CIRCUITOS NEUMÁTICOS Y SISTEMAS HIDRÁULICOS

1. CIRCUITOS NEUMÁTICOS Y SISTEMAS HIDRÁULICOS

2. INDICE • LOS FLUIDOS Y SUS PROPIEDADES • CIRCUITOS NEUMÁTICOS • ELEMENTOS DE CONTROL • ELEMENTOS DE TRABAJO • CIRCUITOS HIDRÁULICOS • DISEÑO Y SIMULACIÓN • APLICACIONES INDUSTRIALES

3. 1. Los fluidos y sus propiedades

4. Definición de Fluido • Un fluido es una sustancia (líquido o gas) cuyas moléculas presentan una gran movilidad y se desplazan libremente debido a la poca cohesión existente entre ellas. • Son característicos porque cambian su forma, sin la existencia de fuerzas que lo hagan volver a su forma original. • Los líquidos se adaptan a la forma del recipiente que los contiene, manteniendo su volumen. • Los gases carecen de volumen y forma propios.

5. Propiedades de los fluidos • Fluidez: Los fluidos tienen las mismas propiedades, pero estas varían dependiendo del tipo de fluido: -En el caso de los gases, estos de expanden ocupando todo el volumen del recipiente que los contiene, al no tener volumen ni forma propios. -En el caso de los líquidos mantienen su volumen, pero adoptan la forma del recipiente que los contiene

6. -Los gases son menos densos que los líquidos, y su densidad puede variar modificando la presión o la Tª. -Los líquidos alteran ligeramente su densidad con cambios de Tª, y la diferencia de densidad entre líquidos puede impedir que se mezclen • Densidad: -El movimiento de los fluidos se puede ver frenado por el rozamiento entre sus partículas en la dirección de su desplazamiento, sobre todo en aquellos que pierden una gran cantidad de energia y presión al pasar por tuberías. • Viscosidad:

7. -Posibilidad de compresión o expansión dependiendo de la presión ejercida sobre un gas -Los líquidos son incompresibles Compresibilidad:

8. La presión de los fluidos: Un fluido almacenado en un recipiente ejerce una fuerza sobre sus paredes, y esta fuerza por unidad de superficie recibe el nombre de presión, y se mide en Pascales (Pa) Su fórmula es: Presión (p) = Fuerza(F) ________ Superficie (S)

9. Fuerzas debidas a la presión • Actúan en dirección perpendicular a las paredes del recipiente en cada uno de sus puntos. • Los gases presionan con la misma intensidad sobre todos los puntos del recipiente. • La presión de los líquidos aumenta con la profundidad debido al peso del líquido por encima, por lo que la máxima presión se produce en el fondo del recipiente.

10. Tipos de fuentes de energía • Corrientes de aire que ejercen presion y aportan energía. • El aire comprimido empleado para mover puertas… • Corrientes de agua se aprovechan para mover turbinas. • Los líquidos a presión son capaces de romper el hormigón.

11. 2. Los circuitos neumáticos: • Estos circuitos utilizan aire comprimido • Su presión es superior a la atmosférica • La diferencia de presión proporciona la • energía necesaria para mover • componente del circuito neumático.

12. Elementos de un circuito neumático Para conseguir unos valores de presión, temperatura, humedad o pureza apropiados para el aire que va a ser utilizado en el circuito neumático, se dispone de un equipo de mantenimiento, y tras conseguirlo se produce una distribución mediante un equipo de transporte

13. Elementos para la producción de aire comprimido Compresor: Cuya función consiste en absorber el aire de la atmósfera y comprimirlo para aumentar su presión, y hay dos tipos: • De émbolo alternativo: Usado en instalaciones neumáticas no muy grandes, y esta formado por cilindros cuyos émbolos absorben y comprimen el aire. • Rotativo: Usado en instalaciones neumáticas con grandes caudales de aire, que entra en compartimentos separados por paletas que reducen el volumen y comprimen el aire

14. Depósito: • Acumula el aire comprimido que se produce en el compresor y permite acondicionar el aire, controlándolos con el termómetro y el manómetro situados sobre el mismo. También dispone de una válvula limitadora de presión. • En el depósito se enfría el aire que sale del compresor a temperaturas elevadas, entonces se condensa en el aire mediante un purgador situado en la base de este. Ejemplo de purgador :

15. Elementos para el mantenimientodel aire comprimido Impide que las partículas de suciedad que hayan podido entrar junto con el aire en la instalación, y pueden dañar diferentes elementos de trabajo. En el filtro se condensa el vapor de agua existente en el aire, permitiendo que llegue limpio y seco. Filtro: Reductor de presión: Ajusta la presión del aire que se precisa en cada momento en el circuito neumático. Lubricador: Inyecta unas pequeñísimas gotas de aceite en el flujo de aire para conseguir un engrase suficiente de las partes móviles de los elementos del circuito neumático.

16. Elementos para la distribución del aire comprimido Tuberías: Elementos diseñados para soportar altas presiones, y pueden ser de cobre, acero, o polietileno. Racores y juntas: Mantienen los circuitos neumáticos completamente estancos, cerrando herméticamente las conexiones y evitando fugas de aire, provocando una disminución de la presión.

17. 3. Elementos de control. Los circuitos neumáticos, contienen unas válvulas, que controlan la presión y el movimiento del aire. Las válvulas están constituidas por un cuerpo fijo donde se sitúan las tomas de aire externas y los oficios de purga o salida de aire a la atmósfera. En su interior se encuentra un elemento móvil que cierra o abre los diferentes conductos para permitir o bloquear el paso del aire.

18. Dispositivos de accionamiento. Las válvulas utilizan una serie de dispositivos de accionamiento de diferente tipo para cambiar la posición de estas durante su funcionamiento: Manuales: pulsador, palanca y pedal. Mecánicos: leva, rodillo final de carrera. Eléctricos: electroimanes. Neumáticos: mandos neumáticos.

19. Tipos de válvulas. Válvulas reguladoras: Controlan las condiciones generales del aire comprimido y se emplean en la zona de producción, aunque también pueden situarse en diferentes tramos del circuito neumático. Dentro de este tipo se encuentran dos más: Válvula limitadora de Presión: Se utiliza para controlar el valor de la presión del aire en un tramo del circuito. Cuando el aire comprimido supera el límite de presión establecido, se produce un escape de aire a la atmósfera para reducirla. También se reconsidera como una válvula de seguridad. Válvula de flujo o caudal: Sirve para regular el caudal de aire que circula por el circuito. La reducción de caudal se consigue estrechando el conducto por donde circula el aire, por lo que también recibe el nombre de válvula de estrangulación.

20. VALVULAS DISTRIBUIDORAS Posición de maniobra o trabajo: Representa la válvula cuando es accionada; gracias al compresor, el aire pasa al sistema. Posición de reposo o de equilibrio: Corresponde a la válvula sin accionar, es decir, cuando el aire sale del sistema. Sirven para dirigir el aire comprimido por un determinado camino y sentido de circulación. Para ello, disponen de una serie de orificios o vías por donde entra o sale el aire a presión. Según el tipo de conexiones que se producen entre las vías adoptan distintas posiciones: En la representación simbólica de una válvula distribuidora, cada posición se indica con un cuadrado donde aparecen las vías y la dirección del aire comprimido. Las válvulas distribuidoras se nombran indicando el número de vías seguido del número de posiciones. Una válvula 3/2 tiene 3 vías y 2 posiciones; también existen válvulas 2/2, 4/2, 5/2, 4/3, etc.

21. VÁLVULAS DE BLOQUEO: Válvula antirretorno: Está constituida por una vía de entrada y otra de salida, con una pieza móvil en su interior, que solo permite el paso del aire en un sentido de circulación. Válvula selectora: Dirige el aire a presión hacia una tercera vía de salida desde cualquiera de sus dos vías de entrada, impidiendo que circule el aire entre ellas. Válvula de simultaneidad: Permite la salida de aire comprimido hacia un elemento de trabajo, sólo si entra aire con la misma presión y al mismo tiempo en las dos entradas. Tienen como finalidad impedir o bloquear el paso del aire en un determinado sentido, permitiéndolo en sentido contrario o en otras direcciones. Las válvulas de bloqueo más utilizadas son:

22. 4. Elementos de trabajo Cilindros neumáticos: Son actuadores que realizan un movimiento de tipo lineal. El aire a presión entra en el interior del cilindro empujando el émbolo y el vástago unido a él. Los cilindros más comunes son los de simple efecto o doble efecto. Los elementos de trabajo o actuadores se sitúan en el final del recorrido del circuito, y tienen como finalidad transformar en energía mecánica la presión que les comunica el aire comprimido. En los circuitos neumáticos, los actuadores que se emplean son los cilindros y motores neumáticos.

23. Tipos de cilindros neumáticos: Cilindro de simple efecto:Tiene una sola toma para la entrada del aire a presión que desplaza al émbolo en un solo sentido. El émbolo recupera su posición inicial mediante un muelle o una fuerza externa, expulsando el aire de la cámara. Se utiliza en operaciones simples como sujetar o expulsar. Cilindro de doble efecto:Tiene dos conexiones al circuito neumático, por lo que el émbolo es empujado por el aire en cualquiera de los dos sentidos. Se utiliza cuando es necesario realizar trabajo útil en ambas posiciones como abrir y cerrar, subir y bajar, etc.

24. Motores neumáticos: Son actuadores que producen un movimiento de rotación continuo al recibir aire a presión. Su constitución es parecida a la de los compresores rotativos, aunque realizan la función inversa a estos. Las ventajas de estos motores respecto a los eléctricos, es que son de menor tamaño y más ligeros, y cubren una gran variedad de velocidades y potencias. Pero su inconveniente es la dependencia de una instalación de producción y control de aire comprimido. Estos motores se emplean principalmente en cadenas de montaje como sustitución a los motores eléctricos en ambientes con riesgo de inflamación, o cuando se precisen continuos cambios de velocidad o sentido de giro.

25. Tipos de motores neumáticos: Motor neumático en aletas: Su funcionamiento es similar al compresor multicelular. Dispone de un rotor, descentrado con respecto al cilindro, que incorpora aletas móviles para formar compartimentos, de diferente volumen y presión de aire que le hacen girar. Motor neumático de engranajes: Está constituido por dos ruedas dentadas que forman un engranaje. El aire comprimido presiona a los dientes de ambas ruedas haciéndolas girar y sale por el lado opuesto. Estos motores pueden alcanzar potencias altas y mantienen constante la fuerza de giro. Motor neumático de émbolo: Existen dos tipos, de émbolo radial, que funciona inversamente a los compresores de pistón, y el motor de émbolos axiales, que son paralelos al eje de giro y presionan sobre una base inclinada. Turbomotores: En ellos, el aire comprimido mueve una pequeña turbina haciéndola girar a gran velocidad incluso con baja potencia. Tienen un tamaño y un peso reducido, por lo que resultan idóneos para trabajos delicados.

26. Motor neumático Motor neumático de aletas de engranajes Motor neumático turbomotores de émbolo

27. 5.CIRCUITOS HIDRÁULICOS

28. CIRCUITOS HIDRÁULICOS • Se caracterizan por ser un fluido líquido el encargado de transmitir la fuerza a través de las tuberías del circuito. Los líquidos utilizados son aceites minerales con resistencia al desgaste y a los cambios de temperatura. Su potencia es superior a la neumática, con movimientos más lentos, continuos y seguros. • Son más difíciles de mantener. • Los recorridos deben ser cortos para evitar la pérdida de presión por rozamiento.

29. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO HIDRÁULICO Motor Válvula 4/2 Válvula antirretorno Cilindro de doble efecto Bomba Depósito

30. UNIDAD DE BOMBEO Y DISTRIBUCIÓN • Se sitúa al comienzo del circuito, y se encarga de distribuir el líquido al resto del circuito. • Depósito Almacena el aceite y lo acondiciona antes de su entrada en la bomba. Son cerrados y disponen de un tabique interior que separa la zona de retorno de la de salida.

31. UNIDAD DE BOMBEO Y DISTRIBUCIÓN • Bomba Su finalidad es impulsar el aceite y dotarlo de la presión adecuada. Las partes móviles reciben la energía de un motor eléctrico o de explosión. Se utilizan bombas de engranajes , de paletas y de pistones. Para controlar la presión, se coloca a la salida una válvula limitadora de presión con manómetro.

32. UNIDAD DE BOMBEO Y DISTRIBUCIÓN • Elementos de distribución Desde la unidad de bombeo, el aceite es distribuido hacia los elementos de trabajo a trasvés de tuberías. La unión de dichas tuberías se realiza con racores y juntas que cierran herméticamente las conexiones.

33. ELEMENTOS DE CONTROL Y TRABAJO • Válvulas reguladoras o limitadoras • Válvulas distribuidoras Controlan los valores de presión y caudal del líquido. Las de caudal se emplean para controlar su velocidad. Las de presión ajustan las presión que llega a los elementos de trabajo. Dirigen el paso del líquido hacia los elementos de trabajo o lo retornan al depósito. Disponen de diferentes vías y posiciones de trabajo. Emplean dispositivos de mando muy variados, como palancas, levas o electroimanes.

34. ELEMENTOS DE CONTROL Y TRABAJO • Cilindros hidráulicos • Motores hidráulicos Tienen un desplazamiento lineal y trabajan bajo presiones muy elevadas. Existen cilindros de simple y dobles efecto, así como cilindros especiales. Proporcionan un movimiento de rotación continuo a partir de la circulación del fluido a presión. Su constitución y funcionamiento es similar a las bombas hidráulicas. Son comunes los motores engranajes, de paletas y los de pistones.

35. PRINCIPIO DE PASCAL • Blaise Pascal desarrolló importantes investigaciones obre el comportamiento de los fluidos, a partir de los cuales enunció su conocido principio donde se indica que “oda presión ejercida sobre un líquido encerrado en un determinado volumen se transmite con la misma intensidad y de forma instantánea a todos sus puntos”. • Si se coloca un líquido en el interior de dos cilindros comunicados entre sí y cerrados por los dos émbolos, la presión ejercida sobre el primer émbolo(p1) se transmite por igual a través del líquido al segundo émbolo (p2). Por tanto: p1=p2 =>f1/s1 = f2/s2 • Al elegir adecuadamente la superficie de los émbolos, conseguimos que la fuerza recogida en el segundo émbolo(F2) sea varias veces mayor que la fuerza inicialmente aplicada(F1). Este efecto amplificador de fuerzas se aplica en muchos casos como en el sistema de frenos de los coches.

36. 6. DISEÑO Y SIMULACIÓN

37. FUNCIONES BÁSICAS DE LOS CIRCUITOS • Producción de aire o líquido a presión. • Transporte del fluido. • Regulación y control de la presión o distribución del mismo. • Trabajo mecánico final por parte de los actuadores.

38. DISEÑO DE UN CIRCUITO • Definición de los actuadores • Estudio de la secuencia de trabajo El objetivo del circuito es conseguir la acción mecánica de cilindros y motores. Estos actuadores deber tener diámetro y longitud exactos para que al aplicarles presión alcancen fuerza, velocidad y recorrido previsto. En los procesos automatizados, los cilindros y motores intervienen durante un tiempo determinado siguiendo una secuencia de trabajo que puede repetirse muchas veces. Para su control, se realizan diagramas de movimiento.

39. DISEÑO DE UN CIRCUITO • Selección de dispositivos de control • Elección del equipo de producción El movimiento de los actuadores y la presión del fluido que les llega son controlados por las válvulas. Su accionamiento puede ser manual o automatizado, empleando entonces finales de carrera o electroimanes. Cuando se conocen las necesidades de presión y la posición de los elementos que formarán el circuito, se puede elegir el tipo de compresor de aire o bomba hidráulica capaz de proporcionar la presión y el caudal necesarios, teniendo en cuenta la pérdida de carga de la presión que se produce durante el transporte del fluido.

40. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS. • Una vez decididos los componentes y la manera en la que va a funcionar el circuito, se realiza su representación esquemática utilizando los símbolos de los componentes y la forma de conexión. • Se realiza por niveles de arriba abajo en el siguiente orden: • Actuadores. • Válvulas de regulación o bloqueo de los actuadores. • Válvulas distribuidoras. • Captadores o sensores. • Alimentación del fluido.

41. SIMULACIÓN DE CIRCUITOS POR ORDENADOR • Para representar circuitos y comprobar su funcionamiento se utilizan programas de simulación como FluidSIM, PneusimPro o AutomationStudio.

42. 7. Aplicaciones industriales

43. Características de los fluidos • DISPONIBILIDAD DE LOS FLUIDOS: • El aire se coge directamente de la atmosfera. Los derivados del petróleo tienen una disponibilidad limitada • SEGURIDAD EN EL USO • Los circuitos neumáticos no tienen riesgo de explosión ni de incendios, debido a su limpieza, pueden emplearse en industrias alimentarias o sanitarias • VARIEDAD DE FUNCIONAMIENTO • Los actuales neumáticos e hidráulicos permiten una fácil regulación y modificación de la velocidad de desplazamiento o giro. • CAPACIDAD DE AUTOMATIZACIÓN • El control de los actuadores con válvulas distribuidoras y de regulación facilita la automatización parcial o completa de los circuitos.

44. MAQUINAS E INSTALACIONES DE GRAN POTENCIA Estas maquinas son capaces de levantar, sostener y transportar grandes cargas. Ejemplos son las grúas y prensas industriales. PRODUCCION AUTOMATIZADA Hacen uso de los circuitos neumáticos y sistemas hidráulicos para el transporte y manipulación de todo tipo de productos en la cadena de montaje.

45. MAQUINAS Y HERRAMIENTAS Se emplean maquinas hidráulicas o neumáticas SISTEMAS DE ACCIONAMIENTO Los medios de transporte usan circuitos hidráulicos. Los robots o grandes maquinas como atracciones usan los sistemas de accionamiento.