el significado de transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos.

• Es decir, se utilizan líquidos para la transmisión de energía. En la mayoría de los casos se trata de aceite mineral pero también puede pueden ser líquidos sintéticos, agua o una emulsión aceite agua.


PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

• DEFINICION DE FLUIDO • Los fluidos son sustancias capaces de “fluir” y que se adaptan a

la forma de los recipientes que los contienen. Todos los fluidos son compresibles en cierto grado y ofrecen poca resistencia a los cambios de forma.

• Los fluidos pueden dividirse en líquidos y gaseosos. Las diferencias esenciales entre líquidos y gases son:

• (a) los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases son compresibles

• (b) los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres mientras que una masa dada de gas se expande hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga.


• Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

• Ejemplo: un objeto pequeño y pesado, como una piedra de granito o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano hecho de corcho o de espuma de poliuretano.

La densidad es la masa por unidad de volumen. Se acostumbra a designarla con la letra griega (ro). Densidad = Masa / Volumen

m / V

• kilogramo por metro cúbico (kg/m³). • gramo por centímetro cúbico (g/cm³). • kilogramo por litro (kg/L)


Densidad o densidad absoluta.

Densidad relativa• Es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de

referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades).

• donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad de la sustancia, y ρ0 es la densidad de referencia o absoluta.

• Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 (atm) y la temperatura de 4 (°C). En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 (kg/m3), es decir, 1 (kg/L).

• Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 (atm) y la temperatura de 0 (°C).


• Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.

• Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante)


• PESO ESPECÍFICO.• Se define como la relación entre el peso de un volumen determinado de

una sustancia con el de un volumen igual de agua; en los aceites lubricantes esta relación es inferior a la unidad, lo cual indica que son menos pesados que el agua, razón por la que flotan en ella. Se acostumbra a designar el peso específico por la letra griega (gama).

W / V W = Peso de la sustancia V = Volumen

Se acostumbra a dar el peso específico en (Kg/m³) ; (Gr/dm³) El peso específico de una sustancia cambia con la temperatura. El mercurio,

por ejemplo, posee un peso específico de 13,376 (Kg/m³) a -10(°C) y 12,745,5 (Kg/m³) a 70(°C).


Viscosidad• Se define como viscosidad, al rozamiento interno

en un fluido.• A causa de la viscosidad, es necesaria una fuerza

para que una capa del líquido se deslice sobre la otra, cuando hay una capa de líquido entre ambas.

• La viscosidad de un líquido decrece con la temperatura y presión.

• Una definición clásica de viscosidad es la de resistencia del fluido a fluir.


• Viscosidad Dinámica Absoluta• Representa la viscosidad real de un líquido y se

obtiene mediante un sistema de depresión de precisión, se mide el tiempo necesario para llenar de abajo hacia arriba una cavidad unida a un tubo capilar, pero situada por encima de él, de forma que el fluido analizado pase primero por el tubo (por aspiración), para entrar a continuación en la cavidad.


Viscosidad Cinemática Absoluta• Se define como el tiempo que demora en

pasar el líquido de arriba abajo (por su propia masa).

• Esta viscosidad se obtiene por derramamiento : después de haber llenado por aspiración la cavidad (continuación del ensayo de viscosidad dinámica), se mide el tiempo necesario para el paso del fluido a través del tubo capilar.


SAYBOLT


Índice de Viscosidad • Se define como un coeficiente que permite juzgar el

comportamiento de la viscosidad de un fluido, está en función de la elevación o disminución de la temperatura a que esta sometido el fluido.

• En el lenguaje común la denominación S.A.E. (Society of Automovile Engines ), seguida de un número se utiliza corrientemente para designar el índice de viscosidad de un aceite . Cuanto mayor sea el índice de viscosidad, tanto menor será la variación de la viscosidad de éste con las variaciones de temperatura.


• Determinación del índice • Para poder determinar el índice de viscosidad de los aceites se dijo lo sgte:• - El coeficiente 0 a un aceite de naturaleza asfáltica (de viscosidad muy inestable bajo

la influencia de la temperatura) ; • - El coeficiente 100 a un aceite de naturaleza parafínica (de viscosidad bastante estable

bajo la influencia de la temperatura) ; • Se ha de destacar que estos dos fluidos "patrón" tienen una viscosidad idéntica a 98,8

°C .Por el contrario a 37,8 °C la viscosidad de estos aceites es completamente diferente, como se puede observar en la figura.


• Teorema de Bernoulli• Dice que la energía total de un fluido permanece constante en

cualquier punto del circuito hidráulico.• La energía total del aceite en un punto de la instalación es la suma

de tres energías:• Eh = m *g* h• donde,• Eh = Energía potencial.• m = Masa.• g = Gravedad.• h = Altura.• No es tenida en cuenta en hidráulica, salvo en máquinas o

instalaciones de más de 10 m de altura (alguna prensa).


• Energía de presión (Ep)• Es la energía que contiene un cuerpo cuando está comprimido

a una presión y que es capaz de entregar cuando se libera:Ep = P (presión) * V (volumen)

• Energía cinética (Ec)Ec = 1/2 m (masa) * V2 (velocidad)

• En los circuitos hidráulicos la velocidad del aceite no debe pasar de 7 m/seg.


• 1 Formulación de la ecuación • La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluído bajo condiciones variantes y tiene la forma

siguiente: •

• 2 Parámetros • : Es la presión estática a la que está sometido el fluído, debida a las moléculas que lo rodean • : Densidad del fluído. • : Velocidad de flujo del fluído. • : Valor de la aceleración de la gravedad ( en la superficie de la Tierra). • : Altura sobre un nivel de referencia.

• 3 Aplicabilidad • Un fluído se caracteriza por carecer de elasticidad de forma, es decir, adopta la forma del recipiente que la

contiene, esto se debe a que las moléculas de los fluídos no están rígidamente unidas, como en el caso de los sólidos. Fluídos son tanto gases como líquidos.

• Para llegar a la ecuación de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos limitan el nivel de aplicabilidad: • El fluído se mueve en un régimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un punto no varía con el tiempo. • Se desprecia la viscosidad del fluído (que es una fuerza de rozamiento interna). • Se considera que el líquido está bajo la acción del campo gravitatorio únicamente.


• 4 Efecto Bernoulli • El efecto Bernoulli es una consecuencia directa que surge a partir de la ecuación de Bernoulli: en

el caso de que el fluído fluja en horizontal un aumento de la velocidad del flujo implica que la presión estática decrecerá.

• Un ejemplo práctico es el caso de las alas de un avión, que están diseñadas para que el aire que pasa por encima del ala fluya más velozmente que el aire que pasa por debajo del ala, por lo que la presión estática es mayor en la parte inferior y el avión se levanta.


PASCAL•

Una característica de cualquier fluido en reposo es que la fuerza ejercida sobre cualquier partícula del fluido es la misma en todas las direcciones. Si las fuerzas fueran desiguales, la partícula se desplazaría en la dirección de la fuerza resultante. De esto se deduce que la fuerza por unidad de superficie que el fluido ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene es perpendicular a la pared en cada punto sea cual sea su forma. Si la presión no fuese perpendicular el fluido se movería a lo largo de la pared.

• El principio de Pascal afirma que la presión aplicada sobre el fluido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas las direcciones y a todas partes del recipiente, siempre que se puedan despreciar las diferencias del peso debidas al peso del fluido.


P= F/A

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOBÁSICO DE UN CIRCUITO HIDRÁULICO


Fase 1: En la fase 1 o ciclo de admisión la válvula antirretorno de salida está cerrada por la presión debida a la carga y la válvula de entrada se abre para permitir que el líquido (aceite hidráulico) del tanque llene la cámara de bombeo

Fase 2: En la fase 2, el pistón dela bomba es empujado hacia abajo. La válvula antirretorno de entrada está cerrada por la presión y la válvula de salida se abre. Se bombea un poco de líquido hacia el pistón mayor para elevarlo


Para hacer descender la carga se abre una tercera válvula de aguja, que abre un pasaje debajo del pistón mayor hacia el tanque . La carga empuja entonces al pistón hacia abajo y obliga al líquido a entrar en el tanque

Principios de neumática

• La densidad de los cuerpos cambia con la presión y la temperatura. Los gases son más sensibles a los cambios de densidad que los sólidos y líquidos. Al no existir un cambio de masa y si lo puede hacer el volumen ocupado por dicha masa, acontecerá que al haber un aumento de volumen hay una disminución de la densidad, al haber una disminución del volumen existirá un aumento de la densidad. Este volumen puede cambiar con la presión y la temperatura.


PRESIÓN COMO CONCEPTO

• Se entiende por presión a la fuerza aplicada por unidad de área en la cual se aplica esa fuerza (matemáticamente). También podemos decir que la presión es la resistencia a comprimir por una fuerza externa. Su fórmula es:

P = F A


Presión en un sólido Si un cuerpo sólido de peso W se encuentra apoyado sobre una

superficie horizontal y A es su área de contacto, la presión del cuerpo sobre la superficie A está dada por:

P = W A


La fuerza es considerada normal (perpendicular) a la superficie de área A. De esta forma si el sólido pesa 400 Kg y el área de apoyo es de 100 cm2 se obtendrá que la presión que el sólido ejerce sobre el área es

de: P = 400 100

P = 4 Kg cm2

A

EJEMPLO

Presión en un líquido

• La presión en un líquido es la debida al peso de este líquido encerrado en un estanque. • Apliquemos el concepto de presión en un sólido al siguiente ejemplo:

• Un estanque, como el de la figura, contiene un fluido de densidad conocido. ¿Cuál es la

presión que el líquido ejerce sobre el fondo del estanque?


A

Para dar respuesta, considérese un cilindro de líquido de área A y alto h, se tendrá entonces que:

P = W (peso) A (área)

Donde, W = Volumen del cilindro * peso específico P = Volumen del cilindro * peso específico

Área Pero, peso específico = densidad * Fuerza de gravedad (9,8 m/seg2) P = Volumen del cilindro * densidad * Fuerza de gravedad

Área Y, por último, volumen del cilindro = Área * altura P = Área * altura * densidad * Fuerza de gravedad

Área

La ecuación es finalmente: P = altura * densidad * Fuerza de gravedad P = h * * g

O bien: P = altura * peso específico P = h *


A

• De este resultado se desprende que la presión depende de la altura del líquido medida hasta la superficie libre. El ejemplo de la figura muestra dos manómetros a diferentes alturas por ser la altura directamente proporcional a la presión podemos afirmar que la presión medida en el primero será mayor a la medida en el segundo.


Presión en un gas• "La presión que ejerce un gas sobre las paredes

de un recipiente que lo contiene se distribuye sobre toda la superficie en forma igual" (ley de Pascal).


GAS

Presión en un gas• Las moléculas de los gases están chocando continuamente sobre

las paredes del recipiente, ejerciendo sobre ellas una fuerza por unidad de área producto del movimiento cinético molecular.

• Si se calienta el gas, las moléculas de aire adquieren mayor movimiento (más energía cinética de las moléculas) aumentando así la presión. Más cantidad de moléculas y con mayor intensidad chocan sobre la misma área.


GAS

Presión en un gas• Si reducimos el volumen del recipiente y pensamos que

la temperatura no variará, la energía cinética de las moléculas se mantendrá al igual que la fuerza con que golpean sobre la superficie, pero el área al ser menos provocará un aumento de la presión (según la fórmula).

P = F A


GAS

PRESIÓN ATMOSFÉRICA O BAROMÉTRICA

PRESIÓN ATMOSFÉRICA O BAROMÉTRICA

• Definición:• La masa de aire que rodea a la tierra es atraída a ésta por la

fuerza de gravedad lo que hace que sobre todos los cuerpos y superficies terrestre pese una columna de aire. El peso de esta columna de aire que actúa en cierta área es llamada presión atmosférica.

• Se ha determinado que la presión atmosférica es igual al valor de una columna de mercurio de 760 mm (760 mm Hg), experimento realizado a nivel del mar.


• El tubo con mercurio de la FIGURA no se vacía gracias a la presión que ejerce el peso del aire sobre el recipiente de mercurio. O sea, que la presión que ejerce el aire es igual al peso del mercurio que permanece en el tubo.

• Por ser iguales y contrarias la fuerza producida por el mercurio y la presión atmosférica se anulan produciendo el equilibrio de fuerzas y el movimiento de bajada de la columna de mercurio cesa.


• Como la presión atmosférica depende de la fuerza de gravedad podemos decir que al ir subiendo sobre el nivel del mar, esta presión disminuye hasta anularse en la estratosfera, donde no hay aire.


En la siguiente tabla se indica la presión atmosférica a diferentes alturas en kg/cm²


Altitud en metros

Presión en kg/cm²

Altitud en metros

Presión en kg/cm²

0 1,033 1000 0,915100 1,021 2000 0,810200 1,008 3000 0,715300 0,996 4000 0,629400 0,985 5000 0,552500 0,973 6000 0,481600 0,960 7000 0,419700 0,948 8000 0,363800 0,936 9000 0,313900 0,925 10000 0,270

PRESIÓN MANOMÉTRICA Y ABSOLUTA

• La presión manométrica es aquella que toma como cero la presión atmosférica

• Los valores superiores a cero son considerados como presión y los bajo a cero son llamados valores negativos o de vacío.

• Cuando se obtiene una lectura de cero es la presión atmosférica la leída.


La presión absoluta, en cambio, no tiene valores negativos o de vacío. El cero es el mismo que el cero de la presión atmosférica, o sea, el cero absoluto.

• Al observar la escala de la FIGURA podemos decir que:

• Presión absoluta = presión atmosférica + presión manométrica• El signo negativo nos dirá si se trata de vacío (según la presión

manométrica.) • O sea, • Presión absoluta = 760 + 100 (mm Hg)

= 860 (mm Hg)


PRESIONES EN FLUIDOS EN MOVIMIENTO

• Cuando los fluidos se encuentran en movimiento surgen los conceptos de presión estática y presión dinámica.

• En la FIGURA 1 no tenemos circulación de aire. Los manómetros se equilibran gracias a la presión atmosférica.


Si tenemos un tubo de ventilación abiertos en ambos extremos y hacemos circular aire a través de este, por medio de un ventilador, obtendremos cierto comportamiento de los dos tubos en U (manómetros) conectados al flujo de aire.

En la FIGURA 2 circula aire a baja velocidad lo que provoca el desnivel de los manómetros, pero mientras A indica vacío, B indica presión.


• Si aumentamos la velocidad del aire (ver FIGURA 3) los desniveles aumentan más.


De esto podemos concluir que la presión varía entre un fluido en reposo (caso 1) De esto podemos concluir que la presión varía entre un fluido en reposo (caso 1) y uno en movimiento (caso 2 o 3) y que, además, esta variación depende de la y uno en movimiento (caso 2 o 3) y que, además, esta variación depende de la velocidad del fluido. velocidad del fluido.

La presión en A se llama presión estática y la medida en B es llamada presión dinámica.

• La velocidad que adquiere el fluido dentro del tubo no es igual en cualquier punto. Junto a las paredes del tubo la velocidad del fluido es prácticamente 0 (cero) en cambio en el centro del tubo es máximo.

• En la FIGURA 4 podemos observar la diferencia de velocidades, producto de las turbulencias producidas en el flujo.

• Por lo dicho anteriormente podemos concluir que la presión estática y dinámica, medidas en el centro es mayor a la presión estática y dinámicas

medidas más cerca del tubo.


ESTATICA DINAMICA

TIPOS DE FLUJOS

• Flujo es la forma de circulación que tienen los fluidos.

• Puede ser: • Flujo laminar. • Flujo de transición. • Flujo turbulento.


Flujo laminar • Una circulación es laminar cuando el trayecto recorrido

por el fluido no se ve perturbado por ninguna turbulencia importante. En una circulación de este tipo, las partículas que constituyen el fluido circulan paralelamente entre sí.


Flujo turbulento• Una circulación es turbulenta cuando el

fluido tiende a separarse. En una circulación de este tipo el fluido se agita.


Flujo de transición:

• Es una circulación intermedia (entre laminar y turbulenta)


• La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.

• Energía neumática: diferencial de presión de aire utilizada para provocar movimiento en diferentes sistemas.


Humedad• La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua presente en el aire.

Se expresa en gramos de agua por unidad de volumen (g/m³). A mayor temperatura, mayor es la cantidad de vapor de agua.

• La humedad específica es la cantidad de vapor de agua contenido en el aire medido en gramos de vapor por kilogramo de aire húmedo (g/kg).


Ecuación de estado de gases ideales

• Las hipótesis básicas para modelar el comportamiento del gas ideal son:

• El gas está compuesto por una cantidad muy grande de moléculas, que además tienen energía cinética.

• No existen fuerzas de atracción entre las moléculas, esto por que se encuentran relativamente alejados entre sí.

• Los choques entre moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente elásticos.


• De lo recién señalado, la más elemental de las hipótesis es que no existen fuerzas intermoleculares; por lo tanto, se está en presencia de una sustancia simple y pura. La forma normal de la ecuación de estado de un gas ideal es:

p * v = R * T Con R= 8,314 J/ mol ºK

Donde:• P= Presión (Pascal = 1 N/m2)• V=Volumen específico (m3/mol)• R=Constante universal de los gases ideales• T=Temperatura (ºK)


• La misma ecuación se puede expresar en forma alternativa como:

• p * V = n * R * T • Donde:• V=Volumen total del sistema (m3).• n=Número de moles en el sistema.


Ley de boyle mariote

• Afirma que, a temperatura y cantidad de gas constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión:

• P1*V1=P2*V2

• Proceso a Tº constante


P1 P2

F

1

F2

P3

F2

V1V2

V3

Ley de Charles• Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal,

mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partículas. Así que, a mayor movimiento de las partículas (temperatura), mayor volumen del gas.


Gay- lussac

• La presión del gas, que se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura:


ejercicios


1- Un recipiente tiene un volumen de 0.3 (m3) de aire a un presión de 22 (bar). Calcule la presión si el volumen se reduce a la cuarta parte.

P1*V1=P2*V2

2- Un recipiente de volumen 0.92 (m3) se encuentra a una temperatura de 32 (ºC) y una presión de 3 (atm). Calcule el volumen cuando la temperatura es de 40 (ºC), sabiendo que su presión sigue siendo de 3 (atm).

V1 = V2

T1 T2

CAÍDA DE PRESIÓN

• Las pérdidas de presiones traen como consecuencias una pérdida de energía lo que se traduce en un bajo rendimiento de la red de aire comprimido.

• La mayor parte de los equipos y herramientas neumáticas están construidos para obtener su máximo rendimiento a una presión de trabajo comprendida entre 6 y 7 bar.

• La presión desarrollada por el compresor es normalmente de 7 bar, pero esta no es la presión que recibirán las herramientas y equipos neumáticos en los lugares de aplicación o puntos de consumo, ya que entre el compresor y los lugares de consumo existen por lo menos un depósito de aire, unidades de depuración, tuberías y sus curvas, filtros, etc. que impiden el aprovechamiento total de la energía contenida en el aire a la salida del compresor.


Los fabricantes de elementos neumáticos deben procurar que la pérdida de presión se mantenga dentro de un límite. Se recomienda que la caída de presión total de una instalación (red de aire comprimido) se establezca en un máximo de 0,6 bar Esto significa si del compresor obtenemos una presión de 7 bar, debemos sensar en los lugares de consumo una presión de 6,4 bar. Tabla de referencia


Refrigerador posterior de agua 0.09 bar

Refrigerador posterior de aire 0.09 bar

Secador Frigorífico 0.20 bar

Secador por absorción 0.30 bar

Separador cerámico 0.10 bar

Red de tuberías 0.14 bar

Filtros en general 0.14 bar

MANÓMETROS

• Es un instrumento que se utiliza para medir valores, ya sea, de presión (+) o de vacío (-) teniendo en cuenta que el cero de su escala coincide con la presión atmosférica. Las unidades más utilizadas son el Kg./ cm2; lb /pulg2 o PSI. Además existen otras unidades como pulgadas o milímetro de columna de agua (H2O), es decir, la altura de una columna de agua que da la misma presión o fuerza por unidad de aire; pulgada o milímetro de mercurio ("Hg o mm Hg); presión de vacío en pulgadas o milímetros de vacío con respecto al dato de presión atmosférica; el kilopondio por centímetro cuadadro (Kg/cm2)


• Tipos de manómetros: • Manómetros de tipo húmedo.

Manómetro de Bourdon. Manómetro de diafragma


MANÓMETRO DE TIPO HÚMEDO • Tubo en "U"• Para efectuar la medición se constata que las dos columnas de

fluido se encuentren coincidiendo con el cero de la escala. En la FIGURA 1 (caso b) podemos apreciar una diferencia de altura en la escala provocada por la presión que desplaza el líquido. La lectura obtenida será la altura de la columna expresada en milímetros (mm) o en pulgadas (") dependiendo de la graduación de la escala.


PUEDE CONTENER AGUA O MERCURIO, EL MERCURIO SE UTILIZA

PARA MAYORES PRESIONES.

• El manómetro de cubeta es muy similar al de tubo en U, se usa generalmente con mercurio, para presiones altas.


MANÓMETRO BOURDON

• El tubo de Bourdon de la FIGURA es uno de los primeros manómetros mecánicos y el de mejor resultado. Puede medir desde 0,35 Kg/cm2 hasta 700 Kg/cm2 con una precisión de hasta + 2,5 % de la desviación total. Son sensibles ante los golpes y a las pulsaciones de presión. Una forma de impedir pulsaciones es a través de válvulas de estrangulamiento.

• La presión se encarga de extender el muelle tubular.(rojo) el cual transmite el movimiento por medios mecánicos a la aguja.


El tubo de Bourdon

• En la FIGURA podemos observar la forma que tiene el tubo de actuar cuando recibe una presión. En caso que esta señal sea de depresión el tubo se contrae entonces el movimiento será contrario al indicado por la figura.

•


MANÓMETRO DE DIAFRAGMA • Son adecuados para presiones bajas de

máx. 1 Kg/cm2. Además, son bastantes sensibles.


TRATAMIENTO DEL AIRE ASPIRADO

• El aire aspirado por un compresor, contiene una cantidad de agua en función a la temperatura ambiente y de la humedad relativa.

• También puede contener vapores químicos, que pueden ser ácidos, que dañan al compresor y equipos purificadores de aire (contaminantes).

• La calidad del aire se clasifica de acuerdo a normas. Para deshumificar el aire podemos elegir diferentes formas de secado. Conseguir la esterilización del aire es muy difícil pero necesaria, por ejemplo, en hospitales o en la industria alimenticia.


TRATAMIENTO DEL AIRE A LA SALIDADEL COMPRESOR

• Una de los principales problemas en instalaciones neumáticas es el de obtener un aire de buena calidad. Se entiende como aire de buena calidad a aquel, que aparte de estar libre de impurezas, que este libre de vapores de agua o que no produzca condensación de esta en las cañerías. Los medios para disminuir la cantidad de agua presente en el aire a la salida del compresor son:

• Refrigerador posterior. Secador.

• La correcta disposición de los equipos de secaje mencionados es importante para lograr la mayor eficiencia de ellos.


REFRIGERADOR POSTERIOR

• Son intercambiadores de calor que están ubicados a la salida del compresor. No existe ningún elemento entre ellos. Tienen como función disminuir el contenido de humedad en el aire comprimido. Puede condensar ente el 50 y 80 % de toda la humedad que aspira el compresor. Al bajar la temperatura del aire comprimido se obtiene la condensación de los vapores de agua presente en éste.


SECADORES• Los secadores se pueden dividir en dos tipos: • Frigorífico.

De adsorción.• Se pueden ubicar antes o después del depósito. • Tienen como función disminuir el porcentaje de vapor de agua

que contiene el aire comprimido, de manera que a través de un proceso de enfriamiento logre alcanzar una determinada temperatura límite (punto de rocío) en donde no se presenta condensación alguna.

• No siempre se utiliza un secador en una instalación neumática. Se utiliza en instalaciones en donde sea indispensable un aire totalmente seco, como por ejemplo, en donde exista gran cantidad de instrumentos, industrias químicas y petroquímicas.


Descripción de las unidades preparadoras de aire.

COMPRESORES NEUMATICOS

• El compresor es el elemento que se encarga de abastecer la demanda de aire existente en el circuito neumático, a la presión deseada y al caudal necesario para el buen funcionamiento del elemento neumático. La entrega de aire se debe ajustar a los requerimientos exigidos en ese momento, con lo cual la entrega de aire comprimido debe regularse, esto se realiza a través de sistemas de regulación de capacidad.


REGULACIÓN DE LA CAPACIDAD • Es necesario que cada compresor posea un sistema

de regulación de manera de ajustar el suministro de aire producido por los compresores a los requerimientos solicitados por los consumos. El tipo de control a elegir va a depender de las características del compresor, de la unidad de accionamiento y del sistema o red de distribución. El control puede ser manual o automático.

• TIPOS DE REGULACIONES: • Regulación en compresores alternativos.

Regulación en compresores dinámicos.


• Los compresores son máquinas que aspiran aire ambiente (a presión atmosférica) y lo comprimen hasta lograr una presión superior.

• Existen dos tipos básicos de compresores: • Compresores de desplazamiento positivo.

Compresores dinámicos.


• En la FIGURA se muestra un esquema en el cual se aprecia los variados tipos de compresores existentes.


• Cada compresor posee un sistema de refrigeración que permita un mayor rendimiento, en algunos casos la refrigeración es por etapas (refrigeración intermedia) siempre y cuando el compresor sea de dos o más etapas, lo que permite reducir aún más las pérdidas de potencia y además incrementa la densidad del aire.


• Otro factor a considerar en un compresor es la lubricación, ya que una lubricación adecuada permitirá un rendimiento mayor de la máquina y también una mayor fiabilidad y una disminución en los costos de mantención.


• Cada compresor posee distintas características que se tienen que tomar en cuenta a la hora de elegir un compresor, en la elección de un compresor se tomará en cuenta la capacidad de aire que necesitará el interesado y además una serie de otros factores, ya sea técnicos y económicos.


COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO


• En los compresores de desplazamiento positivo, el aumento de presión se produce, cuando el volumen ocupado por el aire (o un gas) se reduce. Las máquinas de este tipo pueden, por otra parte subdividirse en alternativas y rotativas. Dependiendo de su diseño aparecen otros tipos.


COMPRESORES ROTATIVOS

Paletas. Anillo líquido. Roots. Tornillo.


COMPRESORES DE PALETAS • Este tipo de compresor lleva un rotor

cilíndrico dentro de una carcasa cilíndrica o estator. El rotor lleva un número de paletas radiales metidas en unas ranuras dispuestas para tal efecto. Cuando el rotor gira accionado por el motor, las paletas se desplazan contra las paredes del estator, debido a la fuerza centrífuga. El volumen del aire aspirado por el compresor va entrando en la cámara comprendida entre dos paletas consecutivas, zona de mayor excentricidad al girar el rotor, el volumen entre las paletas va disminuyendo y el aire se comprime hasta llegar a la lumbrera de descarga.

• Una de las principales desventajas de los compresores de paletas, las impone la fricción en la punta de las paletas, los esfuerzos de flexión y los límites en la longitud de ellas.


COMPRESOR DE ANILLO LÍQUIDO • Estos tipos de compresores no son muy

utilizados, ya que generan presiones muy bajas, pero debido a su hermeticidad son aplicados como bombas de vacío. Además se caracterizan por trabajar libres de aceite.

• En la FIGURA se muestra este tipo de compresor con todos sus elementos que lo componen. Esta compuesto por un rotor, en el que se montan una serie de álabes fijos y una carcasa o cilindro, de tal forma que la cámara entre álabes y cilindro, varía cíclicamente por cada revolución del rotor. El cilindro está parcialmente lleno de líquido. Durante su funcionamiento, el líquido sale proyectado contra el cilindro, merced a la acción ejercida por los álabes. La fuerza centrífuga, hace que el líquido forme un anillo sólido sobre el cilindro, cuya pared interior varía en su distancia desde el rotor, en la misma medida en que lo hace la pared del cilindro. De esta manera, el volumen entre álabes, varía cíclicamente, de forma similar a como ocurre en un compresor de paletas.


COMPRESOR ROOTS • Estos compresores tienen su

aplicación para bajas presiones.• Esta formado por un estator dentro

del cual giran dos rotores de perfiles idénticos en forma de 8 a velocidad angular constante, en sentido inverso el uno del otro. La rotación de los rotores esta sincronizada por un juego de engranajes exteriores, lubricados por baño de aceite.

• Cabe destacar, que los rotores no rozan entre sí, ni con el estator. Estos compresores transportan del lado de aspiración al de compresión el volumen de aire aspirado, sin comprimirlo en este recorrido.

• Este tipo de compresores son exentos de aceite, debido a que no existe fricción entre los rotores.

Profesor: Julio Caballeria A. 2010

99

COMPRESOR DE TORNILLO • Este tipo de compresores puede

funcionar a velocidades elevadas, ya que no existen válvulas de aspiración/impulsión ni fuerzas mecánicas que puedan generar desequilibrios. El compresor de tornillo consta de un rotor macho y de un rotor hembra. El rotor macho posee 4 lóbulos y gira a un 50 % más rápido que el rotor hembra que tiene seis acanaladuras.

• La compresión del aire ocurre entre los lóbulos y las acanaladuras. La entrada y salida del aire, hace abrir y cerrar automáticamente por los extremos de los rotores al girar éstos.


COMPRESORES ALTERNATIVOS

Pistón (simple y doble efecto). Diafragma.


COMPRESOR DE PISTÓN • Este tipo de compresores son uno de los más utilizados en la actualidad.• Para lograr el ingreso y evacuación del aire en el momento adecuado se

utilizan válvulas de aspiración y válvulas de impulsión. • La válvulas de aspiración, permiten el paso del aire atmosférico al interior

del cilindro ya que en el movimiento de descenso del pistón se crea una depresión o vacío.


COMPRESORES DE DIAFRAGMA

• Son del tipo exentos de aceite que utilizan una membrana flexible o diafragma, en lugar de pistón.

• El diafragma puede activarse mecánica o hidráulicamente. En la FIGURA se observa un compresor de este tipo, en donde el accionamiento es mecánico, esto se realiza a través de una excéntrica enchavetada al eje de accionamiento del compresor y por medio de una biela se transmite movimiento alternativo al diafragma.


COMPRESORES DINÁMICOS

•LOS COMPRESORES DINÁMICOS MÁS UTILIZADOS SON:

• Compresor centrífugo. Compresor axial.


COMPRESOR CENTRÍFUGO • En los compresores centrífugos el desplazamiento del fluido es

esencialmente radial. El compresor consta de uno o más impulsores y de un número de difusores, en los que el fluido se desacelera. El fluido aspirado por el centro de una rueda giratoria, ojo del impulsor, es impulsado por los alabes de ésta y debido a la fuerza centrífuga, hacia los canales del difusor. Después de que la energía cinética se ha convertido en presión, el fluido es conducido hacia el centro del próximo impulsor y así sucesivamente.


IMPULSORES DE UN COMPRESOR CENTRÍFUGO • Los impulsores se clasifican según la dirección de curvatura de sus álabes.

Las aletas o álabes están curvados hacia delante , en sentido radial o hacia atrás


COMPRESOR CENTRÍFUGO

• En los compresores de eje múltiple con refrigeración intermedia, las turbinas están en forma independiente, pero interconectadas entre sí de acuerdo con el progreso de la compresión. Esta disposición permite dimensionar la la etapa de acuerdo con su función, además de permitir la refrigeración entre cada una y la siguiente mejorando de esta manera su rendimiento.


Compresores de eje múltiple

• Las velocidades de funcionamiento de este tipo de compresor, están comprendidas entre 20.000-100.000 r.p.m. , debido a las elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinámicos de tamaño medio, se utilizan cojinetes amortiguadores, en lugar de los rodillos, que son los que incorporan los compresores de desplazamiento.


COMPRESOR AXIAL • Este tipo de compresor se caracteriza por entregar un caudal muy grande

(500.000 m³/h ), pero como contrapartida su presión máxima llega a los 4 bar. Como su nombre lo indica, posee un flujo axial en la dirección del eje. El gas pasa axialmente a lo largo del compresor, a través de hileras alternadas de paletas, estacionarias y rotativas, que comunican cierta velocidad al gas o energía, que después se transforma en presión. La capacidad mínima en este tipo de compresores, viene a ser del orden de los 15 m³/s.


Los compresores axiales son más adecuados, para aquellas plantas que precisen grandes y constantes caudales de aire. Una aplicación muy frecuente es el soplado de los altos hornos. Normalmente se utilizan para capacidades alrededor de los 65 m³/s, y para presiones efectivas.

Depósitos de aire

Las funciones que desempeña el depósito son las siguientes: • Amortiguar las pulsaciones del caudal de aire que provienen del compresor. • Actuar de distanciador de los períodos de regulación. • Satisfacer las demandas de caudal sin provocar caídas de presión. • Adoptar el caudal de salida del compresor al consumo de aire en la red. • Como intercambiador de calor.

• Los accesorios que se incorporan al depósito son:

• La válvula de seguridad que permite la evacuación total del caudal del compresor con sobrecarga que no excede del 10 %.

• Manómetro que indica la presión del depósito. • Purga por evacuar la condensación producido en el depósito. • Racor de toma del sistema de regulación del compresor. • Agujero de limpieza.


Simbología


Filtros

• El compresor al aspirar aire atmosférico esta introduciendo a la red de aire comprimido gran parte de las impurezas mencionadas, ya que su filtro es capaz de retener partículas de hasta 5 micrones. Hay que tener en cuenta que los compresores desprenden aceite y partículas abrasivas debidas al desgaste que se suma a contaminar la red de aire comprimido.

• El 99 % del aceite en suspensión dentro del aire comprimido tiene forma de emulsión con partículas de 0,01 a 0,8 micrones las cuales no se pueden separar por filtros cerámicos o sintetizados de 3 micrones ni por centrifugación.

• La elección de los filtros se hace en función de la calidad del aire a filtrar, del caudal, la presión y la pérdida de carga admisible.


• Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya se antes de su introducción en la red distribuidora o antes de su utilización. Las impurezas que contiene el aire pueden ser:

• Sólidas. Polvo atmosférico y partículas del interior de las instalaciones

• Líquidas. Agua y niebla de aceite• Gaseosas. Vapor de agua y aceite


FILTRO ESTANDAR

• Está compuesto de tal manera que es capaz de imprimir al aire un movimiento de rotación eliminando de esta forma los contaminantes como polvo y gotas de agua por fuerza centrífuga, filtrando luego las partículas más pequeñas mediante un elemento filtrante. Un deflector ubicado debajo del elemento evita la turbulencia que podría arrastra los contaminantes extraídos.

• El nivel de filtrado de los elementos filtrantes cubre desde 2 hasta 100 micrones, generalmente se usan los de 5 micrones.


FILTRO SUBMICRÓNICO COALESCENTE FINO

• capaz de retener partículas de los 3 micrones y niebla de aceite.

• Al pasar el aire por este elemento, los líquidos atrapados se asocian en gotas y descargan hacia una zona central ; la corriente arrastra las gotas hacia un elemento de separación que recolecta el líquido que a su vez cae al recipiente. El líquido debe drenarse periódicamente.


FILTRO SUBMICRÓNICO COALESCENTE EXTRA FINO

• Este filtro puede retener sólidos de 0,01 micrón en un 95% y aerosoles de aceite de 99,9999% (0,08ppm).

• Su elemento filtrante es también descartable, se elabora combinando distintos tipos de materiales entre los que se encuentran : papel especial, fieltro (espuma de uretano) y filtro de vidrio, todos especialmente tratados.

• La circulación del aire es desde el centro hacia afuera.


Tuberías flexibles• Las mangueras son elementos que permiten la conducción de un fluido, además deben

poseer ciertas características que aseguren una fiablidad en el transporte del fluido. • Para la selección de una manguera es conveniente considerar los siguientes puntos: • PRESIÓN DE TRABAJO: Por lo general, la presión de trabajo en la cuarta parte de la presión mínima a reventar para

cada manguera, o sea, con un factor de seguridad de 4 por 1 recomendado por la SAE.• ALTA PRESIÓN: Las líneas deben ser protegidas contra choques externos y contra daños mecánicos o químicos. • TEMPERATURAS DE TRABAJO: Siempre debe evitarse el uso continuo a la temperatura máxima conjuntamente con

la presión máxima. • TEMPERATURAS AMBIENTALES: Pueden alterar a los materiales de la cubierta y del refuerzo. • VIBRACIONES Y FLEXIÓN: Resistir máxima vibración y flexión. • RESISTENCIA QUÍMICA: Se debe tomar en cuenta la resistencia química, tanto de la cubierta de la manguera como

su parte interior.


Sellos• La selección de un sello se basa en los siguientes factores:

Temperatura y rango de presión. Compatibilidad con el fluido a sellar. Resistencia a influencias externas. Propiedades mecánicas. Propiedades eléctricas. Adhesión alrededor del material.

• Los sellos de dividen en:

estáticos dinámicos


• El término "sello estático" implica el sello entre componentes, los cuales no están en movimiento en relación uno al otro. El sello estático se caracteriza por evitar la filtración de un fluido bajo presión entre la unión de dos componentes. Para lograr esta característica se utilizan 2 métodos:

• Selladores. Empaquetadura.

• Los selladores se presentan en forma de pastosa mientras que las empaquetaduras son sólidas y adoptan la forma de la superficie. La aplicación de los sellos estáticos se puede apreciar en las guarniciones de tapas para válvulas y depósitos, de tapas de cilindro y para accesorios de la línea.

• Se denomina sello dinámico, debido a que el sello actúa en componentes

que están en movimiento.


Válvulas• Las válvulas son dispositivos para controlar o regular el arranque, parada

y sentido, así como la presión o el flujo del medio de presión, impulsado por un compresor, una bomba de vacío o acumulado en un depósito.

• Para poder controlar se necesita una energía de control que viene determinada por la forma de accionamiento de una válvula y puede conseguirse manualmente o por medios mecánicos, eléctricos, hidráulicos o neumáticos.


Válvulas distribuidoras


1) Este cuadro indica las posiciones de las válvulas 2) La cantidad de cuadros yuxtapuestos indica el número de posiciones. 3) El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de los cuadros. 4) Las flechas indican el sentido de circulación del fluido 5) Las posiciones de cierres dentro de las casillas se representan a través de líneas transversales. 6) La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto. 7) Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla (posición inicial) 8) El otro cuadrado indica la otra posición de la válvula 9) A las posiciones se les asigna letras minúsculas a, b, c... y o Válvulas de 3 posiciones, la posición intermedia es igual a la posición de reposo. 10) Conducto de escape sin empalme de tubo (aire hacia la atmósfera) 11) Conducto de escape con empalme de tubo.

Símbolo

Válvulas de presión


Válvula limitadora de presión: Se utiliza como elemento de seguridad. Al reducir la presión el resorte se encarga de cerrar el paso de aire a la atmósfera. Esta fuerza del resorte es regulable, con lo cual también lo es la presión máxima.

Válvula de secuencia: La presión afecta el área del diafragma limitado por el orificio de la boquilla. Cuando la fuerza generada supera la del resorte, la membrana comienza a levantarse, garantizando su apertura aún en el caso de una disminución de la presión.

Válvulas de caudal• Este grupo de válvula tiene como función general controlar el caudal que

circula por la tubería. La velocidad de funcionamiento de un cilindro neumático se puede regular por restricción de: la admisión, el escape o de ambos. El grado de control proporcionado por estos métodos es adecuado para una amplia gama de aplicaciones, pero el tiempo de respuesta ser variable si la carga lo es, debido a que la compresibilidad del aire también varía con la carga.


Válvula estranguladora de caudal bidireccional


Válvula estranguladora de caudal unidireccional

Válvulas de bloqueo• Tienen como función permitir el paso del fluido siempre que se respete ciertas condiciones.

Estas condiciones pueden ser: sentido de circulación del aire, presencia de presión, etc.


Simples (válvulas check)

Pilotadas (válvulas de purga rápida)

¿Que es un cilindro?

• El cilindro es el elemento productor del trabajo. Se encarga de transformar la energía estática del aire comprimido, en trabajo mecánico, producido por su carrera de avance y retroceso, mediante la inducción de la sobre presión. El aire a presión tiende a expandirse para equilibrarse con la atmósfera.


¿Qué deberíamos esperar de un buen cilindro?


1. - Que exista en el tamaño que se necesita.

2. - Que su rozamiento interno sea lo más bajo posible.

3. - Que su montaje o instalación sea simple y rápido.

4. - Que su vida útil sea lo más larga posible.

5. - Que exista una variedad importante de diseño para poder adaptarlo a nuestra necesidad.

6. - Que pueda resistir los esfuerzo de tracción y compresión, así como la temperatura, sin deformarse.

• Los cilindros se pueden clasificar en:• Cilindros de Simple efecto. • Cilindros de Doble efecto. • Cilindros de Construcción especial.


CILINDROS DE SIMPLE EFECTO

• El cilindro de simple efecto sólo puede producir trabajo en una sola dirección del movimiento.

• Normalmente la carrera de retorno se efectúa por medio de un muelle helicoidal o una fuerza externa.

• Cuando se utilicen cilindros de simple efecto, debe tenerse en cuenta la limitación de la fuerza disponible del cilindro durante la carrera de retorno producida por el muelle, ya que la misma disminuye a lo largo de dicha carrera.

• Se clasifican en: • Cilindro de émbolo.

Cilindro de membrana.


• El cilindro de simple efecto sólo puede producir trabajo en una sola dirección del movimiento.

• Normalmente la carrera de retorno se efectúa por medio de un muelle helicoidal o una fuerza externa.

• Cuando se utilicen cilindros de simple efecto, debe tenerse en cuenta la limitación de la fuerza disponible del cilindro durante la carrera de retorno producida por el muelle, ya que la misma disminuye a lo largo de dicha carrera.


• Los cilindros son de acción rápida si ésta no se limita por estrangulamiento.

• El pistón tenderá a acelerar durante la carrera disipando toda su energía (pistón y carga) en la tapa (extremo) al chocar con ésta. Para evitarlo, se debe provocar el frenado hacia el final de la carrera; lo que generalmente se denomina amortiguación.



Con este tipo de cilindros se puede obtener carreras cortas, que van desde algunos milímetros hasta un máximo de 50 mm. aprox. La carrera de retorno es realizada por un resorte llamado antagonista o en casos en que la carrera del cilindro sea muy corta es la misma membrana la encargada del retroceso del vástago

Cilindro de doble efecto• Siempre lo encontramos en forma de cilindro de émbolo y posee dos

tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. El cilindro de doble efecto puede producir trabajo en los dos sentidos del movimiento.


Resumen


P =F A

Ley de Pascal

1 bar = 105 Pa1 bar = 14,5 lb/pulg2

1 bar = 1,02 Kg/cm2

Presión atmosférica = 1,013 bar = 1,033 Kg/cm2 = 14,7 PSI = 1 atm = 760 mm Hg

P = h * * g Presión hidrostática

= W V

Peso especifico = * g W = Peso (p = m * g)

Q = V t

Caudal


1s

1s

1s

Q1, A1

Q2, A2

Q3, A3

Q = A xV

A1 x v1 = A2 x v2 = A3 x v3 = Constante

Ley de continuidad

( x r12) x v1 = ( x r2

2) x v2

p * v = R * T (Con R= 8,314 J/ mol ºK) Ecuación de estado de gases ideales

P1 * V1 = P2 * V2 (Ley de boyle y Mariotte)

Ejercicios• ¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K, que se encuentra sobre el área de mayor diametro, la

cual es de 10.000 kgf?• Datos:• F1= ?• A1 = 5 cm²• A2 = 10 cm²•

Como: p = F• A • A2 = 10 cm² p2 = 10.000 kgf => p2 = 1.000 kgf/cm²• K = 10.000 kgf 10 cm²• • p1 = p2 • F1 = 1.000 kgf/cm² x 5 cm² => F1 = 5.000 kgf • F = p x A



Si se tiene que una bomba de una hidrolavadora entrega a una manguera de 5 cm de diámetro un caudal tal que la velocidad del flujo es de 76,3 lt/min, al llegar a la boquilla de salida sufre una reducción brusca a 1 mm de diámetro. ¿Cuál es la velocidad de salida del agua?

( x r12) x v1 = ( x r2

2) x v2 V2 = ( x r1

2) x V1 / ( x r22)

V2 = 190.750,0 lt/min

Un recipiente tiene un volumen V1 = 1,3 m3 de aire a una presión de P1=8,8 bar.

Calcule la presión, suponiendo que el volumen se reduce a la cuarta parte.

8.8 bar * 1.3 m3 = P2 * 1,3 m3

4

P2 = 8.8 bar * 1,3 m3 * 41,3 m3

P1 * V1 = P2 * V2

= 35.2 bar

Se tiene una bomba de pistones cuyos cilindros tiene un diámetro de 12 mm y una carrera de 50 mm, la bomba gira a 1450 rpm y entrega un caudal de 68 lt/min. Determine la cilindrada, el caudal teórico, el rendimiento volumétrico y el largo de la carrera, si disminuye el caudal teórico en un 10%; la bomba la conforman 9 cilindros.

Cil= A x L x r12

Evaluaciones

• Certámenes– 23/abril.– 25/mayo.– 5/julio.

Presentación maquetas.22/junio en adelante.


Temas de disertaciones• Secadores y purificadores de aire, Ubicación, función, funcionamiento, tipos, características o

diferencias, aplicaciones, fallas. Lezaeta – Galleguillos – Fuentes Rodrigo.( 7/mayo)• Tipos y refrigeración de Compresores, Regulación de compresores y dinámicos y alternativos,

Ubicación, función, funcionamiento características o diferencias, aplicaciones, fallas., mantenimiento., lubricación.

Fuentealba – Ruiz - Zúñiga (7/ mayo)• Cilindros neumáticos, Ubicación, función, funcionamiento características o diferencias,

aplicaciones, fallas., mantenimiento., lubricación.• Amortiguadores mecánicos y neumáticos, tipos, Ubicación, función, funcionamiento

características o diferencias, aplicaciones, fallas., mantenimiento.• Liberona – Fernández (11/mayo)• Filtros neumáticos e hidráulicos tipos, Ubicación, función, funcionamiento características o

diferencias, aplicaciones, fallas., mantenimiento.• Pizarro – Flores – Núñez - Hayden (11/mayo)


• Sellos neumáticos e hidráulicos (oring) tipos, Ubicación, función, funcionamiento características o diferencias, aplicaciones, fallas., mantenimiento.

Neira – Fuentes – Escobar (14/mayo)• Aceites para uso hidráulico, tipos, función, características técnicas, aplicaciones, fallas.

Durabilidad.Zedan – Jarpa – Cisternas (14/mayo)• Válvulas neumáticas: tipos, Ubicación, función, funcionamiento, características o diferencias,

aplicaciones, fallas., mantenimiento.Muñoz –Arias – Robles (18/mayo)


NORMAS DE LAS DISERTACIONES Y LOS INFORMES.

• Se debe entregar un archivo en Word, una impresión del trabajo, una presentación en power point y un archivo computacional en CD que contenga el Word y el ppt.

• En la disertación del grupo deben presentarse todos los integrantes si llegase a faltar uno de ellos este será evaluado con nota 1.0.

• La duración de la presentación del grupo será de 30 minutos como máximo, la defensa del tema la realizara solo una persona del grupo, siendo elegida en ese momento por el profesor.

• Se promediaran las notas de la presentación y el informe escrito las que arrojaran una nota que tendrá un valor del 15% de la nota final.( no olvidar que las notas son grupales y todos deben estar preparados para contestar las preguntas realizadas el día de la exposición).

• Las disertaciones serán evaluadas en los certámenes y quises venideros.


NORMAS PARA EL WORD.

• Portada.• Introducción.• Contenido• Conclusión• Bibliografía o pagina web.• Letra times arial n° 10 para el desarrollo del contenido. • Interlineado 1.5.• De no cumplir alguna de estas normas se descontara un punto por c/u

en la nota final.


ASPECTOS A EVALUAR EN LA PRESENTACION.

• Vocabulario técnico.• Presentación personal.• Apoyo visual (fotos, videos, ppt, etc.)

contenido.• Defensa del tema.


Próxima semana

• Martes 4 de mayo, todos los grupos deben presentar al curso su propuesta para la realización de la maqueta hidráulica o neumática.– Presentación en ppt.– Esquema de la maqueta.– Elementos a utilizar.– Desarrollo del proyecto.– Finalidad del cual.(desarrollar 3 movimientos

independientes entre si)


Racores

158

• El racor es el elemento encargado de unir dos o más tubos, esta unión debe ser hermética y segura de manera que no halla fuga del fluido, existen racores para tuberías flexibles (mangueras) y tuberías rígidas. Cada empresa dedicada al comercio de elementos neumáticos poseen sus propios tipos de racores, sólo incluiremos a un tipo de fabricante de racor.

• Racores marca FESTO.

• También existen otras clases de racores que permiten unir en forma rápida y segura dos o más tubos. Estos racores son llamado acoplamientos rápidos.

159

RACORES PARA TUBERÍAS RÍGIDAS • En la FIGURA siguiente se puede observar dos tipos de racores, uno del

tipo anillo cortante (el más usado) y el otro del tipo anillo opresor. El anillo cortante atrapa la tubería al roscar la tuerca (plomo oscuro), incrustándose el anillo (rojo) en la tubería gracias a la inclinación que posee el cuerpo. En el anillo opresor al apretar la tuerca se produce una disminución de su diámetro por efecto de la compresión. Esta disminución de diámetro permite sujetar la tubería.

160

• Además existe otro tipo de racor utilizado en las cañerías de cobre, como lo es: del tipo de anillo opresor, este se caracteriza por poseer una conexión y desconexión rápida, sin desplazamiento axial

• El anillo opresor tiene la misma explicación que en caso anterior sólo que en esta oportunidad el anillo opresor es doble y permite la unión de dos tuberías.

161

RACOR MARCA FESTO

• Existen un amplia gama de racores, debido a este motivo sólo se describirán los racores más utilizados para la unión de tubos flexibles de plástico. • Racores con boquilla.

Racor de distribuidor tipo FCN. Racor en codo tipo GCK. Racor pasamuros tipo QCK. Distribuidor múltiple.

162

RACORES PARA TUBOS FLEXIBLES (CON BOQUILLA )

• Este tipo de racor esta construido a base de latón y de material sintético, la presión con que trabaja llega hasta los 8 bar como máximo y la temperatura de funcionamiento va desde los -10 hasta los 60 ºC. La forma que posee este tipo de racor son:

• Forma de "V". Forma de "L". Forma de "T". Forma de "Y".

163

RACORES DE DISTRIBUIDOR TIPO FCN

• Este clase de racores esta fabricado en fundición inyectada de cinc, la unión es en "T"

164

RACOR EN CODO TIPO GCK

• Este tipo de racor posee una rosca cónica autohermética, su construcción es de material sintético.

165

RACORES DE DISTRIBUIDOR TIPO QCK • Este tipo de racor es de rosca interior con

tuerca y junta, el material utilizado en su fabricación es anodizado azul (tuerca de acero).

166

DISTRIBUDOR MÚLTIPLE • Está compuesto por tornillo hueco y la pieza anular. El

distribuidor puede poseer desde 2 hasta 6 salidas a partir de una alimentación de presión roscada. Puede colocarse hasta 3 piezas superpuesta y orientables en 360º alrededor del tornillo hueco. Su presión de trabajo llega hasta 10 bar con una temperatura de -10 a + 60 ºC.

167

ACOPLAMIENTOS RÁPIDOS • Existen varios fabricantes de una extensa gama de acoplamientos rápidos,

debido a esta razón sólo se describirán algunos.• En la FIGURA se muestra acoplamientos de este tipo, se caracteriza por

poseer una válvula unidireccional (check). Además existen otros tipos de

acoplamientos rápidos, tal como el racor instantáneo tipo CS.

168

OTROS RACORES RÁPIDOS PARA TUBOS FLEXIBLES DE PLÁSTICO

169

TEMPORIZADOR


El temporizador neumático, es una unidad formada por tres elementos básicos:•Una válvula direccional •Una válvula reguladora de caudal unidireccional•Un acumulador

La regulación del tiempo se logra estrangulando el paso del fluido que llaga por la línea Z al acumulador. Cuando la cantidad de aire que ha ingresado al acumulador genera una presión suficiente para vencer el resorte se acciona la válvula direccional para bloquear la señal de presión y establecer comunicación entre A y R.

Cuando la línea Z se pone en descarga, el fluido sale del acumulador a través del conducto que en primera instancia cerraba la membrana flexible (antirretorno) en lugar de seguir por la estrangulación ya que esto significa un mayor esfuerzo.

El temporizador de la figura es normalmente abierto y cuando actúa, corta la señal de presión.El temporizador normalmente cerrado, cuando actúa comunica señal de presión a la línea A.

Unidad nº4 ANÁLISIS Y DISEÑO DE

CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS

FUNCIONAMIENTO DE CIRCUITOS

• El concepto de equipo hidráulico y/o neumático, comprende la totalidad de los elementos de mando y de trabajo unidos entre sí por tuberías.

• Los elementos de trabajo, denominados

también como órganos motrices, son los que transforman la energía hidráulica y/o neumática. Esto es, los elementos de trabajo son los distintos tipos de actuadores ya analizados.


• Los elementos de mando, son los procesadores de información y se clasifican en:

• Órganos de regulación• Elementos de mando• Emisores de señal


• Los primeros gobiernan los elementos de trabajo. Los segundos, comandan los anteriores y los emisores de señal detectan cuando deben actuar los elementos de mando.

• Para explicar el funcionamiento de los distintos componentes hidráulicos y/o neumáticos, es indispensable relacionarlos entre sí. Por eso se explican a continuación algunos circuitos elementales con los que se podrá distinguir más claramente el funcionamiento de los distintos componentes de éstos.


Accionamiento de un cilindro simple efecto hidráulico


En este circuito, el grupo de accionamiento compuesto por la bomba, un filtro a la entrada y la válvula limitadora de presión, entrega la señal hidráulica a la válvula distribuidora 3/2, normalmente cerrada, retorno por resorte y de accionamiento manual, cuando es accionada, entrega la señal al cilindro unidireccional con lo que su pistón empieza la carrera de salida, en el momento en que deja de accionarse la válvula distribuidora la presión a que estaba sometido el cilindro es liberada a tanque con lo que el resorte interno del cilindro provoca la carrera de entrada del pistón. Este circuito cuenta con una válvula de seguridad adicional utilizada para mantener en el circuito una presión menor que la que soporta la bomba.


Este circuito es similar al anterior, con algunas diferencias básicas, en lugar de bomba tiene un compresor y no cuenta con válvulas limitadoras de presión, su operación es igual al anterior.

lineas


Bombas y motores



Vías de trabajo

A, B, C,...Vía de presión

PVía de retorno

T, RVías de pilotaje

X, Y, Z

Válvulas direccionales


Cilindros


Regulación de la salida del pistón


Designación y representación normalizada de los

distribuidores

187

Normalizado de los distribuidores

• 4/3 : el primer número indica el número de orificio y la segunda cifra el número de posiciones.

188

Los orificios están marcado con letras normalizadas, de modo que:

• P : Corresponde a la llegada del flujo de aceite al distribuidor.

• R o T : Al retorno al depósito.

• A-B, etc. : A los conductos de trabajo.

189

• 1-4-5-6 : Corresponden a los conductos de trabajo A-B-C.

• 3 : Corresponde a los conducto de retorno R o T .

• 1 : Corresponde entonces a P.

En la normalización pueden figurar cifras reemplazando estas letras, por lo tanto, hay que saber:

En la normalización pueden figurar cifras reemplazando estas letras, por lo tanto, hay que saber:

• 1 : Corresponde entonces a P.

• 1-4-5-6 : Corresponden a los conductos de trabajo A-B-C.

• 3 : Corresponde a los conducto de retorno R o T .

190

Si el mando lleva pilotos, sus orificios estarán indicados por las letras X e Y.

191

Que tipo de válvula es esta?

• Válvula direccional 2 vías /2 posiciones

192

Que tipo de válvula es esta?

• Válvula direccional 4 vías/3 posiciones

193

Sensores neumáticos

• Los sensores neumáticos se dividen básicamente en dos, los que captan la posición de un objeto por el objeto en si y otros que captan la presencia por cambios en las magnitudes físicas.

• Ninguno necesita energía eléctrica, lo que ha fomentado el uso de estos elementos.

• Los sensores se dividen básicamente en los siguiente grupos:• Capadores de presión

– Presostato

• Es un transductor, convierte la señal neumática o hidráulica en una señal eléctrica la que es utilizada para energizar una elctroválvula o desenergizar un motor.

• •


– Captadores de umbral de presión• Estos elementos realizan la función lógica NO. Ante la ausencia de presión en la entrada comunica presión a la

salida, habiendo aún que sea un mínimo de presión en la entrada se anula la de salida.• Son muy usados en automatismos secuenciales ya que no ocupan espacio al instalarlos en las tuberías

• Captadores de posición • Son muy apropiados para usarlos como final de carrera, su funcionamiento se basa sobre el contacto con la pieza,

es muy seguro y versátil, tanto en su construcción como en la presión de trabajo la que fluctúa entre 0,1 y 8 bar.

• Son también denominados como “detector por obturación de fuga”, debido a seto es posible alimentarles solo cuando debe dar una señal.

• Captadores de proximidad o réflex• Su funcionamiento está basado sobre la detección del aire que se refleja cuando se interpone una pieza en la

corriente de salida.• Son capaces de detectar objetos delicados o blandos, incluso a gran velocidad de desplazamiento, ya que no es

necesario el contacto físico con la pieza. Su capacidad de captación fluctúa entre los 2 mm y 10 m (los de largo alcance)

• •


• Amplificadores de señal• Estos elementos reciben una señal de presión baja o muy baja y emiten

una señal a la presión normal de trabajo. Pueden ser de una o dos etapas.

• Su funcionamiento corresponde al de una válvula 3/2 normalmente cerrada con accionamiento neumático amplificado.

• • Contadores neumáticos

• Estos elementos transductan la seña neumática, cuenta ciclos, en señal eléctrica, se pueden incorporar directamente en el mando neumático.

• Se usan para accionar elementos eléctricos, tales como electroválvulas, embragues electromagnéticos, desconectar motores.


• Actualmente la forma más usada para conocer la posición del cilindro es, a través, de interruptores para detección sin contacto en donde el disparo de señal es provocada por un campo magnético. El transmisor de señal eléctrico consta de un contacto incorporado en el interior de un bloque de resina sintética. Al acercarse un campo magnético, este se cierra (imán permanente en el émbolo del cilindro) emitiendo, por tanto, una señal eléctrica

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Diagramas de espacio - fase y espacio - tiempo

Diseñar un circuito hidráulico con dos cilindros y que ambas carreras se realicen en forma simultanea, pero la carrera positiva de B, deberá

comenzar cuando se haya alcanzado un cierto nivel de presión en la línea de alimentación, luego la carrera negativa se realizará a igual velocidad.


Se tiene un sistema con un cilindro doble efecto, y se requiere que realice éste su carrera positiva y se retraiga

inmediatamente.


Se tiene un sistema compuesto por dos cilindros doble efecto A y B que deben desarrollar sus carreras de la siguiente manera A

(+) – B (+) – A (-) – B(-)


Se tiene un sistema compuesto por dos cilindros doble efecto A y B y se requiere que realicen el trabajo de la siguiente

forma A (+) – B (+) – B (-) – A(-). Pero se requiere que la carrera positiva de B se realice luego que se haya alcanzado cierto

nivel de presión en la cámara mayor del cilindro A


Fechas de presentación de maquetas• Flores – Pizarro – Nuñez – Hayden

“Brazo mecánico” 29/junio

Fuentealba – Zuñiga – Ruiz

“Vehículo” 29/junio

• Liberona – Fernandez“Pinzas” 2/julio

Robles – Arias – Muñoz“ Compactadora de vehiculos” 2/Julio

Zedan – Jarpa – Cisternas“Brazos péndulos” 2 /Julio


• Neira – Fuentes – Escobar– “Brazo percutor” 6 /Julio

Lezaeta – Galleguillos – Fuentes“Movimiento de un vehículo” 6/Julio

22 de Junio, mostrar avance de las maquetas, con los planos en ppt. O fotos del avance de los proyectos.

9 de Julio Certamen Nº3


EJERCICIO• Dos piezas deben ser ensambladas por un

remache en una prensa semiautomática. Las piezas y los remaches son colocados manualmente, después del remachado la evacuación de las piezas debe ser manual. La parte automática se compone de sujeción (cilindro A) y de la prensa de remachar (cilindro B). Después de accionar el pulsador, el dispositivo debe realizar un ciclo y pararse en su posición inicial. En el esquema siguiente, se puede apreciar el diagrama de movimientos y disposición de los elementos de trabajo.


• En este sistemas se hace una distribución en grupos. En un grupo no pueden aparecer señales de avance y retroceso para un mismo cilindro. Aplicado al ejercicio, resulta la siguiente distribución en grupos : Grupo 1: A + B Grupo 2: B - A -

• El circuito se pone en marcha, al accionar el pulsador de inicio, la señal de presión s4 es llevada al elemento de potencia del cilindro A con lo cual cambia la posición de esta válvula logrando que el cilindro A salga. Al termino de su carrera del cilindro A, este acciona la válvula a1 permitiendo que llegue una señal de presión s2 al elemento de potencia del cilindro B, cambiando de posición a esta válvula con lo cual el cilindro B comienza su salida. Luego el cilindro al terminar su carrera de salida acciona b1 y esta hace cambiar de posición de la válvula de potencia, lo cual permite que el cilindro B retorne. Cuando el cilindro B alcance su final de carrera de retorno, accionará la válvula b0 y esta se encargará de cambiarle la posición a la válvula de potencia del cilindro A, con lo cual el cilindro A inicia su carrera de retorno, al finalizar la carrera de retorno el cilindro A accionará la válvula a0. De esta manera el ciclo se repetirá hasta que se deje de pulsar el pulsador de marcha.


A+a1, B+b1, A-a0, B-b0

SISTEMA SIMPLIFICADO


ETAPA CILINDRO

1 A+ Alimentación de la pieza

2 B+; C+ conformado

3 A- Retorno de abastecimiento

4 A+; B-Retorno del útil de

conformar y salida vástago de extracción

5 C-Retorno del molde de

conformar

6 A- Extracción de la pieza


A B C

m1

A

a0 a1 c0 c1

a1c1

b1

b1

Hidraulica y Neumatica 2011

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