1. Principios físicos de los sistemas neumáticos e hidráulicos
Los sistemas neumáticos e hidáulicos utilizan fluidos para transmitir fuerzas, generalmente aire (neumáticos) y aceite (hidráulicos).
Se llama fluido a un material que puede pasar a través de pequeños orificios y, por tanto, circular por tuberías y conductos.
Propiedades de los fluidos:
- Densidad:
d = m/v (masa/volumen)
los gases son poco densos y los líquidos mucho más. - Viscosidad: mide la dificultad de los fluidos a pasar por orificos y tuberías. Los líquidos son mucho más viscosos que los gases.
- Compresibilidad: capacidad de los fluidos de disminuir su volumen cuando aumenta la presión ejercida por ellos. Los líquidos son poco compresibles (las partículas que los forman están en contacto y es difícil acercarlas más), los gases son muy compresibles (el espacio entre sus partículas es grande).
La presión en los fluidos
Es la magntud que mide el efecto deformador de las fuerzas sobre los cuerpos. Una fuerza F, aplicada sobre una superficie S, produce una presión que es igual al cociente entre la intensidad de la fuerza y la superficie. P = F/S. La unidad de presión en el SI es el Pascal (Pa).
Los gases en equilibrio ejercen la misma presión sobre cualquier punto del recipiente que los contiene. En los líquidos, la presión sobre las paredes va aumentando con la profundidad o la distancia a la superficie libre del líquido. La presión dentro dentro de un líquido en equilibrio de densidad d a una profundidad h es: P = d g h
Los sistemas neumáticos e hidráulicos transmiten fuerzas a distancia mediante variaciones en la presión producidas en los fluidos que utilizan.
El caudal de una tubería
El caudal volumétrico Q de una tubería que transporta un fluido es el volumen de fluido, V, que pasa por una sección de la tubería en la unidad de tiempo. Q = V/t. Si la tubería es cilíndrica de sección A y longitud L: Q = AL/t = A.v siendo v la velocidad del fluido.
2. Circuitos neumáticos. Compresor
Los circuitos neumáticos transmiten fuerzas a distancia utilizando aire a mayor o menor presión que la atmosférica, que circula por tuberías y conductos.
Elementos básicos de un circuito neumático:
- Compresor. Toma el aire atmosférico y lo comprime. Tiene un depósito acumulador que almacena el aire comprimido.
Símbolo del compresor
- Válvulas. Son los elementos de control que abren y cierran el circuito.
- Secador de aire. Extrae la humedad del aire comprimido.
- Tuberías. Son las conducciones del aire a presión.
- Unidad de mantenimiento. Consta de filtros y elementos de lubricación con el fin de acondicionar el aire comprimido.
- Actuadores. son los elementos que ejercen fuerzas realizando trabajo.
Tipos de compresores:
- Rotativos
- De paletas. Constan de un rotor cilíndrico con unas paletas que gira dentro del compresor. las paletas atrapan el aire en el conducto de entrada, reducen su volumen y el aire comprimido sale por el conducto de salida. Con bajo nivel de ruido y que genera un gran caudal de aire comprimido.
- De tornillo helicoidal. Tiene dos ejes en forma de tornillo que giran en sentidos opuestos atrapando al aire, que avanza entre los ejes sin poder retroceder. Es económico y silencioso y proporciona un caudal medio.
2. De émbolo alternativo. Es el más común. Se emplea para lograr volúmenes reducidos de aire comprimido. Introduce aire en un recinto cilíndrico a través de una válvula de admisión, lo comprime mediante un pistón y lo manda a la presión deseada a una tubería a través de una válvula de escape.
3. Acumulador, tuberías y elementos de mantenimiento
El acumulador de aire es un depósito que se instala a la salida del compresor para ir acumulando el aire comprimido producido por este.
Acumulador de aire
Utilidades:
- Estabilizan el caudal y la presión que produce el compresor.
- Evitan que el compresor esté constantemente funcionando, solo se pone en marcha para restablecer la presión en el acumulador.
- Enfrían el aire previamente recalentado.
El aire llega a los distintos elementos de un circuito mediante tuberías, que pueden ser rígidas o de latiguillos (tubos delgados y flexibles con una rosca en sentido inverso en cada extremo) con racores (piezas metálicas con roscas internas en sentido inverso para unir tuberías).
Las tuberías se diseñan para que por ellas circule el caudal deseado a la presión necesaria y con la menor pérdida de carga posible. La carga es la disminución de energía mecánica del aire que circula por una tubería, con la consiguiente disminución de presión.
Latiguillo con racores de latón
Las principales operaciones que hay que realizar con el aire utilizado en un circuito son la eliminación del vapor de agua, el filtrado de partículas y la adición de sustancias lubricantes, mediante los siguientes elementos de mantenimiento:
- Secador de aire: retira el vapor de agua contenido en el aire. Se enfría el aire mediante un sistema de refrigeración, el aire frío contiene menos vapor de agua.
- Filtros de partículas. Eliminan las partículas en suspensión arrastradas por el aire.
- Lubricantes. Aceites que se añaden pulverizados al aire comprimido para evitar los rozamientos que existen entre las piezas móviles.
4. Actuadores
Son elementos que realizan un trabajo utilizando el aire comprimido.
Clasificación:
- Lineales. Por ejemplo el cilindro neumático en el que la energía del aire comprimido se transforma en trabajo mecánico al desplazar objetos.
Partes de un cilindro neumático
Simplificación de un cilindro neumático
Pueden ser:
- De simple efecto. El aire desplaza el vástago en un solo sentido. Su retroceso se realiza mediante un muelle. Dispone de una sola toma de aire.
Cilindro de simple efecto de retorno por muelle
Símbolo del cilindro de simple efecto de retorno por muelle
- De doble efecto. El vástago se desplaza en los dos sentidos. Dispone de una toma de aire en cada cámara. Cuando el aire entre en una, la otra se pone a la presión atmosférica.
Cilindro de doble efecto
Símbolo del cilindro de doble efecto
- Motores neumáticos. Proporcionan un movimiento rotatorio constante. Un ejemplo es el motor de paletas: El aire entra por una parte y hace que giren las paletas, la herramienta se encuentra sujeta sobre el eje de giro. Se trata del motor neumático más utilizado, puede dar una potencia de hasta 20 CV y velocidades desde 3000 a 25000 rpm. Se usa en lijadoras y taladradoras. genera movimiento rotativo continuo.
Motor de paletas
5. Elementos de control en los circuitos neumáticos: las válvulas
Las válvulas controlan la llegada del aire a los distintos elementos del circuito neumático. Están formadas por un cuerpo metálico con tomas de aire y orificios de salida o purga. Un elemento móvil cierra el paso de los distintos conductos o abre otros.
Según la función que realizan se clasifican en:
- Reguladoras de presión: controlan la presión en un tramo del circuito. Es una válvula de seguridad.
- Reguladoras de caudal: regulan el caudal de aire de un circuito estrangulado (dificultar el paso de aire por un conducto) previamente.
- De bloqueo antirretorno: permiten el movimiento del aire en un sentido, pero no en el otro
- De bloqueo o simultaneidad: habilita el paso del aire a una salida si hay presión en dos entradas a la vez.
- Distribuidora válvula 3/2: con tres vías y 2 posiciones, se suele usar para controlar cilindros de simple efecto.
- Distribuidora válvula 5/2: con 5 vías y dos posiciones, se suele emplear para controlar cilindros de doble efecto.
6. Circuitos hidráulicos
La hidráulica estudia las fuerzas y los movimientos transmitidos o transformados mediante líquidos. Por los circuitos hidráulicos circulan generalmente aceites minerales muy estables que soportan los cambios de temperatura.
Diferencias entre circuitos hidráulicos y neumáticos:
- El aceite transmite mejor las fuerzas que el aire al ser muy poco comprensible
- La viscosidad es muy superior a la del aire y al overse el líquido por la tubería las pérdidas de energía por rozamiento (pérdidas de carga) son grandes. debido a ello los circuitos hidráulicos son cortos.
- En los circuitos hidráulicos, los movimientos producidos en los actuadores son generalmente lentos debido a la naturaleza del fluido que se desplaza.
Los circuitos hidráulicos tienen los mismos elementos de control y distribución son los mismos pero el compresor es sustituido por una bomba que impulsa el aceite a la presión deseada.
Principio de Pascal. La presión ejercida en punto de un fluido incomprensible se transmite con la misma intensidad y en todas las direcciones a cualquier punto del fluido Las aplicaciones másimportantendel principio de Pascal son los elevadores hidráulicos y los frenos hidráulicos:
Bomba hidráulica: es un componenetedel circuito hidráulico que suministra un caudal de fluido. Dispone de un orificio de entrada por donde llega el fluido y de un orificio de salida por el que sale a presión y de unos espacios denominados cámaras de bombeo donde se crea la presión. se usan para sacar agua de un pozo durante el riego, para mover el agua de una piscina o la de la calefacción de una casa.
Tipos de bombas según su funcionamiento:
- Rotativa de paletas: tiene un rotor excéntrico (está fuera del centro) que al girar modifica el volumen en las cámaras encerradas. Esto hace que el líquido sea aspirado por un conducto e impelido por otro consiguiendo un caudal uniforme.
- De engranajes: dispone de dos ruedas dentadas alojadas en el mismo compartimento que impulsan el líquido a girar. Proporciona un caudal uniforme.
- De émbolo: funciona mediante el movimiento de un pistón con una carrera de aspiración y otra de impulso del fluido. No proporciona un caudal uniforme.
El líquido impulsado por las bombas llega a los actuadores y es regulado y distribuido por las válvulas. El actuador es el que realiza el trabajo, son similares a los que se usan en neumática. Las vávulas realizan las mismas funciones que en el caso de las válvulas neumáticas.
FIN DE TEMA
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