Tema 1 Tecnologias Oleohidraulica y Neumtaica

Área de Mecánica de Fluidos.

TECNOLOGÍAS OLEOHIDRÁULICA Y NEUMÁTICA

Área de Mecánica de Fluidos

Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Gijón 5º Curso de Ingeniería Industrial

OLEOHIDRÁULICA Y NEUMÁTICA http://web.uniovi.es/Areas/Mecanica.Fluidos/

TECNOLOGÍAS OLEOHIDRÁULICA Y NEUMÁTICA 1. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. 2. SISTEMAS DE FLUIDO A PRESIÓN. 3. EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. 4. COMPARACIÓN ENTRE OLEOHIDRÁULICA Y NEUMÁTICA. 5. SIMBOLOGÍA. 6. APLICACIONES. 7. BIBLIOGRAFÍA.

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1. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. 1.1. Definición. Establece una relación entre una fuente motriz y un mecanismo que utiliza la energía mecánica producida por la fuente para efectuar un trabajo mecánico útil. Tipos de sistemas de transmisión de energía: Mecánicos: los más antiguos; prácticos y económicos en ciertos casos, pero pesados, complicados y costosos en otros. Eléctricos: mas recientes; más simples y flexibles que los anteriores. Fluidos a presión: anteriores a los eléctricos, pero se han desarrollado más lentamente; su desarrollo se aceleró gracias a la aeronáutica por su buena relación potencia/peso. Pueden ser sistemas oleohidráulicos (aceite) o neumáticos (aire).

FUENTE MOTRIZ

Motor eléctrico Motor térmico Turbinas

SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA

Sistema mecánico Sistema eléctrico Sistema fluido a presión Cargas en traslación

MECANISMO

Cargas en rotación



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1.2. Componentes de un sistema de transmisión de energía.

COMPONENTES ACTIVAS: permiten transformar y/o modular la energía Generadores: absorben energía mecánica producida por la fuente motriz, la transforman y la restituyen en una forma nueva. Pueden ser: o Sistemas eléctricos: generadores eléctricos: energía eléctrica

energía mecánica

o Sistemas fluidos: bombas, ventiladores: energía mecánica

energía fluida

o Sistemas mecánicos: no transforman la energía, solo la transportan Moduladores: adaptan la energía que reciben de los generadores o Sistemas eléctricos: transformadores de tensión e intensidad o Sistemas fluidos: válvulas direccionales, reguladoras de presión y caudal o Sistemas mecánicos: embragues, frenos



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Receptores: absorben la energía de los generadores, modulada y la transforman en energía mecánica o Sistemas eléctricos: motores eléctricos (DC, AC) o Sistemas fluidos: cilindros, motores o Sistemas mecánicos: no necesitan COMPONENTES DE UNIÓN: aseguran el transporte de la energía de un componente activo a otro, desde la fuente hasta el receptor del trabajo o Sistemas eléctricos: cables o Sistemas fluidos: tuberías, conductos o Sistemas mecánicos: ejes, cadenas, correas, engranajes COMPONENTES PASIVAS: no desempeñan un papel directo en la transmisión de energía o Sistemas eléctricos: disyuntores, arrancadores o Sistemas fluidos: depósitos, intercambiadores, filtros o Sistemas mecánicos: lubricantes



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2. SISTEMAS DE FLUIDO A PRESIÓN. COMPONENTES ACTIVAS: Generadores: producen un volumen de fluido a presión; bombas, compresores, que estarán caracterizados por su cilindrada, V, volumen desplazado por unidad de desplazamiento angular o revolución:

Caudal : Q = ωi ϑ

& i = Ti ωi = P Q Potencia : W

Moduladores: válvulas direccionales, válvulas reguladoras de presión P >>> P’, válvulas reguladoras de caudal Q >>> Q’

& o = P' Q' = Fo v o cilindros: movimiento lineal: W & o = P' Q' = To ωo motores: movimiento circular: W

Receptores:

La presión generada por las bombas o los compresores permite vencer las resistencias existentes en el circuito; estas resistencias dan lugar a una transformación (pérdida) de energía fluida en energía térmica: &i −W & o ) t = ∆W & t ∆E = ( W & W E Rendimiento energético: ηE = o = o & i Ei W COMPONENTES DE UNIÓN:

Fluido: transporta la energía, lubrica partes móviles, refrigera; debe ser filtrado y se le añaden aditivos Conducciones: transportan el fluido; su elección, concepción e instalación influyen en la eficacia ya la fiabilidad de un sistema de fluido a presión COMPONENTES PASIVAS:

Están relacionadas con el almacenamiento y acondicionamiento del fluido: Depósito: reserva de fluido, protección del fluido frente a posibles contaminantes Intercambiadores: enfriar o calentar el fluido Filtros Lubricantes



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3. EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. 1) Factores dinámicos: desplazamientos y velocidades, esfuerzos, frecuencias de oscilación, tiempos de reacción Adecuada para Oleohidráulica -pares altos a baja velocidad -fuerzas y pares grandes en arranques -inversiones frecuentes de movimientos -poca inercia -altas velocidades durante mucho Neumática tiempo

Menos adecuada para -altas velocidades

-precisión en el movimiento -pares altos a baja velocidad

2) Factores ambientales: temperatura, ruido, impacto, apariencia, limpieza, seguridad, contaminación Adecuada para Oleohidráulica -relación baja peso/potencia -ambiente contaminado -inmersión en líquido

Neumática

-altas temperaturas -ambiente contaminado

Menos adecuada para -deja residuos -riesgo de explosión -relación entre componentes poco aparentes -temperaturas extremas -relación baja peso/potencia -bajas temperaturas -ruidosa



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3) Factores de utilización: posibilidad y facilidad de uso, protección frente a imprevistos (sobrecarga, vibraciones, choque), adaptación a la automatización Adecuada para Oleohidráulica -movimientos lineales alternativos y grandes cargas -velocidades variables -frenar embalamientos -el mando y el control pueden ser de todo tipo -si la carga es variable, mantiene un alto rendimiento -velocidad variable Neumática -sobrecargas, choques, vibraciones -el mando y el control pueden ser de todo tipo

Menos adecuada para

-movimientos alternativos con cargas

lineales grandes

4) Factores económicos: costes directos, de ejecución y de funcionamiento (mantenimiento, almacenamiento) Adecuada para Menos adecuada para Oleohidráulica -coste de instalación bajo si la -mantenimiento potencia es alta y la carga y la velocidad son variables -robusto -mantenimiento -coste de instalación alto Neumática para potencia alta 5) Factores sociales: formación del personal Adecuada para Oleohidráulica -menos peligro para el operador Neumática

Menos adecuada para -formación, resolución de problemas -más peligro para el operador



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4. COMPARACIÓN ENTRE OLEOHIDRÁULICA Y NEUMÁTICA Oleohidráulica Caudal constante Resistente a sobrecargas. Esfuerzos Fuerzas muy grandes. Mayor presión: hasta 700 bar. Sencillo. Fácil control de Movimiento lineal posición y velocidad. Movimiento rotativo Sencillo. Alto par. Bajas revoluciones. Acumulación de Dentro de ciertos límites. energía Sensible a variaciones de la Entorno temperatura y a suciedad. Peligro de incendio en caso de fugas. Contaminación por aceite. Circuito cerrado. Coste de la energía 1 consumida Buena, pues el aceite no se Estabilidad comprime. Exactitud de Hasta 1 µm. posicionamiento Usa un líquido: mayor Fluido inercia, más pérdidas, más costoso. Acondicionamiento: enfriamiento, calentamiento, filtrado, aditivos.

Neumática Presión constante Resistente a sobrecargas. Fuerzas no muy grandes. Menor presión: hasta 17 bar. Sencillo. Velocidades dependientes de la carga. Sencillo. Bajo rendimiento. Altas revoluciones. Fácil.

No produce explosiones. Insensible a variaciones de temperatura. Circuito abierto: ruidoso. 2.5 Baja, pues el comprime. Hasta 0.1 mm.

aire

se

Usa aire: seguro, barato. Acondicionamiento: eliminación de humedad, polvo, adición de aceite.



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5. SIMBOLOGÍA

Los símbolos son la representación gráfica de un componente, representan esquemáticamente su funcionamiento interno y su sistema de control o regulación. A continuación se incluye la simbología utilizada en los diagramas oleohidráulicos y neumáticos. Las simbologías normalmente utilizadas son normalizadas internacionalmente y pueden utilizarse la simbología I.S.O. (International Standards Organization) o C.T.O.P (European Fluid Power Standards Committee). Líneas: Las tuberías, tubos y pasos hidráulicos se representa como líneas simples. Se puede distinguir: o Líneas principales (trazo continuo): transportan el caudal principal del sistema. En los diagramas gráficos incluyen la línea de aspiración o entrada de la bomba, las líneas de presión y las de retorno al tanque. Pueden en ocasiones representarse además coloreadas. o Líneas de pilotaje (trazos largos interrumpidos): lleva el fluido que se usa para controlar el funcionamiento de una válvula o de otro componente a distancia, a una presión inferior. o Líneas de drenaje (trazos cortos interrumpidos): llevan el fluido de drenaje al tanque. Bombas y motores: Un círculo es el símbolo básico para los componen giratorios. Los triángulos colocados en los símbolos indican que son fuentes de energía (bombas) o receptores de energía (motores). Si el componente es unidireccional el símbolo tiene sólo un triángulo. Una bomba o motor reversible se dibuja con dos triángulos. Cilindros: Un cilindro se dibuja como un rectángulo indicando el pistón, el vástago y las conexiones de los orificios. Un cilindro de simple efecto se dibuja abierto en el extremo de vástago y solamente con un orificio de entrada en el otro extremo. Un cilindro de doble efecto se representa cerrado y con dos orificios. Válvulas: El símbolo básico de una válvula es un cuadrado que se denomina envoltura. Puede incluir otros símbolos para indicar función. Las flechas se añaden a las envolturas para indicar el paso y dirección del caudal. Las válvulas controladoras de presión pueden adoptar cualquier posición, entre completamente abiertas y completamente cerradas, según el caudal que pase por ellas. Las válvulas direccionales o distribuidoras dirigen el fluido abriendo y cerrando vías para el caudal. Las flechas indican el sentido de circulación del fluido. Las conexiones pueden ser distinguidas por letras A, B, P, T,... Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c,....



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Depósitos: se dibuja en forma de rectángulo abierto en su parte superior en el caso de un tanque con respiradero y cerrado para un tanque presurizado. Por conveniencia, se pueden dibujar varios símbolos en un diagrama, aunque haya solamente un depósito. Las líneas de conexión se dibujan hasta el fondo del símbolo cuando las tuberías terminan bajo el nivel del líquido en el tanque. Sí una línea termina sobre el nivel del líquido, se dibuja sólo hasta la parte superior del símbolo. Descripción

Símbolo 1. Símbolos Básicos

Aplicaciones

1.1 Líneas 1.1.1 Continuas

Línea principal

1.1.2 Trazo largo

Línea secundaria

1.1.3 Trazo corto

Línea de drenaje o pilotaje

1.1.4 Doble

Conexión mecánica (eje, palanca, etc)

1.1.5 Discontinua

Límite de un conjunto

1.2 Círculos, Semicírculos 1.2.1 Grande

Unidades de conversión de energía (bombas, motores, etc)

1.2.2 Mediano

Instrumentos de medición

1.2.3 Pequeño 1.2.4 Muy pequeño

Accionadores mecánicos

1.2.5 Semicírculo

Actuadores rotativos

1.3 Cuadros, Rectángulos 1.3.1 Grande

Válvulas de control (excepto antirretornos)

1.4 Rombos Aparatos acondicionadores (filtros, intercambiadores, separadores, lubricadores, etc.) 1.5 Varios Conexión entre líneas



Muelle Restricción (afectada por la viscosidad) Restricción (no afectada por la viscosidad) 2. Símbolos Funcionales 2.1 Triángulo 2.1.1 Sólido

Dirección del fluido hidráulico

2.1.2 Hueco

Dirección del fluido neumático

2.2 Flechas 2.2.1 Verticales

Dirección, sentido de giro, sentido de circulación interno de la válvula

2.2.2 Inclinadas

Posibilidad de variación o regulación 3. Bombas y Compresores

3.1 Bomba de cilindrada fija

Una / dos direcciones del fluido

3.2 Bomba de cilindrada variable


3.3 Compresor

Siempre una sola dirección

4. Motores y Bomba-Motor 4.1 Motor de cilindrada fija


4.2 Motor de cilindrada variable


4.3 Motor oscilante

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Funciona como bomba o como motor según la dirección del flujo

4.4 Bomba-Motor de cilindrada fija

Funciona como bomba o como motor según la dirección del flujo Funciona como bomba o como motor independientemente de la dirección del flujo

4.5 Bomba-Motor de cilindrada variable

Funciona como bomba o como motor sin cambiar la dirección del flujo

4.6 Grupo Bomba-Motor de cilindrada variable

Convertidor de par

5. Cilindros Retorno por fuerza sin especificar 5.1 De simple efecto Retorno por muelle

Con un vástago 5.2 De doble efecto Con doble vástago

5.3 Diferencial

Depende de la diferencia de áreas efectivas a ambos lados del pistón

5.4 Con amortiguador

Amortiguación simple y fija

Amortiguación doble y fija



Amortiguación simple y ajustable

Amortiguación doble y ajustable

De simple acción 5.5 Telescópico De doble acción

5.6 Multiplicador de presión

5.7 Actuador aire-aceite

6. Válvulas de control (generalidades) 6.1 Un cuadro

Una válvula de control de presión o caudal

6.2 Dos o más cuadros

Una válvula de control direccional con tantas posiciones como cuadros

6.3 Simplificado

Usado para válvulas repetitivas, el número hace referencia a la posición de la válvula original

6.4 Válvulas controladoras de caudal

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7. Válvulas direccionales (generalidades) 7.1 Un paso 7.2 Dos pasos 7.3 Dos vías cerradas 7.4 Dos pasos y una vía cerrada 7.5 Dos pasos interconectados 7.1.6 Un paso en by-pass y dos vías cerradas

8. Válvulas direccionales Control manual 8.1 Dos vías y dos posiciones Accionada por presión Accionada por presión en ambos lados 8.2 Tres vías y dos posiciones Accionada por solenoide y retorno por muelle 8.3 Cuatro vías y dos posiciones

Pilotada por válvula de solenoide y retorno por muelle

8.4 Cinco vías y dos posiciones

Accionada por presión en ambos lados

8.5 Cuatro vías y tres posiciones

Pilotada por válvula de solenoide y centrada por muelles

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9. Válvulas progresivas Dos posiciones extremas y un número infinito de posiciones intermedias, en función del desplazamiento Dos posiciones 9.1 General Tres posiciones

9.2 Dos vías

Accionada por rodillo y retorno por muelle

9.3 Tres vías

Accionada por presión y retorno por muelles

9.4 Cuatro vías

Accionada por palanca

10. Servoválvulas Funcionamiento directo 10.1 De una etapa Con realimentación mecánica y pilotaje indirecto

10.2 De dos etapas

Con realimentación hidráulica y pilotaje indirecto



11. Depósitos

12. Accionamientos

13. Varios

Filtros

Acumuladores

Otros elementos

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6. APLICACIONES.

Las aplicaciones de la oleohidráulica y de la neumática son muy numerosas y abarcan un mayor número de realizaciones prácticas. a) Automoción y transporte de cargas: - Agricultura:

Tractor de arado con accionamiento por oruga. - Carretillas y grúas:

Carretilla elevadora y brazo de elevación de cargas. - Transporte, elevación y colocación de cargas.

Cinta transportadora.



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- Excavación y movimiento de tierras.

- Control y tracción de vehículos.

Tracción de vehículos lentos. b) Aplicaciones industriales: Los ejemplos de aplicaciones de este apartado son muy variados: prensas, maquinaria de modelado de plásticos, máquinas de mecanizado, maquinaria alimenticia, automatismos y robots, plantas y equipos de minería e industria del acero.

Guillotina para piezas metálicas.



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Prensas verticales. c) Otras aplicaciones: - Aplicaciones náuticas: acercamiento de embarcaciones al mar, sistemas auxiliares de lubricación, posicionamiento de las palas de la hélice en un barco con hélices de paso variable, entre otras.

- Aplicaciones de ingeniería civil. - Aplicaciones militares. Tanto en el ejercito de tierra como los que desarrollan sus actividades en el mar o aire hay multitud de aplicaciones prácticas.



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En este apartado de aplicaciones varias, el número de ejemplos es prácticamente ilimitado: industria de automoción (tracción, frenos, dirección asistida), aeroespacial (simuladores de vuelo, movimiento de alerones, tren de aterrizaje, timón), marina (accionamiento y control de los barcos), máquinas hidráulicas (regulación de álabes para modificación del caudal) ingeniería de canales (puentes y compuertas), medicina (articulación de camas de hospital y de salas de operaciones), tiempo libre (parques de atracciones, cines).

7. BIBLIOGRAFÍA.

Deppert, W., Dispositivos neumáticos, Marcombo, 1991. Deppert, W., Aplicaciones de la Neumática, Marcombo, 1977. González J., Arribas J.J. y Fernández J., Aplicaciones de hidráulica convencional, Serv. de Publicaciones de la Universidad de Oviedo. 1996. González, J., Argüelles, K., Ballesteros, R., Blanco, E., Fernández, J., Parrondo, J., Santolaria, C., Velarde, S., Prácticas de Ingeniería de Fluidos. Serv. de Publicaciones de la Universidad de Oviedo. 2004. Labonville R., Circuits Hydrauliques, Ed Lavoisier, 1991. Pinches M.J., Power Hydraulics, Prentice Hall, 1989. SMC International Training, Neumática, Paraninfo, 2000. spain.smceu.com www.festo.com www.oleohidraulicaonline.com www.sapiensman.com/neumatica/mapadelsitio.htm www.tecnicaoleohidraulica.com

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