INSTITUTO DE EDUCACIÓN EDUCACIÓN SUPERIOR TECNOLÓGICO PRIVADO “CIRO ALEGRÍA”
TEMA: monografía del avance de la hidroneumática en la
mecánica automotriz
ESPECIALIDAD: mecatrónica automotriz
SEMESTRE: I
DOCENTE: pervis Pérez mego
ALUMNO: Ronal Gonzales Fasabi
MORALES_PERU JUNIO 2017
Dedicamos este trabajo a Dios por permitirnos la posibilidad de realizar esta investigación, derramando sobre nosotros su sabiduría y fortaleza para seguir seguir adelante.
A nuestros nuestros padres padres por su inquebrantable apoyo, por confiar confiar en en nosotros e inculcarnos los
valores que nos llevaran a
convertirnos en mejores personas y profesionales de éxito en el futuro.
A la Dra. Lic. Lic. Elizabeth Igarza Campos, por proporcionarnos sus conocimientos y darnos la oportunidad oportunidad de desenvolvernos como estudiantes en temas claves, para un mejor aprendizaje del curso de Economía Matemática I.
A nuestros compañeros porque de hoy en adelante
compartiremos experiencias y nuevos conocimientos, ya que juntos nos queda un largo largo camino por recorrer.
Índice
pag
Dedicatoria……………………………………………… 2 Índice……………………………………………………… 3 Capítulo I ………………………………………………… 4 1.2 hidraulica…………………………………………….. hidraulica…………………………………………….. 7 1.2.1 componentes de un sistema hidráulico ……………… 7 ……………… 7 1.2.2 Ventajas de la hidráulica………………………… hidráulica…………………………………..8 ………..8 1.2.3 Principales propiedades de los fluidos………………….. fluidos…………………..17 17 Capitulo II……………………………………………………….. 19 II……………………………………………………….. 19 2.1 La neumática……………………………………………… neumática……………………………………………… 19 19 2.1.1 Historia De La Neumática………………………………… Neumática………………………………… 19 19 2.2 2.2 Campos de aplicación de la neumática y la hidráulica… 32 hidráulica… 32 2.3 Aplicaciones Industriales……………………………………… Capitulo III………………………………………………………… 36 III………………………………………………………… 36 3.1 Ventajas y desventajas de la hidráulica y neumática… 36 neumática… 36 Concusiones…………………………………………………… 39 Refencias bibliográficas…………………………………… 40 bibliográficas…………………………………… 40
Captulo I 1.1 Hidráulica La hidráulica es la rama de la física la física que estudia el comportamiento de los líquidos los líquidos en función de sus propiedades específicas. Es decir, estudia las propiedades mecánicas de los líquidos dependiendo de las fuerzas a las que son sometidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa la masa y a las condiciones a las que esté sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad la viscosidad de este.
1.1.1 Historia de la Hidráulica La Hidráulica nace de la necesidad del hombre por aprovechar las fuerzas de los elementos naturales que tiene en su entorno. Las primeras aplicaciones que tuvo la Hidráulica en la sociedad fueron la Rueda Nonia Nonia y el molino de viento ; que son artefactos artefactos impulsados impulsados por palancas con ayuda de fuerzas como las del viento y el agua.Estos mecanismos facilitaron el modo de vida de la época y además familiarizaron al hombre con las posibilidades posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energía de una forma empírica
La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguosegipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. en el siglo II A.C., la convirtió en una bomba de doble efecto. En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción de instalaciones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia .Este tipo de experiencias u observaciones eran los acueductos utilizados por ellos .
Posteriormente en 1612 Galileo crea un sistema para medir el movimiento del agua en el cual un liquido sube a través de un agujero. Ya en 1643 Torriceli, alumno de Galileo enuncia la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Además creo el Barómetro el cual tiene como objetivo la medición de la presión atmosférica. En 1650 Blaise Pascal formula la ley de distribución de la presión de un liquido; en donde dice que al encajar un liquido en un tubo con una fuerza está de podría duplicar hasta 10 veces más según su medida cilíndrica. Igualmente descubre la comprobación de que la potencia del vació se debe al peso de la atmósfera y no ha un "error natural" como se creía anteriormente.
Newton por su parte da una introducción de viscosidad en los fluidos como el aceite y el agua ; y los fundamentos de la teoría de Hidrodinámica,Newton dice que los liquido contenido en recipientes grandes están influenciados por la fuerza de la naturaleza. Hasta la mitad del siglo dieciocho no existía aun una ciencia integrada sobre el comportamiento de los fluidos. Los fundamentales teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonard Euler en el siglo dieciocho.
Daniel Bernoulli en 1738 en su "Hidrodinámica", formula la ley fundamental del movimiento de los Fluidos que da relación entre presión, velocidad y cabeza del fluido; propuso que la presión atmosférica se notaba más cuando en un recipiente hay un agujero y el agua sale con menos presión y más fuerza y que la presión es mayos cuando la altura de el recipiente es mayor.
Leonard Euler desarrolla ecuaciones diferenciales generales del flujo para los f luidos no viscosos.Esto marco el análisis de la Mecánica de Fluidos. Asimismo creó la ecuación general para todas las maquinas hidráulicas rota dinámicas, y los fundamentos de la teoría de la flotación.
Joseph Braham, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces. Inmediatamente siguieron sin numero de aplicaciones y como era de esperarse, se abrió un mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto técnicas como financieras de su tiempo.
El segundo periodo, que comprende los últimos años del siglo XVIII y la mayoría del XIX, se caracterizó por la acumulación de datos experimentales y por la determinación de factores de corrección para la ecuación de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad. En los años posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energía hidráulica, la cual era distribuida a grandes distancias por tuberías hasta las fabricas donde accionaban molinos, prensas, laminadores y grúas.
1.2 Hidráulica
Hidráulica.- La hidráulica es un método sencillo para la transmisión de grandes fuerzas mediante fluidos a presión. La hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería como es maquinaria pesada, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos. Fluido.- Es una sustancia que toma siempre la forma del recipiente donde esta contenido. Se puede distinguir dos tipos de fluidos: a) Líquidos b) Gases Las partículas que componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad.
1.2.1. Los principales componentes de un sistema hidráulico son: 1.-Bomba 2.-Actuadores 3.-Válvula de seguridad 4.-Filtros 5.-Motor 6.-Depósito
1.2.2.Ventajas de la hidráulica.
A) Velocidad variable.- A través del cilindro de un sistema hidráulico se puede conseguir velocidades muy precisas, regulares y suaves, que no se logran con motores eléctricos. B) Reversibilidad.-Los actuadotes hidráulicos pueden invertir su movimiento sin problemas y, además, pueden arrancar bajo su máxima carga. La carga.- Es la energía referida a la unidad de peso. Fig. 1.
Fig. 1
C) Protección contra las sobrecargas.-Las válvulas protegen al sistema hidráulico contra las sobre cargas de presión. La válvula de seguridad limita la presión a niveles aceptables. Fig. 2
Fig. 2 Bombas.- La bomba aspira el fluido con dirección al cilindro. Cuando el cilindro se sobrecarga la presión empieza a aumentar. Esto es debido a que el fluido no puede circular libremente Fig. 3.
Fig. 3
La presión.- La presión también se va creando por las cañerías o0 tuberías (mangueras), y esto puede provocar una avería. Por lo tanto ello, necesitamos colocar en el sistema una válvula de seguridad. Fig. 4.
Fig.4 La válvula actúa rebajando la presión del sistema al devolver el fluido al depósito Fig.5.
Fig. 5 D) Tamaño pequeño.-El tamaño de los componentes hidráulicos es pequeño comparándolo con la potencia y energía que puedan transmitir. Fig.5. Los pequeños componentes del sistema hidráulica de esta maquina le dan la potencia necesaria para accionar su circuito de elevación Fig.6.
Fig. 6
2,3. Empuje (E).- Cuando introducimos un cuerpo en un recipiente en un fluido, el nivel de éste se eleva. Este aumento de nivel es debido al volumen del cuerpo. Este no lleva a anunciar el siguiente principio Fig. 7.
Fig. 7 El aumento del nivel del fluido es debido al volumen del cuerpo introducido en su seno. Principio de Arquímedes.-Todo cuerpo sumergido en un líquido, experimenta una fuerza vertical y hacia arriba, igual al peso del volumen de fluido desalojado. Esta fuerza es empuje. E = V.p Donde: V = Volumen P = Presión La presión de bloque en el fluido se establezca cuando el empuje es igual a su peso. 2.4.- Presión (p).-Cuando los líquidos son incompresibles, su presión aumenta cuando encuentra un obstáculo a su circulación. En un sistema hidráulico, la presión empieza a aumentar cuando el líquido llega a cilindro y se encuentra con el émbolo. La presión podemos medirla de diferentes maneras: A) presión hidrostática.- Una columna de cualquier líquido, debido a su peso, ejerce una presión sobre la superficie en que se apoya. Esta es la presión hidrostática y se define como: Fig. 8. p = p .g. h
Fig. 8 B) Presión por fuerzas externas.- Cuando aplicamos una fuerza sobre el sistema en un recipiente cerrado esto nos lleva a enunciar la siguiente Ley: Ley de Pascal,- Cualquier líquido dentro de un recipiente ejerce una presión sobre éste, que se transmite por igual en todas sus direcciones. Fig. 9. P = F/ A
Fig. 9 Émbolos a la misma altura.-Se aplica una fuerza F1 a un pequeño émbolo de área S1. El resultado es una fuerza F2 mucho más grande en el émbolo de área S2 . Debido a que la presión es la misma a la misma altura por ambos lados, se verifica que: Fig. 9.a.
Fig. 9.a Para mantener a la misma altura los dos émbolos, tenemos que poner un número de pesas sobre cada émbolo de modo que se cumpla la relación dada en el apartado anterior.
Émbolos a distinta altura.-Un ejercicio interesante, es el de determinar la altura de ambas columnas de fluido cuando se ponen n1 pesas en el émbolo de la izquierda y n2 pesas en el émbolo de la derecha. Fig. 9.b. Sean A y B dos puntos del fluido que están a la misma altura. El punto A una profundidad h1 por debajo del émbolo de área S1 y el B situado h2 por debajo del émbolo de área S2 .
Fig.9.b La presión en cada uno de dichos puntos es la suma de tres términos: La presión atmosférica La presión debida a la columna de fluido La presión debida a las pesas situadas sobre el émbolo
Caudal (Q).- Es la cantidad de fluido que atraviesa una superficie plana en un tiempo determinado. Puede expresarse además de dos modos: 1.- Como volumen que atraviesa una sección por unidad de tiempo. Fig.10. Q=V/t
Fig. 10 2.- Como el producto de una sección y la velocidad del fluido al atravesarla. Fig. 11 Q = A. v
Fig. 11 Teorema torricelli.- La velocidad de salida de un liquido por un orificio pequeño, hecho en la pared del recipiente que lo contiene, es igual a la velocidad que alcanzaría un cuerpo al caer libremente desde una altura igual a la distancia que hay entre la superficie del líquido y el orificio de salida Fig.12. v = (2 g . h)1/2
Fig. 12 Potencia hidráulica (P).-Se define como el trabajo por unidad de tiempo. Obteniendo mayor potencia a que sistema hidráulico que desarrollando el mismo trabajo haya invertido menos tiempo. P = p. Q Teorema de Bernoulli.-En un sistema hidráulico el fluido que circula tiene tipos de energía: Fig. 13.
Fig.13 1.- Energía cinética.- Debido a la velocidad y masa del fluido. 2.- Energía potencial.-que depende de la posición del fluido. 3.- Energía de presión.-Debido a su compresibilidad. Fig. 14.
Fig. 14 Perdidas por cargas.-Es un tipo de energía que se distingue dentro del sistema, debido a todos los componentes de este. Podemos mencionar tres tipos de perdidas de carga: 1.- Perdidas debidas a las tuberías 2.- Pérdidas debidas a las bombas 3.- Pérdidas debidas a las turbinas. Fig. 15
Fig. 15 Régimen de flujo.-Las pérdidas de carga en un sistema hidráulico están ligadas al modo en que circula el fluido por sus conductos. El fluido puede circular por un conducto de dos formas: Fig. 16. 1.-En régimen laminar 2.-En régimen turbulento
Fig.16 La energía hidráulica es la suma de las energías que contiene el fluido: Fig.17. 1.-Energía de presión 2.-Energía cinética
Fig.17
Elementos principales de una central hidráulica Fig.18.
Fig.1
Válvula de seguridad.-Es importante para que el sistema no sea dañado por un exceso de presión el actuador se detenga Fig.19.
Fig.19 Tipos de bombas.-Se tienen dos tipos de bombas como son: 1.- Bombas de desplazamiento positivo.- Son las bombas de : Fig.20 a. Rotor b. Engranaje c. Diafragma
Fig. 20 2.-Bombas de desplazamiento no positivo.-Se tiene las bombas siguientes: Fig.21. a. Turbinas b. Paletas c. Émbolos radiales
Fig.21 2,12. Circuitos de la bomba o aspiración de la bomba. Fig.22.
Fig.22. Diagnóstico de averías: Algunas averías que se pueden presentarse son: 1,-No hay presión.-Es debido que hay poco aceite en el depósito; también puede ser por fugas en los conductos. 2.-Funcionamiento lento.-Es por desgaste de la bomba o fugas parciales de aceite en algún lugar o circuitos de distribución. 3.-No hay caudal.- Es por mal montaje de la bomba o mal cebado de la bomba y aire en el circuito de aspiración y distribución. 4.-Ruido.-Esto es debido por daños serios en la bomba. La presencia de aire en el sistema origina ruidos, esto puede ser: a. Un nivel de aceite demasiado bajo b. conexiones sueltas en las cañerías de aspiración c. Arranca la bomba sin aceite en el tanque o depósito. 2.13. Objetivos del fluido: Fig.23. 1.-Trasmitir potencia 2.-Lubricar las piezas móviles 3.-Estanqueidad (mínima fugas) 4.-Enfriar o disipara el calor generado en el sistema
Fig.23
1.2.4 Principales propiedades de los fluidos.
Las principales propiedades de los fluidos son : Fluidez Viscosidad Compresibilidad Régimen de fluido
Fluidos sintéticos.- Se trata fluidos sintéticos inflamables obtenidos en laboratorio, alguno de estos son: Ester fosfatos Hidrocarburos clarados Mezcla de esterfosfatos, e hidrocarburos colrados. Aplicaciones: Fig.23. 1. Sistema hidráulico de maquinaria pesada 2. Sistema hidráulico de transmisión de caja de velocidades de maquinarias. 3. Sistema de suspensión de maquinarias 4. Sistema de dirección de maquinarias en general 5. Maquinas perforadoras hidráulicas 6. Sistema de frenos de maquinarias 7. Prensas hidráulicas 8. Gatos hidráulicos 9. Otros aplicaciones
Capitulo 2
2.1 La neumática La neumática es la tecnología que emplea un gas (normalmente aire comprimido) como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Los procesos consisten en incrementar la presión de aire y a través de la energía acumulada sobre los elementos del circuito neumático (por ejemplo las cilindros) efectuar un trabajo útil. Por lo general el gas utilizado es el aire comprimido, pero para aplicaciones especiales puede usarse el nitrógeno u otros gases inertes. Los circuitos neumáticos básicos están formados por una serie de elementos que tienen la función de la creación de aire comprimido, su distribucíón y control para efectuar un trabajo útil por medio de unos actuadores llamados cilindros. Para saber como funcionan los circuitos neumáticos te recomendamos este enlace: Neumatica.
2.1.1 Historia De La Neumática Las primeras aplicaciones de neumática se remontan al año 2.500 a.C. mediante la utilización de muelles de soplado. Posteriormente fue utilizada en la construcción de órganos musicales, en la minería y en siderurgia. Hace más de 20 siglos, un griego, Tesibios, construyó un cañón neumático que, rearmado manualmente comprimía aire en los cilindros. Al efectuar el disparo, la expansión restituía la energía almacenada, aumentando de esta forma el alcance del mismo. En el siglo XIX se comenzó a utilizar el aire comprimido en la industria de forma sistemática. Herramientas neumáticas, martillos neumáticos, tubos de correo neumáticos, son un ejemplo de estas aplicaciones. Durante la construcción del túnel de Mont-Cenis, en 1857, se utilizó una perforadora de aire comprimido que permitía alcanzar una velocidad de avance de dos metros diarios frente a los sesenta centímetros que se obtenían con los medios tradicionales. En 1880 se inventó el primer martillo neumático. La incorporación de la neumática en mecanismos y la automatización comienza a mediados del siglo XX.
La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer f uncionar mecanismos. Mediante un fluido, ya sea aire (neumática), aceite o agua (hidráulica) se puede conseguir mover un motor en movimiento giratorio o accionar un cilindro para que tenga un movimiento de salida o retroceso de un vástago (barra). Esto hoy en día tiene infinidad de aplicaciones como pueden ser la apertura o cierre de puertas en trenes o autobuses, levantamiento de grandes pesos, accionamientos para mover determinados elementos, etc. El control del motor o del cilindro para que realice lo que nosotros queremos se hace mediante válvulas que hacen las veces de interruptores, pulsadores, conmutadores, etc si lo comparamos con la electricidady mediante tubos conductores (equivalente a los conductores eléctricos) por los que circula el fluido. En esta unidad vamos a estudiar como se realizan los montajes de los circuitos neumáticos o hidráulicos. Todo lo que vamos a estudiar hace referencia a circuitos neumáticos, pero cambiando aire por agua o aceite valdría igualmente para los hidráulicos. Neumatica e hidraúlica prácticamente solo se diferencia en el fluido, en uno es aire y en el otro agua. Antes de empezar puedes ver aqui todos los símbolos de Neumática o ir aprendiendolos según avances. Componentes de un circuito neumático:
Compresores (Generadores) Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que recorren el circuito. El compresor normalmente lleva el aire a un depósito para después coger el aire para el circuito del depósito. Este depósito tiene un manómetro para regular la presión del aire y un termómetro para controlar la temperatura del mismo. El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua (humedad) que tiene el aire que se puede condensar. Todos estos componentes se llaman circuito de control.
Este sería el inicio de la instalación. Nosotros los ejercicios que hagamos supondremos que llevan todo esto aunque no lo representaremos por facilidad a la hora de realizar los circuitos.
Cilindros : al llegar la presión del aire a ellos hace que se mueva un vástago (barra), la cual acciona algún elemento. De simple efecto: Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa. Ejemplo de Aplicación: frenos de camiones y trenes. Ventaja: frenado instantáneo en cuanto falla la energía. Apertura de una puerta mientras le llaga el aire, cuando deja de llegar la puerta se cierra por la acción del retorno del cilindro gracias al muelle.
Cilindros de doble efecto: la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno.
Elementos neumáticos con movimiento giratorio :Estos elementos transforman la energía neumática en un movimiento de giro mecánico. Son motores de aire comprimido.
Válvulas: las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito.
Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora. El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros).Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido (figura 1). Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales (figura 2). La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto (figura 2). Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematizala posición de reposo o inicial (figura 3).
La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan. Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c … y 0. Las salidas (al exterior) y entradas de aire se
representan mediante un triangulo.
Para activar la válvula (que cambie de posición se puede hacer manualmente (como un pulsador) o de otras formas (eléctricamente, neumáticamente (una flecha) ,etc).
La selectora cuando el aire entra por X sale por A pero no puede salir por Y. Si entra por Y sale por A pero no puede salir por X.
Ejemplo de funcionamiento de una válvula 3/2 Un regulador de flujo: es un elemento que permite controlar el paso del aire en un sentido, mientras que en el otro sentido circula libremente.
Las válvulas estranguladoras con retención, conocidas como válvulas reguladoras de velocidad, son híbridas. Desde el punto de vist a de la estrangulación son válvulas de flujo y como tales se las emplea en neumática. La función de retención les hace ser al mismo tiempo una válvula de bloqueo. El regulador de flujo se alimenta con aire del suministro. Dicho regulador emite un flujo de aire controlado en una conexión en T. Una tubería de esta conexión se conecta a la válvula accionada por diafragma y la otra se deja abierta para que salga aire a la atmósfera. Cuando la tubería de toma de aire es bloqueada por la rueda de un vehículo, la presión aumenta en la tubería y la válvula accionada por diafragma se activa, y el aire comprimido entra en el pistón.
Componentes de un Circuito Neumático Pues bien nada mejor que una imagen para ver los componentes generales de un circuito neumático. Luego explicaremos uno a uno.
Compresores Neumáticos (Generadores) Para producir el aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y es la que existe en las tuberías que recorren el circuito. El compresor normalmente lleva primero el aire a un depósito para después coger el aire para el circuito desde depósito. Este depósito tiene un manómetro para regular la presión del aire y un termómetro para controlar la temperatura del mismo. El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua (humedad) que tiene el aire que se puede condensar antes de llegar al circuito. Todos estos componentes se agrupan en lo que se llama circuito de control.
Este sería el inicio de la instalación. Nosotros los ejercicios que hagamos supondremos que llevan todo esto, aunque no lo representaremos por facilidad a la hora de realizar los circuitos. Cilindros Neumáticos Al llegar la presión del aire a ellos hace que se mueva un vástago (barra), la cual acciona algún elemento que queremos mover. Hay de varios tipos:
De simple efecto: Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación rectilíneo. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa. Ejemplo de Aplicación: frenos de camiones y trenes. Ventaja: f renado instantáneo en cuanto falla la energía. Apertura de una puerta mientras le llega el aire, cuando deja de llegar la puerta se cierra por la acción d el retorno del cilindro gracias al muelle. Veamos el símbolo:
Cilindros de doble efecto: la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno. Tiene entrada y salida del aire, por lo tanto tienen dos tomas o conexiones.
Elementos Neumáticos con Movimiento Giratorio Estos elementos transforman la energía neumática en un movimiento d e giro mecánico. Son motores de aire comprimido. Cuando les llega el aire comprimido giran. Pueden girar en un solo sentido o en los dos. Su velocidad y fuerza dependerá de la presión del fluido.
Válvulas Neumáticas Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido. Son como interruptores eléctricos, pero de aire. Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora.
El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros). Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido (figura 1). Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas
transversales (figura 2). La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto (figura 2). Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo o inicial (figura 3).
La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan. Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c ... y 0. Las salidas (al exterior) y entradas de aire se representan mediante un triangulo.
Para activar la válvula (que cambie de posición se puede hacer manualmente (como un pulsador) o de otras formas (eléctricamente, neumáticamente (una flecha) ,etc.).
La válvula selectora cuando el aire entra por X sale por A pero no puede salir por Y. Si entra por Y sale por A pero no puede salir por X. Veamos un ejemplo de funcionamiento de una válvula 3/2
Un regulador de flujo: es un elemento que permite controlar el paso del aire en un sentido, mientras que en el otro sentido circula libremente.
Las válvulas estranguladoras con retención, conocidas como válvulas reguladoras de velocidad, son híbridas. Desde el punto de vista de la estrangulación son válvulas de flujo y como tales se las emplea en neumática. La función de retención les hace ser al mismo tiempo una válvula de bloqueo. El regulador de flujo se alimenta con aire del suministro. Dicho regulador emite un flujo de aire controlado en una conexión en T. Una tubería de esta conexión se conecta a la válvula accionada por diafragma y la otra se deja abierta para que salga aire a la atmósfera. Cuando la tubería de toma de aire es bloqueada por la rueda de un vehículo, la presión aumenta en la tubería y la válvula accionada por diafragma se activa, y el aire comprimido entra en el pistón.
Puedes comprobar el funcionamiento de los 10 circuitos principales utilizados en neumática con este pequeño programa simulador de circuitos neumáticos interactivos. Descargar Pneumatic Propiedades de los Fluidos
Los fluidos, incluido el aire tiene unas series de propiedades y magnitudes para cuantificarlo. Algunas magnitudes que definen a los fluidos son la presión, el caudal y la potencia.
Presión: se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo. Presión = Fuerza / Superficie Las unidades que se utilizan para la presión son:
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 x Caudal El aire comprimido que se emplea en la industria procede del exterior. Se comprime hasta alcanzar una presión de unos 6 bares de presión, con respecto a la atmosférica (presión relativa). Los manómetros indican el valor de presión relativa que estamos utilizando. Para su estudio se considera como un gas perfecto.
2..2 Campos de aplicación de la neumática y la hidráulica. En la actualidad las aplicaciones de la oleo hidráulica y neumática son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general.
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales: Aplicaciones Móviles El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular m ateriales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como: Tractores Grúas Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehículos para la construcción y manutención de carreteras Etc.
2.3 Aplicaciones Industriales En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se ti ene entre otros: Maquinaria para la industria plástica Máquinas herramientas Maquinaria para la elaboración de alimentos Equipamiento para robótica y manipulación automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la minería Maquinaria para la industria siderúrgica Etc. Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehículos automotores, como automóviles, aplicaciones aeroespaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:
Aplicación automotriz: Suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc.
Aplicación Aeronáutica: Timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc.
Aplicación Naval: Timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques militares.
Capitulo 3 3.1 Ventajas y desventajas de la hidráulica y neumática Los sistemas de transmisión de energía oleo hidráulicos y neumáticos son una garantía de seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos. La Seguridad es de vital importancia en la navegación aérea y espacial, en la producción y funcionamiento de vehículos, en la minería y en la fabricación de productos frágiles. Por ejemplo, los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos se utilizan para asistir la dirección y el frenado de coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleo hidráulico y el tren de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo de aviones y naves espaciales. Los rápidos avances realizados por la minería y construcción de túneles son el resultado de la aplicación de modernos sistemas oleo hidráulicos y neumáticos. La Fiabilidad y la Precisión son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales en las que los usuarios exigen cada vez más una mayor calidad. Los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos utilizados en la manipulación, sistemas de fijación y robots de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados, por ejemplo, en la fabricación de automóviles. En relación con la industria del plástico, la combinación de la oleo hidráulica, la neumática y la electrónica hacen posible que la producción esté completamente automatizada, ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisión. Los sistemas neumáticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene y la precisión son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la industria farmacéutica y alimenticia, entre otras. La Reducción en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un país industrial. La tecnología moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos. Entre otros ejemplos, cabe citar el uso generalizado de estos sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidráulicamente, las máquinas herramientas de alta tecnología, así como los equipos de fabricación para procesos de producción automatizada, las modernas excavadoras, las máquinas de construcción y obras públicas y la maquinaria agrícola. Con respecto a la manipulación de materiales y para citar unos ejemplos, los sistemas oleo hidráulicos permiten que una sola persona pueda trasladar, fácil y rápidamente, grandes cantidades de arena o de carbón.
Ventajas de la Neumática El aire es de fácil captación y abunda en la tierra. El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables. El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete. Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente. Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. Energía limpia. Cambios instantáneos de sentido
Desventajas de la neumática En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables. Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado. Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas. Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera
Ventajas de la Oleo hidráulica Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o mementos de giro. El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable. Velocidad de actuación fácilmente controlable. Instalaciones compactas. Protección simple contra sobrecargas. Cambios rápidos de sentido
Desventajas de la Oleo hidráulica El fluido es más caro. Perdidas de carga. Personal especializado para la manutención. Fluido muy sensible a la contaminación.
Medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental odontológico, etc.
La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en controles escénicos (teatro), cinematografía, parques de entretenciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesas de levante de automóviles, etc.
Conclusiones: La hidráulica es la rama de la física que estudia el comportamiento de los líquidos en función de sus propiedades específicas. Es decir, estudia las propiedades mecánicas de los líquidos dependiendo de las fuerzas a las que son sometidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a las que esté sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de este. La neumática es la tecnología que emplea un gas (normalmente aire comprimido) como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Los procesos consisten en incrementar la presión de aire y a través de la energía acumulada sobre los elementos del circuito neumático (por ejemplo las cilindros) efectuar un trabajo útil. Por lo general el gas utilizado es el aire comprimido, pero para aplicaciones especiales puede usarse el nitrógeno u otros gases inertes. Los circuitos neumáticos básicos están formados por una serie de elementos que tienen la función de la creación de aire comprimido, su distribucíón y control para efectuar un trabajo útil por medio de unos actuadores llamados cilindros. Para saber como funcionan los circuitos neumáticos te recomendamos este enlace: Neumatica.
