EJERCICIOS PROPUESTOS DE NEUMÁTICA
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TEMA 10: EJERCICIOS PROPUESTOS 1. Determinar Determinar la presión presión absoluta absoluta en bar, bar, de una instalación instalación neumátic neumáticaa donde el manómetro manómetro incorporado marca 4,80 bar. La presión absoluta será: 4,80 + 1,013 = 5,813 bar. 2. Una presión presión absoluta absoluta de 0,75 0,75 bar, bar, ¿se considera considera normalmen normalmente te presión presión o se considera considera depresión? Se considera depresión o vacío relativo ya que está por debajo de la presión atmosférica normal que es de 1,013 bar. 3. Un recipiente recipiente herméticam herméticamente ente cerrado cerrado contiene contiene aire a una una presión presión relativa relativa de 2 bar bar.. El volumen de dicho recipiente es de 5 litros. Si el volumen se reduce hasta 1,5 litros, ¿cuál será la presión absoluta y relativa del gas para la misma temperatura? Según la ley de Boyle-Mariote: P1 x V1 = P2 x V2 referidos a presiones absolutas. Por tanto: P1 = 2 + 1,013 = 3,013 bar Sustituyendo en la fórmula de arriba: 3,013 (bar) x 5 (l) = P 2 (bar) x 1,5 (l) De donde: P2 (bar) = 3,013 (bar) x 5 (l) / 1,5 (l) = 10,04 bar La presión relativa será: P2= 10,04 – 1,013 = 9,03 bar 4. El volumen volumen inicial inicial de una una masa de gas gas en un depósi depósito to cerrado cerrado es de 9 litros litros y se se encuentra encuentra a una determinada presión y a una temperatura normal de 22ºC. Si se hace descender la temperatura del gas a 15ºC, ¿cuál será el volumen que ocupará si la presión se mantiene constante? Según la ley de Gay-Lussac: V2/V1 = T2/T1 Siendo: T1 = 273º + 22º = 295ºK T2 = 22º - 15º = 7ºC T2 = 273º +7º = 280ºK
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V2/9 = 280 / 295 De donde: V2 = 9 x (280/295) = 8,54 litros. 5. En un cilindro neumático de doble efecto, se cierran herméticamente ambas entradas de aire. En reposo, el émbolo se encuentra en la posición que se muestra en (a). Si el actuar una fuerza sobre el vástago, el émbolo se desplaza hasta la posición (b). Calcular las presiones relativas finales de cada una de las cámaras. El diámetro del pistón es 80 mm y el del vástago 22 mm.
Superficie de la cámara trasera: S1 = (p/4) 82 = 50,26 cm2 Superficie de la cámara delantera: S2 = (p/4) (82 – 2,22 )= 46,46 cm 2 Volumen inicial de la cámara trasera: V1 = 50,26 x 10 = 502,6 cm 3
Volumen final de la cámara trasera: V2 = 50,26 x 3 = 150,78 cm 3 Volumen inicial de la cámara delantera: V3 = 46,46 x 5 = 232,3 cm 3
Volumen final de la cámara delantera: V4 = 46,46 x 12 = 557,52 cm 3 Presión relativa de la cámara trasera: P1 x V1 = P2 x V2 1,013 x 502,6 = P 2 x 150,78 de donde P 2 = 3,37 bar de presión absoluta
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La presión relativa será: 3,37 – 1,013 = 2,36 bar Presión relativa de la cámara delantera: P3 x V3 = P4 x V4 1,013 x 232,3 = P 4 x 557,52 de donde P 2 = 0,42 bar de presión absoluta La presión relativa será: 0,42 – 1,013 = - 0,59 bar Como puede verse aquí, el aire se ha expansionado partiendo de la presión atmosférica y por tanto, la presión relativa final estará por debajo de dicha presión atmosférica. 6. a) b) c)
Representar de forma simbólica los siguientes cilindros: De simple efecto. De doble efecto con amortiguación en las dos cámaras. De doble vástago.
7. Representar esquemáticamente las válvulas siguientes: a) De 2 posiciones y 3 vías, accionada por pulsador y retorno por muelle a su posición original. En reposo debe comunicar el aire de la red con la salida. b) De 2 posiciones y 3 vías, accionada por pulsador y con bloqueo en cada una de las posiciones. En reposo no debe existir presión en el conducto de salida. c) De 2 posiciones y 5 vías, accionada neumáticamente por un extremo y retorno por muelle.
8. Representar esquemáticamente un temporizador neumático de las dos formas posibles:
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a) Completo b) Simplificado.
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(b) 9. ¿Por qué es preciso tratar el aire a la salida del proceso de compresión? Por llevar en suspensión restos de aceite, en el caso de los lubricados y por el elevado porcentaje de agua. 10. ¿Cuál es la función de los acumuladores intermedios en una red de distribución? La función que cumplen es la de absorber las fluctuaciones de presión en los elementos consumidores, hacer de pequeños depósitos de almacenaje y condensar el agua de la red de abastecimiento. 11. Explicar dos de las formas de conseguir que el motor de un motor de un compresor funcione sin carga. Una forma podría ser enviando nuevamente el aire aspirado a la atmósfera, sin llegar a ser comprimido; la otra podría ser mediante un circuito cerrado, de tal forma que el aire aspirado sea el mismo que el comprimido. 12. ¿Cuál es la razón principal de adoptar un compresor de paletas, en lugar de uno de émbolo? La razón principal puede ser que los de paleta son menos ruidosos. 13. ¿Qué diferencia esencial existe entre compresores de émbolo, compresores de uña y algunos
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de tornillo? La diferencia fundamentales que los de émbolos se lubrican, contaminando el aire y los de uña y algunos de tornillo, producen aire exentos de aceite. Otra característica de estos últimos es que son más silenciosos. 14. ¿Cuál es el tratamiento final que se da al aire de la red, inmediatamente antes de los circuitos neumáticos? Se filtran posibles impurezas del interior de las tuberías, se decanta el agua que todavía contiene y finalmente se lubrica mediante gotas dispersas en su seno. 15. ¿En qué se diferencia un cilindro neumático de simple efecto de otro de doble efecto? ¿Un cilindro de doble efecto puede cumplir la función de otro de simple efecto? Se diferencian en que en el de simple efecto, el aire sólo ejerce su acción en una de las cámaras del cilindro. Por tanto la fuerza la hace en un solo sentido. En el de doble efecto, la fuerza la ejerce en ambos sentidos. El cilindro de doble efecto puede cumplir la función del de simple efecto, siempre que se busque una solución externa para hacer que el vástago retroceda a su posición original.
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16. Describir las partes fundamentales de un cilindro neumático convencional ¿qué parámetros son los que definen al cilindro? Camisa, pistón, vástago y tapas delantera y trasera. El diámetro del pistón y la carrera del vástago.
17. Calcular la fuerza de avance y de retroceso de un cilindro neumático de doble efecto, si el
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diámetro del pistón es de 125 mm y el diámetro del vástago 30 mm. La presión de trabajo es de 5,5 bar y el rendimiento del 95%. La fuerza de avance será: Fa = (p/4) x D2 x p x h = (p/4) x 12,5 2 x 5,5 x 0,95 = 641,20 kp Si queremos pasar la fuerza en N, teniendo en cuenta que 1kp = 9,8 N Fa = 641,2 kp x 9,8 N/kp = 6283,76 N La fuerza de retroceso será: Fr = (p/4) x (D2 - d2) x p x
h =(p/4) x (12,52 – 32) x 5,5 x 0,95 = 604,27 kp
Si queremos pasar la fuerza en N, teniendo en cuenta que 1kp = 9,8 N Fr = 604,27 kp x 9,8 N/kp = 5921,85 N 18. Suponiendo que el cilindro anterior desarrolla una carrera de 200 mm y realiza 150 ciclos/hora. ¿Cuál será el consumo de aire en l/min y a la presión atmosférica? Es importante conocer el consumo de aires para el cálculo del compresor o para conocer el gasto energético de los elementos neumáticos. El consumo del aire depende del área del cilindro, la carrera, la frecuencia del ciclo y la presión de trabajo. El caudal consumido por el cilindro se calcula con la siguiente fórmula:
Q=
π ∗
C∗ p∗n 4000
∗
(2
∗
D 2 − d 2 )
Q= caudal en l/min a la presión atmosférica. C=carrera del vástago en cm. p=presión de trabajo del cilindro en bar. n=número de ciclos por minuto. D=diámetro del pistón en cm. d=diámetro del vástago en cm. n = 150 ciclos /hora = 150 ciclos / 60 min = 2,5 ciclos / min Q= (p x C x p x n)/4000 x (2 x D 2 – d2) Q = (p x 20 x 5,5 x 2,5) x (2 x 12,5 2 – 32)/4000 = 65,55 l/min.
19. ¿Cuáles son las diferencias esenciales entre un cilindro neumático de émbolo y uno de membrana?
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En los de membrana, no existe pistón desplazable como en los de émbolo. La carrera del vástago en los pistones está limitada a la deformación elástica de la membrana por tanto, son siempre de carrera corta. 20. Los motores neumáticos poseen ciertas ventajas frente a los motores eléctricos. Destacar las más importantes: Mayor resistencia al calor, polvo y humedad. En ambientes con riesgo de explosión o incendio, al no provocar chispas, son bastantes más seguros que los eléctricos.
21. Un cilindro de un circuito neumático tiene un émbolo de 80 mm de diámetro, el vástago es de 15 mm de diámetro y su carrera es de 300 mm. La presión de trabajo es de 6*10 5 Pa y realiza una maniobra de 9 ciclos cada minuto. Calcular: a) La fuerza en N que el cilindro entrega en su carrera de avance y retroceso. b) El consumo de aire en l/min y a la presión atmosférica. Como el diámetro del émbolo es 80mm (diámetro mayor de 40 mm) el rendimiento es Tenemos que: 1 bar = 1kp/cm2 = 105 Pa, entonces p=6 bar.
La fuerza de avance será: Fa = (p/4) x D2 x p x h = (p/4) x 82 x 6 x 0,95 = 286,51 kp Si queremos pasar la fuerza en N, teniendo en cuenta que 1kp = 9,8 N Fa = 286,51 kp x 9,8 N/kp = 2807,83 N La fuerza de retroceso será: Fr = (p/4) x (D2 - d2) x p x
h = (p/4) x (82 – 1,52) x 6 x 0,95 = 276,44 kp
Si queremos pasar la fuerza en N, teniendo en cuenta que 1kp = 9,8 N Fr = 276,44 kp x 9,8 N/kp = 2709,12 N El caudal consumido por el cilindro se calcula con la siguiente fórmula:
Q=
π ∗
C∗ p∗n 4000
∗
(2
∗
D 2 − d 2 )
Q= caudal en l/min a la presión atmosférica. C=carrera del vástago en cm. p=presión de trabajo del cilindro en bar. n=número de ciclos por minuto. D=diámetro del pistón en cm. d=diámetro del vástago en cm.
h =0,95
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n = 9 ciclos / min Q= (p x C x p x n)/4000 x (2 x D 2 – d2) = (p x 30 x 6 x 9) x (2 x 8 2 – 1,52)/4000 = 160 l/min. 22. Un recipiente herméticamente cerrado contiene aire a una presión relativa de 3 bar. El volumen de dicho recipiente es de 4 litros. Si el volumen aumenta hasta 4,5 litros, ¿cuál será la presión absoluta y relativa del gas para la misma temperatura? Según la ley de Boyle-Mariote: P1 x V1 = P2 x V2 referidos a presiones absolutas. Por tanto: P1 = 3 + 1,013 = 4,013 bar Sustituyendo en la fórmula de arriba: 4,013 (bar) x 4 (l) = P 2 (bar) x 4,5 (l) De donde: P2 (bar) = 4,013 (bar) x 4 (l) / 4,5 (l) = 3,57 bar La presión relativa será: P2= 3,57 – 1,013 = 2,55 bar
