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Tema 3

Neumática

1.- INTRODUCCIÓNLa Neumática es la técnica que se dedica al estudio y aplicaciones prácticas del aire comprimido realizadas mediante circuitos e instalaciones neumáticas

Las principales ventajas que tiene son:•Es una energía abundante, ya que disponemos de cantidades ilimitadas de aire.•Es de fácil transporte, mantenimiento, almacenamiento, manejo y utilización.

Y sus desventajas son:•Tratamiento del aire comprimido antes de su utilización.•Coste de las instalaciones.

La neumática se basa en utilizar el aire y comprimirlo por medio de una acción mecánica exterior hasta alcanzar una presión determinada, que siempre es superior a la atmosférica.

Definimos presión al cociente de la fuerza aplicada y la superficie sobre la que se aplica.

(P = F/S)

En neumática se utilizan a menudo las siguientes unidades:Pascal: unidad del S.I equivale a Nw/m2Bares (1Bar = 105 Pa)Atmósferas (1,019Atm = 1Bar)mm de Hg (1mm de Hg = 0,0013Bar)

Para medir la presión atmosférica se utilizan los barómetros. Para medir la presión del aire, los manómetros, que se encargan de medir la diferencia de presión entre aquella a la que, realmente, está sometido el aire y la presión atmosférica. A esta presión se le llama relativa o manométrica.

(P.Absoluta = P.manométrica + P.atm)

Otras leyes de los gases son:Ley de Boyle-Mariotte: a una temperatura constante y a una misma masa de gas, el producto de la presión y volumen es igual a una constante.

(P1 * V1 = P2 * V2)

barómetros manómetros

Ley de Gay Lussac: para una misma mas de gas y la presión constante, la relación de los volúmenes es igual a la de las temperaturas absolutas.

(V1 / V2 = T1 / T2)

2.- AIRE COMPRIMIDOLlamamos aire comprimido al aire tomado de la atmósfera, y encerrado a presión en un espacio sometido a una presión mayor que la presión atmosférica. Si después de comprimirlo, dejamos que se expanda, el aire realizará un trabajo.

A la cantidad de aire comprimido que circula a través de una sección por una unidad de tiempo, se le llama caudal (Q). (Caudal = Volumen/Tiempo = (Sección * Longitud) / Tiempo = Sección * Velocidad)

Q=V/t = A.l/t=A.v

El aire comprimido se obtiene por medio de compresores, donde el aire es comprimido en la cámara de compresión, mediante un pistón accionado por un motor, y enviado a un depósito, que dispone de una salida regulable de aire, la cual va conectada con el circuito de la instalación. Dicho depósito, lleva incorporado otra salida con el fin de eliminar el agua, que se genera por condensación.

Generalmente, todos los compresores disponen de una serie de dispositivos de seguridad y control, como son:Regulador de presión: se encarga de controlar la presión de trabajo del circuito neumático.Presostatos: se encargan de mantener la presión en el interior del depósito, conectando y desconectando la cámara de compresión, según proceda.Válvula de seguridad: se abre cuando la presión del depósito supera un determinado valor.

Existen dos tipos básicos de compresores:Volumétricos: en ellos el aire es reducido a in volumen inferior al que tenían. Los más habituales son los de pistón y los rotativos.Turbocompresores: el aire aumenta su velocidad de circulación, a través de varias cámaras impulsadas por paletas giratorias. Hay dos tipos: los radiares y los axiales

RefrigeradorA la salida del compresor, el aire puede llegar a alcanzar una temperatura de hasta 150ºC. La misión del refrigerador es disminuir esta temperatura hasta 25ºC y eliminar hasta el 80% del agua que contiene.

DEPÓSITO O ACUMULADOR:A la salida del refrigerador se encuentra el depósito, cuya misión es almacenar aire comprimido para suministrarlo en los momentos de mayor consumo.Un sensor de presión pone en marcha y para al compresor cuando la presión baja o sube, por debajo o por encima de un intervalo determinado.

3.-DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido generado por el compresor no es consumido directamente, sino que necesita un almacenamiento, distribución y tratamiento antes de su utilización.El aire se pasa, primeramente, por un separador que retiene la mayor parte del agua que contiene el aire en suspensión. Posteriormente, se acumula en un depósito y de ahí, Pasa a la red de distribución.

La red distributiva está compuesta por diversas tuberías de un diámetro adecuado, que conducen el aire con las menores pérdidas posibles. El material con el que suelen construirse los tubos son:Cobre. - Acero.Latón. - Plástico.

La red debe tener una pendiente del 2% al 3%, para conseguir la acumulación del agua condensada y, lograr así, su evacuación por un orificio de purga. La red de distribución debe de ser cerrada, siempre, con el fin, de que la presión de servicio, sea ,lo más estable posible.

4.- UNIDAD DE ACONDICIONAMIENTOPara evitar posibles averías de los diferentes elementos de la instalación, se debe acondicionar. Para ello, se utiliza una unidad de acondicionamiento, que sirve para establecer y mantener una presión de alimentación, lo más regular posible.Dichas unidades constan de tres partes fundamentales:

Filtro: su función consiste en liberar el aire comprimido de todas las impurezas y el vapor de agua que lleva en suspensión.Regulador de presión: su misión es establecer y mantener la presión de trabajo lo más estable posible.Lubricador: los elementos neumáticos, al tener piezas móviles, debe recibir una pequeña dosis de aceite, para su lubricación constante.

5.- COMPONENTES DE UN CIRCUITO NEUMÁTICOUn circuito neumático está formado por los siguientes

elementos:1.-Generador de aire comprimido.2.-Tuberías y conductos.Para conducir el aire se emplean tubos que pueden ser:a) Rígidos de cobre y acero. Se unen mediante soldadura

para proporcionar más estanquidadb) Flexibles: de nailon, PVC se emplean en las conexiones de

cuadros de mando y de elementos con movimiento

Un racor es un elemento de unión entre componentes de una instalación neumática que asegura la unión sin escapes de aire ( estanquidad) pueden ser:

a) Anillob) Rápidosc) Instantáneos

3.-Actuadores, es decir, los que transforman la presión del aire en trabajo. Tipos: a) cilindros. b) motores.

4.-Elementos de control: válvulas.

6.- CILINDROSSon tubos provistos de dos tapas que contienen en su interior un émbolo, unido a un vástago, que puede desplazarse en ambos sentidos por el interior del cilindro. Produce movimientos rectilíneos. La carrera es el espacio que avanza el vástago cuando el émbolo se desplaza de un extremo a otro del interior del cilindroLa fase o ciclo es el recorrido del émbolo desde la posición de partida hasta que regresa a la misma. Por tanto una fase o ciclo equivale a dos carreras (avance y retroceso)

Tipos de cilindros:Cilindros de simple efecto: están provistos de un muelle, de manera que el vástago vuelve a su posición de reposo cuando deja de llegar presión. Tiene un solo orificio de entrada.

Símbolo:

Pueden ser de émbolo o de membrana

Cilindros de doble efecto: tienen dos orificios, uno de entrada y otro de salida. No tienen muelle de retorno, por lo que su movimiento, en ambos sentidos, es accionado por el aire comprimido.

Entra aireSale aireEntra aireSale aire

7.- VálvulasSon dispositivos de mando que dirigen el aire comprimido hacia los elementos de trabajo. Controlando su funcionamientoHay 3 tipos de válvulas1.- Distribuidoras o de víasDirige el aire comprimido hacia los elementos de trabajo

Se representan mediante símbolos que muestran la función que realizan. Los símbolos empleados se caracterizan por:Cada posición de funcionamiento se representa por un cuadrado. Dentro de los cuadrados se dibujan líneas con flechas que indican la dirección de circulación del aireLas conexiones ( entrada y salida ) se representan mediante líneas unidas al cuadrado de la posición de reposo o inicialEl símbolo T representa un conducto tapado

.

El accionamiento de válvulas distribuidoras se efectúan mediante dispositivos manuales , neumáticos , mecánicos o eléctricos ( simbología libro pg 86)

.

Las más frecuentes son

Válvula 3/2: Una de sus principales aplicaciones espermitir la circulación de aire hasta un cilindro desimple efecto, así como su evacuación cuando dejade estar activado

Se trata de una válvula activa por un pulsador y retornopor un muelle. En estado de reposo, permite que elaire pase del terminal 2 hasta el 3 y que no puedaentrar por el 1. Cuando la activamos, el aire puedepasar del terminal 1 al 2 y no puede pasar por el 3.

Válvula 5/2: Una de sus principales aplicaciones escontrolar los cilindros de doble efecto. Se trata de una válvula activa por un pulsador y retorno por muelle. En estado de reposo, permite la circulación de aire entre los terminales 4 y 5, y entre 1 y 2, el terminal 3 está bloqueado. Cuando la activamos, permite la circulación de aire entre los terminales 1 y 4, y entre 2 y 3, ahora el terminal 5 se encuentra bloqueado

Cómo se nombran las válvulas1º· Número de Vías, es decir de orificios que presenta la válvula

1

32

En este ejemplo 3 VÍAS

2º· Número de Posiciones

En este caso 2 POSICIONES

3º· Accionamiento

En este caso por BOTÓN

4º· Retroceso

En este caso por MUELLE

5º· Nombre: Válvula 3/2 Botón/Muelle

6º· En ocasiones también se indica la posición normal, es decir aquella en la que se encuentra la válvula cuando no la hemos accionado.

En la de arriba, cuando está sin accionar, el aire no pasa, por lo que se llama Normalmente Cerrada, N/C. En la de abajo pasa lo contrario, por tanto es Normalmente Abierta, N/A.

Válvula 3/2 N/C Botón/Muelle

Ejemplos

2

1 3

4 2

5

1

3

2

1

2

1 3

3/2 N/C Palanca/Muelle

3/2 N/C Pilotaje neumático/Muelle

5/3 N/C Palanca con enclavamiento

2/2 Botón

4/2 Relé/muelle4 2

1 3

2.-Válvulas de bloqueoCortan el paso del aire comprimido en un sentido y

permite que circula en el sentido contrario. Las más frecuentes son:

a) Válvulas antirretornoFuncionan desplazando el dispositivo de cierre , que vence

la resistencia de un muelle. Al cesar la fuerza, el dispositivo de cierre vuelve impedir el paso del aire. Las válvulas de las ruedas de la bicicleta o de seguridad de una olla

b) Válvulas selectoras (OR)

Tienen dos entradas y una salida . Al recibir aire por una entrada, el elemento móvil de su interior se desplaza , cierra la otra y el aire pasa a la salida. Si recibe aire por las dos entrada al mismo tiempo , la salida se bloquea

c) Válvula de simultaneidad o ANDsólo permite pasar el aire a la salida cuando hay aire conpresión por las dos entradas a la vez. Se utiliza para hacer circuitos de seguridad, el cilindro sólo seactivará cuando existe presión en las dos entradas

3.- Válvulas de flujo o reguladoras de caudal

Controlan la cantidad de aire comprimido que circula

También se conocen como válvulas de estrangulación y nos permiten regular la velocidad de los cilindros

Ejemplo de un circuito neumático:

Ejemplo :Explica cómo funciona este circuito

Para explicarlo daremos siempre tres pasos:1º NOMBRAR CADA ELEMENTO DEL CIRCUITOEmpezaremos por los receptores, en este caso: CILINDRO DE SIMPLE EFECTO, RETORNADO POR MUELLEDespués las válvulas “distribuidoras”, en el ejemplo: 3/2 BOTÓN/MUELLEPor último el resto de elementos, en nuestro ejemplo: REGULADOR DE CAUDAL2º EXPLICAR LO QUE SUCEDE, EN EL INSTANTE INICIAL (t=0)El instante inicial, es el que muestra el dibujo, cuando no hemos actuado sobre ningún elemento del circuito.En nuestro ejemplo, en el instante inicial, el aire que viene del compresor intenta pasar por la válvula 3/2, y no pasa, por tanto NO entra aire en el cilindro y este permanece recogido.

2

1 3

100%

3º EXPLICAR LO QUE SUCEDE AL MODIFICAR LAS VÁLVULAS SOBRE LAS QUE PODEMOS ACTUAREn nuestro ejemplo, sólo hay un pulsador, por tanto, cuando no está pulsado ocurre lo descrito en el paso 2.Cuando pulsamos el botón, el aire que entra en la válvula puede pasar, al pasar entra en el cilindro y este sale.La velocidad de salida del cilindro dependerá de lo abierto que esté el regulador.

2

1 3

100%

8.-APLICACIONES DE LA NEUMÁTICAEntre las aplicaciones más importantes, tenemos:Apertura y cierre de puertas: se emplean en los autobuses y trenes. La apertura se consigue proporcionando aire comprimido a un cilindro que, a su vez, desplaza cierto mecanismo, consiguiéndose la apertura. Para cerrar la puerta, se deja escapar el aire y la puerta vuelve a su posición inicial.Herramientas: muy utilizado en taladros, perforadoras, martillos, remachadoras, etc.Construcción de automóviles: en la fijación de los paneles de las carrocerías.En agricultura y en instalaciones ganaderas: muy utilizado en la distribución de pienso, en el pesado de ganado, ventilación de invernaderos, etc.

En las minas de carbón: fundamental para asegurar la ventilación necesaria en los túneles y galerías.Empujar y levantar cargas pesadas en cadenas de montaje.En el dentista: con dos funciones, alimentar el motor del torno, y, para aspirar los residuos generados en la intervención.Prensa neumática.Accionamientos articulados: se utilizan palancas y brazos articulados, para transformar la dirección del movimiento y multiplicar así el esfuerzo realizado, basándose en la ley de la palanca.

9.- ENERGÍA HIDRAÚLICA

Es la que proporcionan líquidos sometidos a presión que sirven como medio para la transmisión de fuerzasSe basa en 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.

Como aplicación podemos ver como dos pistones unidos mediante un fluido encerrado, si le aplicamos una fuerza (F1) a uno de ellos, se transmite la presión hasta el otro, y produce una fuerza (F2) en el segundo.

Las ecuaciones que rigen este principio son:P = F1/S1 y P = F2/S2Donde: P = presión, F = fuerza, S = superficie.Por lo que podemos ponerF1/S1 =F2/S2otra forma de expresarlo es:F1*S2 = F2 * S1

Ejemplo:Disponemos de dos pistones unidos por una tubería de secciones S1= 10 mm2 y S2 = 40 mm2. Si necesitamos levantar un objeto con una fuerza F2=40 N sobre el pistón segundo. ¿Cuál será la fuerza F1, que debemos realizar sobre el pistón primero?F1/S1 =F2/S2

F1=(F2xS1)/S2

F1= (40Nx10mm2)/40mm2= 10N

El fluido que normalmente se utiliza es aceite y lossistemas se llaman oleohidráulicos.

Las ventajas de la oleohidráulica son:-Permite trabajar con elevados niveles de fuerza -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

•El fluido es más caro.

•Se producen perdidas de carga.

•Es necesario personal especializado para la

•El fluido es muy sensible a la contaminación.

10.- PRODUCCIÓN DE ENERGÍA HIDRAÚLICA

La energía hidráulica se produce mediante un grupo hidráulico que contiene los siguientes elementos( pg 69):

a) motor. Es el elemento que genera movimiento a la bomba

b) Válvula de seguridad o limitadora de presión: regula la presión de trabajo y descarga de aceite el tanque ciando se supera el límite

c) Manómetro : mide la presión de salida

d) Filtro: tiene la función de eliminar las pequeñas partículas o impurezas que se encuentran dentro del aceitee) Depósito o tanque de aceite: Recipiente que contiene el aceite que entra y sale en el circuito

f) Bomba hidráulica:

Dispositivo que impulsa el aceite, transformando la energía mecánica en hidráulica. Tres tipos principalmente:

1.- De engranajes: impulsa el aceite entre los dientes de dos ruedas dentadas acopladas

2.- De paletas. Impulsa el aceite con el mismo principio de funcionamiento de los compresores de émbolo rotativo celular

3.- De pistones: funciona según el principio de un émbolo que se mueve alternativamente en el interior de un cilindro, aspirando el aceite al retroceder e impulsándolo al avanzar

11.- CONDUCCIONES Y CONEXIONES HIDRÁULICAS:

En las instalaciones hidráulicas para conducir el aceite hasta los puntos de utilización se usan diferentes tubos:

a) Tubos de acero: se usan en las partes de la instalación que no van a sufrir modificaciones

b) Mangueras: son tubos flexibles fabricados con caucho para soportar presiones elevadas. Se emplean en las conexiones de cuadros de mando y de elementos sujetos a movimiento

c) Conexiones. Mediante racores que pueden ser de dos tipos:

Acoplamiento de anillo: el anillo se coloca en el tubo y es presionado entre un tornillo y una tuerca, que lo deforman para conseguir una estanquidad completa

Racor de conexión rápida: no se atornilla, sino que se conecta haciendo una ligera presión hacia atrás sobre un anillo móvil, mientras se conecta el tubo flexible con la base de la conexión hidráulica

12.- CIRCUITOS HIDRÁULICOS

Es un conjunto de elementos que se utilizan para controlar la transmisión de fuerzas que tiene lugar en un líquido sometido a presión

Los elementos principales son de trabajo (cilindros) y de mando (válvulas)

12.1 Cilindrosa) Cilindros de simple efecto: realizan el

retroceso impulsados por un muelle

b) Cilindros de doble efecto: que pueden llevar émbolo amortiguador y válvulas de regulación de la salida de aceite para amortiguar los choques del émbolo en las culatas

12.2 Las válvulas que se emplean son de dos tipos:

a) válvulas reguladoras: regulan el caudal y la presión del líquido que circula por el circuito: permiten el paso del aceite en un sentido y lo bloquean en el otro. Pueden ser antirretorno, reguladoras de caudal o limitadoras de presión

Válvulas distribuidoras: son dispositivos de mando que dirigen el aceite hacia los elementos de trabajo. Las fugas de aceite por las juntas se recogen y se envían la tanque a través de conductos.

Existen válvulas 2/2, 3/2, 4/2 o 4/3