Unidad Didáctica “Neumática e hidráulica”

1. Unidad Didáctica “Neumática e hidráulica” 4º ESO

2. Introducción • ¿Que es Neumática ? • La técnica que trata del aprovechamiento de las propiedades que tiene el aire comprimido. • Propiedades del aire comprimido : • Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al desplazamiento. • Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un recipiente cerrado aumentando la presión. • Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite con igual intensidad en todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.

3. Composición del aire • El aire que respiramos es elástico, comprimible y fluido. • Damos por hecho que el aire llena todo el espacio que lo contiene. • El aire se compone básicamente de nitrógeno y de oxígeno. Composición por Volumen Nitrogeno 78.09% N2 Oxígeno 20.95% O2 Argón 0.93% Ar Otros 0.03%

4. Presión Atmosférica • La presión atmosférica es causada por el peso del aire sobre nosotros. • Esta es menor cuando subimos una montaña y mayor al descender a una mina. • La presión varía con las condiciones atmosféricas.

5. Atmósfera Standard • Una atmósfera standard se define por la Organización Internacional de Aviación Civil. La presión y temperatura al nivel del mar es 1013.25 milli bar absoluta y 288 K (15OC). 1013.25 m bar

6. Atmósfera y vacio • La potencia de la presión atmosférica es evidente en la industria de manipulación donde se utilizan ventosas y equipos de vacio. • El vacio se consigue evacuando todo el aire de un sitio determinado.

7. Rango industrial típico Rango bajo Aire comprimido industrial 16 17 • Las presiones se dan en bar (relativos a la presión atmosférica). • El zero del manómetro es la presión atmosférica. • Para cálculos se utiliza la presión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera. • Se asume para cálculos rápidos que 1 atmósfera equivale a 1.000 mbar. • En realidad 1 atmósfera equivale a 1.013 mbar. 16 15 Rango Industrial ampliado 14 15 14 13 13 12 12 11 11 10 10 9 9 Presión manométrica bar 8 8 Presión absolutabar 7 7 6 6 5 5 4 3 4 3 2 1 2 Atmósfera 1 0 0 Vacio total

8. Presión • 1 bar = 100.000 N/m2 (Newtons por metro cuadrado). • 1 bar = 10 N/cm2 • 1.000 mbar = 1 bar • El sistema de medidas anglosajón utiliza los pies por pulgada cuadrada (psi)1 psi = 68.95mbar14.5 psi = 1bar

9. Unidades de presión • Existen diversas unidades de medida de presión. Se muestran algunas de ellas y sus equivalencias: • 1 bar = 100.000 N/m2 • 1 bar = 100 kPa • 1 bar = 14.50 psi • 1 bar =10.197 kgf/m2 • 1 mm Hg = 1,334 mbar approx. • 1 mm H2O = 0,0979 mbar approx. • 1 Torr = 1mmHg abs (para vacio)

10. Presión y fuerza • El aire comprimido ejerce una fuerza de igual valor en todas las direcciones de la superficie del recipiente que lo contiene. • El líquido en un recipiente será presurizado y transmitido con igual fuerza. • Por cada bar de manómetro, se ejercen 10 Newtons uniformemente sobre cada centímetro cuadrado.

11. p D2 P = Fuerza Newtons 40 Presión y fuerza D mm • La fuerza que se desarrolla sobre un pistón debida a la presión del aire comprimido es el área efectiva multiplicada por la presión: P bar

12. Propiedades de los fluidos, principios básicos Presión: se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo. Presión = Fuerza / Superficie Unidades: 1 atmósfera ≈ 1 bar = 1 kg/cm2 = 105 pascal Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo. Caudal = Volumen / tiempo Potencia: es la presión que ejercemos multiplicada por el caudal. W(potencia) = Presión * Caudal

13. Presión atmosférica, absoluta y relativa Los manómetros indican el valor de presión relativa

14. Ventajas del aire comprimido - Es abundante (disponible de manera ilimitada). - Transportable (fácilmente transportable, además los conductos de retorno son innecesarios). - Se puede almacenar (permite el almacenamiento en depósitos). - Resistente a las variaciones de temperatura. - Es seguro, antideflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio). - Limpio (lo que es importante para industrias como las químicas, alimentarias, textiles, etc.). - Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil comprensión). - La velocidad de trabajo es alta. - Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua. - Aguanta bien las sobrecargas (no existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando ésta existe, el elemento de trabajo simplemente para sin daño alguno).

15. Desventajas del aire comprimido • Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad). • Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de trabajo regulares y constantes. • Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30000 N). • Es ruidoso, debido a los escapes de aire después de su utilización. • - Es costoso. Es una energía cara, que en cierto punto es compensada por el buen rendimiento y la facilidad de implantación.

16. Fundamentos físicos La ley de los gases perfectos relaciona tres magnitudes, presión (P), volumen (V) y temperatura (T), mediante la siguiente fórmula: P * V =m * R * T Donde : P = presión (N/m2). V = volumen especifico (m3/kg) . m = masa (kg). R = constante del aire (R = 286,9 J/kg*ºk). T = temperatura (ºk)

17. Fundamentos físicos - Si mantenemos constante la temperatura tenemos: P * V = cte. Luego en dos estados distintos tendremos: P1 * V1 = P2 * V2 P1 / P2 = V2 /V1 ley de Boyle-Mariotte

18. Fundamentos físicos Si ahora mantenemos la presión constante tenemos. V/T = cte. Luego en dos estados distintos tendremos: V1/T1 = V2/T2 ley de Gay-Lussac Si ahora mantenemos el volumen constante tenemos. P/T = cte. Luego en dos estados distintos tendremos: P1/T1 = P2/T2 ley de Charles

19. Fluidos hidráulicos El Principio de Pascal, que dice así: Cuando se aplica presión a un fluido encerrado en un recipiente, esta presión se transmite instantáneamente y por igual en todas direcciones del fluido. P = F1/S1yP =F2/S2 Por lo que podemos poner F1/S1 = F2/S2 otra forma de expresarlo es: F1*S2= F2* S1

20. Fluidos hidráulicos, oleohidráulicos Las ventajas de la oleohidráulica son: -Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o momentos de giro. -El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable. -La velocidad de actuación es fácilmente controlable. -Las instalaciones son compactas. -Protección simple contra sobrecargas. -Pueden realizarse cambios rápidos de sentido. Desventajas de la oleohidráulica son: -El fluido es más caro. -Se producen perdidas de carga. -Es necesario personal especializado para la manutención. -El fluido es muy sensible a la contaminación.

21. Simbología NeumáticaPara la identificación de componentes y el diseño de esquemas neumáticos.

22. Normas: simbología gráfica • Los Símbolos Neumáticos están diseñados conforme a la Norma Internacional ISO 1219-1 1991. • Cubre la Simbología Gráfica para Sistemas y Componentes de Accionamiento por Fluido. • La Numeración de las Válvulas no está cubierta por la Norma ISO. Este aparatado se toma de la recomendación de CETOP RP 68 P.

23. Conexiones Símbolo Descripción Unión de tuberías. Cruce de tuberías. Fuente de presión, hidráulica, neumática. Escape sin rosca. Escape con rosca. Retorno a tanque. Unidad operacional. Unión mecánica, varilla, leva, etc. Símbolos

24. Medición y mantenimiento Símbolo Descripción Manómetro. Termómetro. Indicador óptico. Indicador neumático. Filtro. Filtro con drenador de condensado, vaciado manual. Lubricador Unidad de mantenimiento, filtro, regulador, lubricador. Gráfico simplificado. Símbolos

25. Bombas, compresores y motores Símbolo Descripción Bomba hidráulica de flujo unidireccional. Compresor para aire comprimido. Depósito hidráulico. Depósito neumático. Motor neumático 1 sentido de giro. Motor neumático 2 sentidos de giro. Cilindro basculante 2 sentidos de giro. Motor hidráulico 1 sentido de giro. Motor hidráulico 2 sentidos de giro. Símbolos

26. Mecanismos (actuadores) Símbolo Descripción Cilindro de simple efecto, retorno por esfuerzos externos. Cilindro de simple efecto, retorno por muelle. Cilindro de doble efecto, vástago simple. Cilindro de doble efecto, doble vástago. Pinza de apertura angular de simple efecto. Pinza de apertura paralela de simple efecto. Pinza de apertura angular de doble efecto. Pinza de apertura paralela de doble efecto. Símbolos

27. Accionamientos Símbolo Descripción Mando manual en general, pulsador. Botón pulsador, seta, control manual. Mando con bloqueo, control manual. Mando por palanca, control manual. Muelle, control mecánico. Rodillo palpador, control mecánico. Presurizado neumático. Presurizado hidráulico. Símbolos

28. Válvulas direccionales Símbolo Descripción Válvula 3/2 en posición normalmente cerrada. Válvula 4/2. Válvula 4/2. Válvula 5/2. Válvula 5/3 en posición normalmente cerrada. Válvula 5/3 en posición de escape. Símbolos

29. Válvulas de control Símbolo Descripción Válvula de bloqueo (antirretorno). Válvula O (OR). Selector. Válvula de escape rápido, Válvula antirretorno. Válvula Y (AND). Válvula estranguladora unidireccional. Válvula antirretorno de regulación regulable en un sentido Eyector de vacío. Válvula de soplado de vacío. Símbolos

30. Mandos Manual Manual general Palanca Pulsador Pedal Tirador Pedal con protección Pulsador / tirador Actuador giratorio

31. Mandos Mecánicos Presión piloto Botón Presión Retorno por muelle Presión piloto Rodillo Presión diferencial Rodillo unidireccional Enclavamiento 3 posiciones

32. Elementos básicos de un circuito neumático • El generador de aire comprimido • Las tuberías y los conductos • Los actuadores • Los elementos de mando y control

33. Circuito neumático

34. Producción y distribución del aire comprimido Compresor de émbolo Compresor de husillo o Roots Símbolo de compresor Turbocompresor Compresor de tornillo Compresor de paletas

35. Producción y distribución del aire comprimido El depósito Unidad de mantenimiento Símbolo del depósito Símbolo de la unidad de mantenimiento Tubo de polietileno Compresor y depósito

36. Elementos de trabajo:actuadores Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto

37. Elementos de trabajo:actuadores Motor de paletas doble sentido Cilindro basculante Motor de paletas

38. Estructura simbología válvulas

39. Elementos de mando: válvulas Válvula 5/2 Válvula 3/2

40. Estructura simbología válvulas • La función que cumple una válvula viene dada por 2 números separados por una barra, ej. 3/2.. • El primer número indica el número de vías de la válvula. Es decir, entradas, salidas y escapes excluyendo los pilotajes y señales externas. • El segundo número indica el número de posibles estados de la válvula.

41. Estructura simbología válvulas • Así una válvula 3/2 dispone de 3 conexiones (normalmente una entrada, una salida y un escape) y 2 posiciones (una posición de reposo y otra actuada). • Los cuadrados pertenecen a una sola válvula. actuada normal

42. Estructura simbología válvulas • Cada una de las posiciones de la válvula se muestran unidas en el símbolo de la válvula. actuada normal • El símbolo de la válvula muestra las posiciones unidas final con final. actuada normal

43. Estructura simbología válvulas • Las conexiones se muestran en tan solo una de las posiciones y indican el estado que prevalece. normal • Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente. Accionando el pulsador se actúa la válvula

44. Estructura simbología válvulas • Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente. Accionando el pulsador se actúa la válvula Posición de reposo producida por un muelle • Junto a una posición concreta se muestra el actuador correspondiente. Accionando el pulsador se actúa la válvula Posición de reposo producida por un muelle

45. Estructura simbología válvulas • Cuando se actúa la válvula su símbolo se puede visualizar con las conexiones alineadas en cada uno de los estados. • Cuando se actúa la válvula su símbolo se puede visualizar con las conexiones alineadas en cada uno de los estados.

46. Válvulas Válvulas básicas antes de añadir los actuadores: Ejemplos, pulsador con retorno por muelle: Posición de reposo Válvula 2/2 Válvula 3/2

47. Válvulas Válvulas básicas antes de añadir los actuadores: Ejemplos, pulsador con retorno por muelle: Posición de reposo Válvula 4/2 Válvula 5/2

48. Válvulas Válvulas básicas antes de añadir los actuadores: Ejemplos, pulsador con retorno por muelle: Actuada Válvula 4/2 Válvula 5/2

49. Accionamiento cilindro s/e • Accionamiento de un cilindro s/e. • Variante vástago en reposo a más, pulsando a menos. • Ver accionamiento cilindro s/e vástago extendido.

50. Accionamiento cilindro d/e • Se precisan dos válvulas 3/2 para accionar un solo cilindro. • Características del cilindro en posición de reposo.