CONTENIDOS DE NEUMÁTICA E HIDRAULICAsalesianostalca.cl/files/en11---sistemas-de-neumaticos-e... · contenidos de neumÁtica e hidraulica contenido : neumatica e hidraulica aplicada

CONTENIDOS DE NEUMÁTICA E HIDRAULICA

CONTENIDO : NEUMATICA E HIDRAULICA APLICADAPROFESOR : JORGE A. NAVARRO. GARRIDO.ESPECIALIDAD : ELECTRONICA

TALCA-2009

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EDUCAR PARA CRECER 2008

Exposición del tema

La técnica neumática admite una infinidad de aplicaciones en el campo de laindustria, especialmente en los trabajos de fijación de piezas, bloqueo de órganos,alimentación de máquinas y movimientos lineales que no requieran velocidades deactuación rigurosamente constantes.

No obstante, existe una limitación tecnológica en los esfuerzos admisibles en loselementos de trabajo, no deben superar los 3000 Kgf que puede evitarse en parte conla adición de mecanismos(palancas, engranajes) complementarios.

SISTEMA DE TRANSMISION DE POTENCIA CON FLUIDOS A PRESION

MOTORTERMICO OELECTRICO

SISTEMA DETRANSMISION

OLEOHIDRAULICOO NEUMATICO

HERRAMIENTADE TRABAJO

COMPARACION ENTRE SISTEMAS NEUMATICOS Y OLEOHIDRAULICOS

CARACTERISTICAS OLEOHIDRAULICA NEUMATICA

EtimologíaOleo: AceiteHidro: AguaAulos: Tubo

Pneuma: Soplo, Aire

Fluido Aceite a presión Aire comprimidoCaracterísticas del fluido Incompresible CompresiblePrimeras aplic. Industriales Inicios del siglo XX Mediados del siglo XXPresiones 70 a 200 (bar) 4 a 10 (bar)Fuerzas 1 a 100 (ton) 0 a 3 (ton)Velocidades lineales 0 a 6 (m/min) 2 a 90 (m/min)

Campo de aplicación Grandes fuerzas y por logeneral mov. lentos

Pequeñas fuerzas y por logeneral mov. rápidos

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DESCOMPOSICION TECNOLOGICA DE UNA CADENA DE MANDO YENERGIA

Básicamente, un sistema de transmisión de energía (o potencia), se puedeestructurar en tres zonas:

SALIDA DE ENERGIA

TRATAMIENTO Y REGULACION DE LA ENERGIA

GENERACION DE ENERGIA

Donde:

• En la zona de Generación de energía, se encuentran todos aquellos dispositivosrelacionados con la producción de potencia.

• En la zona del Tratamiento y Regulación se encuentran los elementos donde seproduce el tratamiento y modificación de parámetros, necesarios para la obtenciónde las respuestas esperadas.

• En la zona de Salida de la energía se encuentran los actuadores u órganos detrabajo, los que transforman la energía tratada por el sistema en un trabajo útil.

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Asociando esta estructura a un sistema de transmisión de potencia fluida,particularmente en los sistema oleohidráulico y neumático, se pueden identificar lossiguientes elementos dentro de la cadena de descomposición tecnológica:

DESCOMPOSICION TECNOLOGICA DE UNA CADENA DE MANDO Y ENERGIA DEUN SISTEMA NEUMATICO

CADENA DE EJEMPLO DE EJEMPLO DE ENERGIA GRUPO COMPONENTE

SALIDA DE LAENERGIA

ACTUADORESLINEALES

CILINDRO DE DOBLEEFECTO

REGULACION DE LAENERGIA

VALVULA DECONTROL

DE CAUDALV.R.C.

DISTRIBUCION DELA ENERGIA

VALVULA DECONTROL

DIRECCIONAL

VALVULADISTRIBUIDORA DE

POTENCIA

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INTRODUCCION DEINFORMACION

VALVULA DECONTROL

DIRECCIONAL

VALVULADISTRIBUIDORA DE

CONTROL

TRATAMIENTO YREGULACION DE

LA ENERGIA

UNIDAD DEACONDICIONAMIENTO

DE AIRE

FILTROREGULADORLUBRICADOR

ENTRADA DE LAENERGIA

DISPOSITIVOS DEGENERACION

DE AIRE COMPRIMIDO

GRUPOCOMPRESOR

Preparación del aire comprimido

Para garantizar la fiabilidad de un mando neumático es necesario que el airealimentado al sistema tenga un nivel de calidad suficiente. Ello implica considerar lossiguientes factores:♦ Presión correcta♦ Aire seco♦ Aire limpio

Si no se acatan estas condiciones, es posible que se originen tiempos másprolongados de inactivación de las máquinas y, además, aumentarán los costos deservicio.

El aire que no ha sido acondicionado debidamente provoca un aumento de lacantidad de fallos y, en consecuencia, disminuye la vida útil de los sistemasneumáticos. Esta circunstancia se manifiesta de las siguientes maneras:♦ Aumento del desgaste de juntas y de piezas móviles de válvulas y cilindros

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♦ Válvulas impregnadas de aceite♦ Suciedad en los silenciadores♦ Corrosión en tubos, válvulas, cilindros y otros componentes♦ Lavado de la lubricación de los componentes móviles

Fig.Nº1.-Tipos de compresores

Acumulador

Para estabilizar el aire comprimido se coloca adicionalmente al compresor unacumulador. El acumulador equilibra las oscilaciones de la presión al extraer airecomprimido del sistema. Si en el acumulador cae la presión por debajo de undeterminado valor, entonces el compresor lo llenará hasta alcanzar el valor superior depresión ajustado. Esto tiene la ventaja de que el compresor no tiene que trabajar enfuncionamiento continuo.

La superficie relativamente grande del acumulador provoca un enfriamiento del aire

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contenido en él. Durante este proceso de enfriamiento se condensa agua que debe serpurgada regularmente a través de un grifo.

Fig.Nº2.-AcumuladorSecado del aire

El aire comprimido con un contenido demasiado elevado de humedad reduce lavida útil de los sistemas neumáticos. En consecuencia es necesario instalar secadoresde aire con el fin de reducir el contenido de humedad del aire. Para secar el aire puederecurrirse a alguno de los siguientes métodos:

• Secador por enfriamiento• Secado por adsorción• Secado por absorción

Los costos adicionales ocasionados por la instalación de un secador de aire sonrápidamente amortizados debido a la disminución de los costos de mantenimiento, portiempos de inactividad menores y por la mayor fiabilidad del sistema.

El secador usado con más frecuencia es el secador por enfriamiento. En él, elaire que circula es enfriado en un intercambiador térmico. La humedad contenida en el

aire es segregada y recogida en un recipiente.

Fig.Nº3.-Secado por enfriamiento

Adsorción: Depósito de materias en la superficie de cuerpos sólidos.

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El agente secador, también denominado gel secador, es un granulado compuestoprincipalmente de óxido de silicio.Siempre se utilizan dos unidades de adsorción.

Fig.Nº4.-Secado por adsorción

Absorción:

Una materia gaseiforme es fijada por una materia sólida o líquida. El proceso de secado por absorción es un método químico que es utilizado muypocas veces a raíz de los elevados costos de servicio.

Primero, el aire a presión es guiado a través de un filtro para retirar la mayorcantidad de gotas de agua y de aceite posible. Cuando el aire entra en el secador, essometido a un movimiento rotativo al atravesar la cámara de secado, la cual contiene unagente de fundición (masa de secado).Después del secador debe preverse un filtro para captar el polvo arrastrado del agentede absorción.

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Fig.Nº5.-Secado por absorción

Distribución del aire

Para que la distribución del aire sea fiable y no cause problemas, es recomen-dable acatar una serie de puntos. Entre ellos, las dimensiones correctas del sistema detuberías son tan importantes como la elección correcta de los materiales, de laresistencia al caudal del aire, así como la configuración del sistema de tuberías y laejecución de los trabajos de mantenimiento.

En todos los conductos se producen pérdidas de presión a raíz de resistencias alflujo, especialmente en zonas de estrechamiento, en ángulos, bifurcaciones yconexiones de tubos. Estas pérdidas tienen que ser compensadas por el compresor. Ladisminución de presión en todo el sistema debería ser la mínima posible.

Materiales de las tuberías

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Los sistemas neumáticos modernos exigen la instalación de tubos que cumplancon determinadas condiciones. Concretamente, los materiales tienen que cumplir con losiguiente♦ Bajo nivel de pérdida de presión♦ Estanqueidad♦ Resistencia a la corrosión♦ Posibilidad de ampliación

En lo que respecta al uso de materiales de plástico, no solo tiene que tomarse encuenta sus precios, sino que también cabe anotar que con ellos los costos deinstalación son más bajos. Los tubos de plástico pueden unirse al 100% deestanqueidad. Además, las redes de tuberías de plástico pueden ampliarse fácilmente.

Las tuberías de cobre o de acero, por lo contrario, son más baratas, pero paraunirlas hay que soldarlas o utilizar conexiones roscadas. Si estos trabajos no sonllevados a cabo de modo esmerado, bien puede suceder que el sistema seacontaminado con virutas, residuos de soldadura, depósitos de partículas o de materialesde juntas.

Fig.Nº6.-Sistema de abastecimiento del aire

La configuración de la red de tuberías es de gran importancia para el funciona-miento económico del sistema, aparte de escoger las dimensiones correctas de lostubos y de optar por una buena calidad de los materiales empleados. El compresorsuministra al sistema aire a presión en ciertos intervalos. Por lo tanto es frecuente queel consumo de aire a presión aumente solo durante un breve plazo. Esta circunstanciapuede provocar condiciones desfavorables en la red de aire a presión. Por lo tanto esrecomendable instalar un circuito anular principal de aire a presión, ya que de ese modose obtiene un nivel de presión relativamente constante.

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Fig.Nº7.-Circuito anular

Para efectuar trabajos de mantenimiento, de reparación y de ampliación de la redsin interferir en la alimentación del aire a presión, es aconsejable segmentar la red porpartes individuales.

Con ese fin deberán instalarse bifurcaciones con conexiones en T y colectorescon acoplamientos enchufables. Los conductos de bifurcación deberían estar equipadoscon válvulas de cierre o con válvulas de bola tipo estándar.

Fig.Nº8.-Red múltiple

Aunque el sistema de evacuación de aire del sistema generador de presión seaeficiente, siempre puede haber residuos de condensado en el sistema de tuberíasdebido a caídas de presión o de la temperatura exterior. Para evacuar ese condensado,todo el sistema debería tener una inclinación de 1 hasta 2% en dirección del flujo deaire. Los puntos de evacuación también pueden instalarse escalonadamente. De estaforma, el condensado puede ser evacuado en los puntos respectivamente más bajos através de un separador de agua.

Unidad de mantenimiento

Las distintas funciones del acondicionamiento del aire a presión, filtrar, regular , ylubricar pueden llevarse a cabo con elementos individuales. A menudo estas funcionesse han unido en una unidad operativa, la unidad de mantenimiento. Dicha unidad esantepuesta a todas las instalaciones neumáticas.

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Por lo general la lubricación de aire a presión ya no es necesaria en lasinstalaciones modernas. Solo debería aplicarse puntualmente, sobre todo en la secciónde potencia de una instalación. El aire comprimido en la sección de mando no deberíalubricarse.

El abastecimiento de aire a presión de buena calidad en un sistema neumáticodepende en gran medida del filtro que se elija. El parámetro característico de los filtroses la amplitud de los poros. Dicho parámetro determina el tamaño mínimo de laspartículas que pueden ser retenidas en el filtro.

Fig.Nº9.-Filtro de aire a presión

El aire a presión que entra en el filtro choca con un disco en espiral, por lo que seproduce un movimiento rotativo, La fuerza centrifuga tiene como consecuencia laseparación de partículas de agua y de substancias sólidas, que se depositan en lapared interior del filtro, desde donde son evacuadas hacia un depósito. El aireacondicionado de esta manera atraviesa el filtro, en el que son separadas las partículasde suciedad restantes que tengan dimensiones superiores a los tamaños de los poros.Los filtros normales tienen poros con dimensiones que oscilan entre 5 um y 40 um.

Los filtros tienen que ser sustituidos después de cierto tiempo, ya que laspartículas de suciedad pueden obturarlos. Si bien es cierto que el efecto de filtración semantiene incluso si el filtro está sucio, cabe tener en cuenta que un filtro sucio significauna resistencia mayor al flujo del aire. En consecuencia se produce una mayor caída depresión en el filtro.

Regulador de presión

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El nivel de la presión del aire comprimido generado por el compresor no esconstante. Las oscilaciones de la presión en las tuberías puede incidir negativamenteen las características de conmutación de las válvulas, en la velocidad de los cilindros yen la regulación del tiempo de válvulas de estrangulación y de retardo.

En consecuencia, es importante que la presión del aire sea constante para que elequipo neumático no ocasione problemas. Para obtener un nivel constante de lapresión del aire se instalan reguladores de presión en la red de aire a presión con el finde procurar la uniformidad de la presión en el sistema de alimentación de airecomprimido (presión secundaria), independientemente de las oscilaciones que surjan enel circuito principal (presión primaria).

Fig.Nº10.-Válvula reguladora de presión

La presión de entrada (presión primaria) siempre tiene que ser mayor que lapresión de salida (presión secundada) en la válvula reguladora de presión. La presiónes regulada mediante una membrana. La presión de salida actúa sobre uno de loslados de la membrana, mientras que por el otro lado actúa un muelle. La fuerza delmuelle puede ajustarse mediante un tornillo.

Si la presión aumenta en el circuito secundario, por ejemplo al producirse uncambio de cargas en un cilindro, la membrana es presionada contra el muelle, con loque disminuye o se cierra el diámetro del escape en el asiento de la válvula. El asientode la válvula abre y el aire a presión puede salir a través de los taladros de evacuación.

Si disminuye la presión en el circuito secundario, el muelle se encarga de abrir laválvula. En consecuencia, la regulación de la presión de aire en función de una presiónde trabajo ajustada con antelación significa que el asiento de la válvula abre y cierraconstantemente por efecto del volumen de aire que pasa a través de ella. La presión detrabajo es indicada en un instrumento de medición.

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Lubricación del aire a presión

En términos generales, no debería lubricarse el aire a presión. No obstante, si laspartes móviles de válvulas y cilindros requiriesen de lubricación, deberá enriquecerse elaire a presión constantemente con una cantidad suficiente de aceite.

La lubricación del aire a presión debería siempre limitarse tan solo a lossegmentos del sistema que necesiten lubricación. El aceite que pasa del compresor alaire a presión no es apropiado para la lubricación de elementos neumáticos.

Fig.Nº11.-Lubricador de aire a presión

El aire a presión debería contener aceite de lubricación en los siguientes casos:♦ Necesidad de operar con movimientos extremadamente veloces♦ Uso de cilindros de grandes diámetros (En este caso, es recomendable instalar la

unidad de lubricación inmediatamente antes del cilindro)Si la lubricación es demasiado copiosa, pueden surgir los siguientes problemas:♦ Funcionamiento deficiente de elementos♦ Mayor contaminación del medio ambiente♦ Agarrotamiento de elementos después de períodos de inactivación

prolongados

Mantenimiento de la unidad

El aceite segregado por el compresor no puede utilizarse como lubricante paralos elementos neumáticos. Este aceite se quema o se evapora debido al calor generado

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por el compresor. En consecuencia tendría un efecto abrasivo en los cilindros yválvulas, con lo que el rendimiento de estos elementos se vería afectado seriamente.

Los depósitos de aceite en las paredes interiores de las tuberías de alimentaciónrepresentan otro problema que deberá tenerse en cuenta al realizar los trabajos demantenimiento de sistemas que funcionan con aire a presión lubricado. Estos depósitosde aceite pueden ser absorbidos incontroladamente por la corriente de aire, con lo queaumentaría el grado de suciedad del aire a presión.

Resumiendo, deberían tenerse en cuenta los siguientes aspectos:♦ No permitir que el aceite proveniente del compresor pase a la red del aire a presión

(instalación de un separador de aceite).♦ Instalar exclusivamente elementos que también puedan funcionar sin aire lubricado.♦ Una vez que un sistema ha funcionado con aceite, deberá seguir funcionando con

aire lubricado ya que los elementos pierden su lubricación de fábrica en eltranscurso del tiempo a causa del aceite agregado al aire.

Fig.Nº12.-Unidad de mantenimiento (FRL)Mantenimiento que deberá efectuarse con regularidad:

Filtro de aire:Controlar regularmente el nivel del condensado, puesto que de ningún modo

deberá permitirse que suba del nivel máximo. Si el nivel es superior al nivel máximo,es posible que el condensado sea aspirado hacia las tuberías de aire a presión.Además, deberá revisarse el grado de suciedad del cartucho del filtro y, si fuesenecesario, deberán efectuarse los trabajos de limpieza correspondientes o proceder asu sustitución.

Regulador de aire a presión:El regulador no precisa de mantenimiento, siempre y cuando se haya instalado

delante de él un filtro de aire.

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Lubricador de aire a presión:En este caso también es necesario controlar el nivel y, de ser necesario, rellenar

aceite. Solo podrán utilizarse aceites minerales. Los filtros de plástico y los vasos nodeberán limpiarse con disolventes.

Fig.13.-Unidad de mantenimiento:(Símbolos)

Actuadores neumáticos

Un actuador o elemento de trabajo transforma la energía en trabajo. La señal desalida es controlada por el mando y el actuador reacciona a dicha señal por acción delos elementos de maniobra. Los actuadores neumáticos pueden clasificarse en dos grupos según elmovimiento, si es lineal o giratorio:

Movimiento rectilíneo(movimiento lineal)♦ Cilindro de simple efecto♦ Cilindro de doble efecto

Movimiento giratorio

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♦ Motor neumático♦ Actuador giratorio♦ Accionamiento oscilante

Cilindros de simple efecto

Cilindro de simple efecto, retorno por muelle

Los cilindros de simple efecto reciben aire a presión sólo en un lado. Estoscilindros sólo pueden ejecutar el trabajo en un sentido. El retroceso está a cargo de unmuelle incluido en el cilindro o se produce por el efecto de una carga externa. La fuerzadel muelle hace retroceder el vástago del cilindro a suficiente velocidad, pero sin que elcilindro pueda soportar una carga

Fig.Nº14.-Cilindro de simple efectoEn los cilindros de simple efecto con muelle de reposición, la carrera está

definida por la longitud del muelle. en consecuencia, los cilindros de simple efectotienen una longitud máxima de aproximadamente 80 mm.

Por su diseño, los cilindros de simple efecto pueden ejecutar diversas funcionesde movimientos denominados de alimentación, tales como los que se mencionan acontinuación:

♦ Entregar♦ Bifurcar♦ Juntar♦ Accionar♦ Fijar♦ Expulsar

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Los cilindros de simple efecto están equipados con una junta simple en el émbolo,en el lado sometido a presión. La estanqueidad de los cilindros de metal o plástico selogra utilizando un material flexible (Perbunán). Los bordes de la junta se deslizan a lolargo de la camisa del cilindro cuando éste ejecuta los movimientos.

Los cilindros de simple efecto también pueden ser de los siguientes tipos:

♦ Cilindros de membrana .♦ Cilindros de membrana enrollable

Cilindro de simple efecto, de membrana

En los cilindros de membrana, una membrana de goma, de plástico o de metalhace las veces de émbolo. El vástago está fijado en el centro de la membrana. Estoscilindros de carrera corta son utilizados para ejecutar trabajos de fijación, prensado yelevación.

Fig.Nº15.-Cilindro de membrana

Cilindros de doble efecto

El diseño de estos cilindros es similar al de los cilindros de simple efecto. Noobstante, los cilindros de doble efecto no llevan muelle de reposición y, además, las dosconexiones son utilizadas correspondientemente para la alimentación y la evacuacióndel aire a presión. Los cilindros de doble efecto ofrecen la ventaja de poder ejecutartrabajos en ambos sentidos. Se trata, por lo tanto, de cilindros sumamente versátiles. Lafuerza ejercida sobre el vástago es algo mayor en el movimiento de avance que en elde retroceso porque la superficie en el lado del émbolo es más grande que en el ladodel vástago.

Los cilindros de doble efecto tienen las siguientes aplicaciones y su desarrollomanifiesta tener las siguientes tendencias:

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♦ Detección sin contacto - Utilización de imanes en el lado del vástago para activarcontactos

♦ Frenado de cargas pesadas♦ Uso de cilindros sin vástago en espacios reducidos♦ Uso de materiales diferentes, como por ejemplo plástico♦ Recubrimiento protector contra daños ocasionados por el medio ambiente (por

ejemplo, recubrimiento resistente a los ácidos)♦ Mayor resistencia♦ Aplicaciones en la robótica con características especiales, tales como vástagos

huecos para uso de ventosas.

Fig.Nº16.-Cilindro de doble efecto

Cilindro de doble efecto con amortiguación

Si un cilindro tiene la función de mover grandes masas, los amortiguadores definal de carrera se encargan de evitar un golpe seco y, por tanto, un daño de loscilindros. Un émbolo amortiguador interrumpe la evacuación directa del aire haciaafuera

antes de que el cilindro llegue a su posición de final de carrera. En vez de ello, quedaabierta una salida pequeña que por lo general es regulable.

La velocidad del cilindro es reducida en la última parte del movimiento deretroceso. Deberá procurarse que los tornillos de ajuste nunca estén totalmentecerrados, ya que de lo contrario el vástago no podrá alcanzar su posición de final decarrera.

Si las fuerzas son muy elevadas y si la aceleración es considerable, deberánadoptarse medidas adicionales para solucionar el problema.Concretamente, pueden instalarse amortiguadores externos para aumentar el efecto defrenado.

Forma. correcta de frenar:♦ Cerrar completamente el tomillo de ajuste.

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♦ Abrir paulatinamente el tornillo de ajuste hasta que se alcance el valor deseado.

Fig.Nº17.-Cilindro de doble efecto con amortiguación en ambas carreras

Cilindro tandem

Se trata de un conjunto de dos cilindros de doble efecto. Su diseño y la aplica-ción simultánea de presión en ambos émbolos permite casi duplicar la fuerza delvástago. Este tipo de cilindro es utilizado en todos los casos en los que es necesariodisponer de una gran fuerza y no se dispone del espacio suficiente para un diámetrogrande del cilindro.

Fig.Nº18.-Cilindro tandem

Cilindro de doble efecto doble vástago

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Este cilindro tiene hacia ambos lados un vástago. El vástago es continuo. La guíadel vástago es mejor, ya que dispone de dos cojinetes. En ambos sentidos demovimiento la fuerza es igual de potente.

El vástago continuo puede ser hueco. De este modo puede aplicarse para elpaso de distintos medios, p.ej. aire a presión. También es posible una conexión devacío.

Fig.Nº19.-Cilindro de doble efecto y doble vástago

Cilindro multiposicional

El cilindro multiposicional está compuesto de dos o varios cilindros de dobleefecto. Los cilindros están unidos entre sí. Los distintos cilindros avanzan según laimpulsión de aire a presión que reciben. Con dos cilindros de distinta carrera seobtienen cuatro posiciones.

Fig.Nº20.-Cilindro multiposicional

Cilindro de impacto

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Las fuerzas de presión de los cilindros neumáticos está limitada. Un cilindro paraelevadas energías cinéticas es el cilindro de impacto. La elevada energía cinética sealcanza aumentando la velocidad del émbolo. La velocidad del émbolo del cilindro deimpacto está entre 7,5 m/s y 10 m/s. Pero la velocidad disminuye rápidamente en casode grandes recorridos. Por consiguiente, el cilindro de impacto no es apropiado paragrandes carreras.

Mediante la activación de una válvula se forma presión en la cámara A. Si elcilindro se mueve en dirección Z, queda libre toda la superficie del émbolo. Acontinuación el aire de la cámara A podrá circular rápidamente a través de la gransección transversal C. El émbolo es fuertemente acelerado.

Fig.Nº21.-Cilindro de impacto

Cilindro giratorioEn esta ejecución de cilindros de doble efecto el vástago dispone de un perfil

dentado. El vástago acciona una rueda dentada, de un movimiento lineal resulta unmovimiento giratorio. Los márgenes de giro son distintos, desde 45º, 90º, 180º, 270ºhasta 360º. El par de giro depende de la presión, la superficie del émbolo y latransmisión.

Fig.Nº22.-Cilindro giratorio

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Cilindros sin vástago

Para la construcción de cilindros sin vástago se aplican tres principios defuncionamiento distintos:

♦ Cilindro de cinta o de cable♦ Cilindro de cinta selladora con camisa ranurada♦ Cilindro con acoplamiento magnético del carro

En comparación con los cilindros de doble efecto habituales, los cilindros sinvástago ofrecen una longitud de montaje más corta. Se elimina el riesgo de torsión delvástago y el movimiento puede realizarse a lo largo de toda la longitud de carrera. Estetipo de cilindros es utilizado principalmente para carreras extremadamente largas dehasta 10 m. En la superficie del carro pueden montarse directamente diversos equipos,cargas y otros. La fuerza es la misma en ambos sentidos de movimiento.

Cilindro de cinta

En los cilindros de cinta la fuerza del émbolo es transmitida mediante una cintarotativa. Al salir de la cámara del émbolo la cinta pasa por una junta. En las culatas delos cilindros la cinta cambia de dirección a través de rodillos guías. Los separadores desuciedad evitarán que lleguen impurezas a través de las cintas a los rodillos guía.

Fig.Nº23.-Cilindro de cinta

Cilindro con acoplamiento magnético

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Este accionamiento lineal neumático de doble efecto está compuesto de unacamisa, un émbolo y un carro exterior móvil montado sobre el cilindro. El émbolo y elcarro exterior están provistos de imanes permanentes. La transmisión del movimientodel émbolo hacia el carro se efectúa con la misma fuerza mediante el acoplamientomagnético. En el momento en que el émbolo es sometido a presión, el carro sedesplaza de modo sincronizado en relación con el émbolo. La camisa del cilindro estáherméticamente cerrada en relación con el carro, puesto que entre los dos no existeconexión mecánica alguna. En consecuencia, tampoco es posible que se produzcanfugas.

Fig.Nº24.-Cilindro con acoplamiento magnético

Estructura de los cilindros

El cilindro está compuesto de una camisa, de las culatas del fondo y de cojinete,del émbolo con la junta (retén doble), del vástago, de los casquillos de cojinete, delanillo rascador, de las piezas de unión y de las juntas.

La camisa del cilindro (1) suele ser en la mayoría de los casos de una sola piezade acero estirado sin costura de soldadura. Las superficies interiores del cilindro suelenser sometidas a un proceso de mecanizado fino (bruñido) con el fin de aumentar la vidaútil de los elementos estanqueizantes. Para ciertas aplicaciones, la camisa del cilindrotambién puede ser de aluminio, de latón o de tubo de acero con superficie interiorcromada. Estas versiones especiales son utilizadas si se trata de cilindros que no sonaccionados con demasiada frecuencia o si están expuestos a corrosión.

Las culatas trasera (2) y delantera (3) suelen ser de material fundido (aluminio ofundición maleable). Las sujeciones de ambas culatas a la camisa del cilindro puedeefectuarse mediante barras, roscas o bridas.

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En la mayoría de los casos, el vástago (4) es de acero inoxidable. Las roscassuelen ser laminadas con el fin de disminuir el peligro de rotura.

Con el fin de estanqueizar el vástago, la culata correspondiente está provista deuna ranura anular (5). El vástago es guiado por el casquillo de cojinete (6), que es debronce sinterizado o de material plástico.

Delante del casquillo de cojinete está situado el anillo rascador (7), mediante elcual se evita que penetren partículas de polvo o de suciedad en la cámara del cilindro.En consecuencia no es necesario instalar un guardapolvos.Materiales utilizados en el retén (8):

Perbunán para -20ºC hasta + 80ºCVitón para -20ºC hasta + 150ºCTeflón para -80ºC hasta + 200ºC

Las juntas tóricas (9) se encargan de la estanqueidad estática.

Fig.Nº25.-Sección de un cilindro con doble amortiguación

HIDRÁULICA

Principios de la hidráulica.

Todas las máquinas de movimiento de tierras actuales, en mayor o menor medida,utilizan los sistemas hidráulicos para su funcionamiento; de ahí la importancia que estostienen en la configuración de los equipos y en su funcionamiento.Un sistema hidráulico constituye un método relativamente simple de aplicar grandesfuerzas que se pueden regular y dirigir de la forma más conveniente. Otras de lascaracterísticas de los sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todosistema hidráulico consta de unos cuantos componentes relativamente simples y sufuncionamiento es fácil de entender.Vamos a tratar de describir algunos principios de funcionamiento así como algunoscomponentes simples y la forma en que se combinan para formar un circuito hidráulico.

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Hay dos conceptos que tenemos que tener claros el de fuerza y el de presión. Fuerzaes toda acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de uncuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. La presión es el resultado dedividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo.De esto sale la formula de Presión = Fuerza/Superficie. P=F/SDe aquí podemos deducir que la Fuerza= Presión X Superficie; ySuperficie=Fuerza/Presión.La presión se mide generalmente en Kilogramos/Cm2.La hidráulica consiste en utilizar un líquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.Los líquidos tienen algunas características que los hacen ideales para esta función,como son las siguientes:

• Incompresibilidad. (Los líquidos no se pueden comprimir)• Movimiento libre de sus moléculas. (Los líquidos se adaptan a la superficie que

los contiene).• Viscosidad. (Resistencia que oponen las moléculas de los líquidos a deslizarse

unas sobre otras).• Densidad. (Relación entre el peso y el volumen de un líquido). D=P/V La

densidad patrón es la del agua que es 1, es decir un decímetro cúbico pesa unkilo.

El principio más importante de la hidráulica es el de Pascal que dice que la fuerzaejercida sobre un líquido se transmite en forma de presión sobre todo el volumen dellíquido y en todas direcciones.

Como ejemplo podemosllenar un tubo de agua y colocar dos tapones en los extremos, si golpeamos uno deellos, el otro saldrá disparado con la misma fuerza que le hemos aplicado al primero. Dela misma forma si en cada extremo del tubo colocamos dos cilindros hidráulicos igualesy empujamos uno de ellos con una determinada fuerza, el otro se moverá en sentidocontrario con la misma fuerza ejercida.Ahora bien si el segundo de los cilindros es el doble de grande que el primero, la fuerzaejercida en el primero se multiplicará en el segundo, de forma que por ejemplo si elprimero tiene una superficie de 5 Cm2 y ejercemos una fuerza de 10 Kg resulta unapresión de 0,5 Kg/Cm2 que transmitida al segundo en el supuesto de que tenga 100Cm2 de superficie X 0,5 Kg/Cm2 resultará una fuerza de 50 Kg.Por lo tanto además de poder transmitir la fuerza a cualquier punto, también podemosvariar la misma cambiando la superficie sobre la que es ejercida.Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el aceite por medio de unabomba conectada a un motor, se transmite a través de tuberías metálicas, conductos,latiguillos, etc. y se proyecta en cilindros hidráulicos, motores, etc.

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Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de aceite, una bomba que loimpulsa, una tubería que lo transmite y un cilindro que actúa.

La Hidráulica significa la creación de fuerzas y movimientos mediante fluidos sometidosa presión.

Los fluidos sometidos a presión son el medio para la transmisión de energía.

La gran cantidad de campos de aplicación es expresión de la importancia que asume laHidráulica en las modernas técnicas de automatización.

Las aplicaciones Hidráulicas son clasificadas básicamente en:

• Hidráulica estacionaria• Hidráulica móvil.

La Hidráulica móvil se caracteriza por el hecho de que las válvulas son accionadasgeneralmente de forma manual, en las aplicaciones móviles se producen movimientosya sea mediante ruedas o cadenas, tiene principalmente los siguientes campos deaplicación, maquinas para la construcción, sistema de elevación y transporte ymaquinas para la agricultura.

La Hidráulica estacionaria son fijas y no se producen desplazamientos y además suelenutilizarse electro válvulas, tiene principalmente los siguientes campos de aplicación,línea de transferencia, prensas, laminadoras y elevadoras.

Comparación de la Hidráulica con otros medios de accionamiento

Además de la hidráulica, existen otras tecnologías capaces de generar fuerzas,movimientos y señales en los sistemas de control:

• Mecánica

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• Electricidad• Neumática

Al respecto deberá tenerse en cuenta que cada tecnología tiene sus campos deaplicación idóneos.

Efectuando las comparaciones respectivas, constatamos que la hidráulica tiene lassgts ventajas:

• Posicionamiento exacto• Arranque desde cero con carga máxima• Trabajos y conmutaciones suaves• Buenas características de mando y regulación• Buena disipación del calor.

No obstante, la Hidráulica ofrece las siguientes desventajas en comparación con lasdemás tecnologías:

• Contaminación del entorno por fugas de aceite• Sensibilidad a la suciedad• Dependencia de la temperatura• Peligro ocasionados por las altas presiones• Grado limitado de rendimiento.

Bases físicas de la Hidráulica

Presión: la Hidráulica es la ciencia de las fuerzas y movimientos transmitidos porlíquidos. La Hidráulica es parte de hidromecánica. La hidromecánica reclasifica enhidrostática (efecto de fuerza como producto de presión por superficie) e hidrodinámica(efecto de fuerza como producto de masa por aceleración).

La presión hidrostática es la presión que surge en un liquido por efecto de la masaliquida y su altura:

Ps = h*p*g

Ps= Presión hidrostática (presión por gravedad) (Pa)

H = Altura de la columna del liquido (m)

P = Densidad del liquido (kg/m3)

G = Aceleración de la gravedad (m/s2).

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La presión hidrostática, o simplemente la presión es independiente de la forma delrecipiente y solo depende de la altura y la densidad de la columna del líquido.

Todo cuerpo ejerce una determinada presión sobre la superficie en la que se apoya. Lamagnitud de la presión depende de la fuerza del peso del cuerpo y de la superficie en laactúa dicha fuerza.

La siguiente formula expresa esta circunstancia:

p = F/A

P = Presión (Pa)

F = Fuerza (N)

A = Superficie (m2)

1Pa=1N/m2 1bar=100000N/m2

Modificando la formula, se obtienen las formulas de la fuerza (F) y de la superficie (A).

Propagación de la presión : Si una fuerza actúa sobre una superficie de un liquidocontenido en un recipiente cerrado, surge una presión que se extiende en todo elliquido (ley de pascal). En todos los puntos el sistema cerrado, la presión es la misma.

Debido al hecho que los sistemas hidráulicos trabajan a muy alta presión puededespreciarse la presión hidrostática. Por esta razón, al calcular la presión en los líquidossolo se recurre a la presión que es consecuencia de fuerzas externas.

En consecuencia, en las superficies actúa la misma presión. Esta presión se calcularonla misma formula que se aplica para cuerpos sólidos.

Caudal volumétrico

El caudal volumétrico es el volumen del liquido que fluye a través de un tubo en untiempo definido. Por ejemplo: si se necesita aprox. un minuto para llenar un cubo de 10litros con agua proveniente de un grifo, el caudal volumétrico en el grifo es de 10 L/min.

En hidráulica se emplea el símbolo Q para denominar el caudal volumétrico, para el quees valida la siguiente formula:

Q=V/t

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Q=caudal (m3/s)

V=volumen (m3)

T= tiempo(s)

De la fórmula para el caudal volumétrico pueden deducirse las siguientes ecuacionespara el volumen (v) o el tiempo (t):

V=Q*t

Energía y Potencia

El contenido energético de un sistema hidráulico esta compuesto de varias energíasparciales. Según la ley de mantenimiento de la energía, la energía total de un líquidoque fluye, siempre es constante a menos que se agregue o consuma energíaexternamente por efecto de trabajo. La energía total es la suma de las siguientesenergías parciales:

• Energía potencial• Energía de presión• Energía cinética• Energía térmica.

La energía potencial es la que posee un cuerpo si es elevado a una altura. En eseproceso de elevación se efectúa trabajo contra la gravedad. Esta energía potencial esutilizada en prensas con cilindros de grandes dimensiones para llenar rápidamente lacámara del cilindro y para crear una presión inicial para la bomba.

W = m*g*h

W=Trabajo (J)

M=masa del liquido

G=Gravedad (m/s2)

H=Altura del liquido (m)

Energía de presión, un fluido sometido a presión, disminuye su volumen por efecto delos gases disueltos en él. La compresión asciende a 1-3% del volumen original. Enconsecuencia, se trata de una compresión relativamente pequeña, por lo que la energía

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de presión es poca. Si la presión es de 100 bar., la diferencia es de aproximadamente1% en relación con el volumen original. A continuación se muestra un calculo basado enestos valores.

W=p*Av

P=Presión del fluido (PA)

AV=Volumen del fluido(m3)

Energía cinética es aquella que posee un cuerpo (o liquido) si se mueve a unavelocidad determinada. La energía es alimentada por el trabajote aceleración en lamedida en que una fuerza F actúa sobre un cuerpo (o sobre las partículas del liquido).

La energía cinética viene determinada por la velocidad del flujo y por la masa.

W==1/2m=v2

V=Velocidad (m/s)

A=aceleración (m/S2).

Energía térmica es la energía que se necesita para que un cuerpo (o un liquido)adquiera una temperatura determinada.

En los sistemas hidráulicos, parte de la energía es transformada en energía térmicadebido a la fricción. Ello provoca un calentamiento del fluido y de los elementos delsistema. Una parte del calor es cedido hacia el exterior, con lo que se reduce la energíaen el sistema, incluyendo la energía de presión.

La energía térmica puede calcularse recurriendo a la disminución de la presión y alvolumen.

W=Ap=V

Ap= Perdidas de presión por fricción (PA).

Potencia:

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En terminos generales, la potencia está definida como el trabajo o cambiode energia por unidad de tiempo. En sistemas hidraulicos se diferencia entre potenciamecánica y potencia hidraulica. La potencia mecánica es transformada en potenciahidraulica,la cual es transportada y controlada y luego es nuevamente transformada enpotencia mecánica.

La potencia hidraulica viene determinada por la presión y el caudal volumetrico

P=p*Q

P=potencia (W)

P=Presión (Pa)

Q= Caudal (m3/S)

Función del fluido.

La selección y el cuidado que se tenga con el fluido óleo hidráulico de un sistema tieneun efecto importante sobre el funcionamiento y la duración de sus componentes.

Las finalidades de un fluido óleo hidráulico son, básicamente, cuatro:

1. Ser el medio transmisor de energia.2. Lubrificar los componentes que constituyen el sistema.3. Minimizar las fugas.4. Disipar el calor generado en el sistema.

Además de estas funciones, el fluido oleohidráulico debe mostrar otros requerimientosde calidad, tales como:

• Impedir la corrosión (oxidación).• Reducir la formación de espuma.• Impedir la formación de lodos.• Mantener su propia estabilidad y, por consiguiente, reducir el número de

renovaciones.• Mantener un indice de viscosidad relativamente estable en un amplio rango de

temperatura.• Compatibilidad con los elementos de estanqueidad.• Resistencia al fuego.• No ser tóxico.

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Transmisión de potencia.

En los sistemas hidráulicos, el fluido se emplea para transmitir potencia de un punto aotro del circuito. El principio en el que se basa esta transmisión de potencia es elconocido Principio de Pascal, según el cual, una presión realizada en cualquier puntode un fluido se transmite de forma inmediata a cualquier otro punto del mismo. Unejemplo claro de la utilización de aceite para transmitir potencia son los elevadoreshidráulicos utilizados para levantar automóviles.

Lubrificación.

El efecto de la lubrificación se traduce en una reducción de la fricción y del desgaste delos componentes del circuito.

Por muy bien pulidas que esten dos superficies, siempre existen rugosidadesmicroscópicas que producen una resistencia al deslizamiento. La función del lubricantees producir una pelicula que separa las dos superficies. De esta forma se reduce lafricción y, además, el desgaste de las superfies.

Estanqueidad.

En muchos casos, el empleo del lubricante adecuado puede evitar la entrada de polvo,suciedad o cualquier otra materia extraña en el interior del mecanismo a lubricar. Estascontaminaciones exteriores resultan siempre nocivas ya que aumentan el desgaste,sobre todo si se trata de partículas sólidas duras, que pueden producir distintos tipos derayados y erosiones (desgaste erosivo).

Disipación de calor.

Otra función del lubricante es la de disipar el calor generado por el rozamiento. Siemprese crea una cierta cantidad de calor en los puntos de contacto entre dos piezas enmovimiento, a pesar de estar bien lubricadas. Parte de este calor se deba también alrozamiento interno entre las moléculas del propio aceite lubricante. El calor generado esabsorvido por el aceite. En algunos sistemas circulatorios, el aceite caliente se hacecircular a través de refrigeradores antes de empezar un nuevo ciclo, con lo que seconsigue que la temperatura de trabajo no sea demasiado alta.

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A pesar de que en la mayoria de los casos sea normal que el aceite se caliente cuandola máquina está operando, resulta de gran importancia vigilar la temperatura a la que seencuentra el aceite en el depósito. Un calentamiento excesivo del aceite es señal dealarma de una mal funcionamiento o posible averia, siendo imprescindible efectuar unainspección de la máquina para determinar la causa de tanto desprendimiento de calor.

Protección contra corrosión.

En la mayoría de sus aplicaciones, resulta necesario que los lubricantes sean capacesde impedir la corrosión de los metales, debida a un ``ataque'' químico de loscomponentes ácidos presentes en el mismo lubricante, cuya proporción va aumentandoa medida que el lubricante se va oxidando.

Por otra parte, en los sistemas de lubricación recirculante, el aceite empleado debesoportar la presencia de agua, libre y/o disuelta en el mismo. Este agua procedente enla mayoría de los casos de la condensación, produce una formación herrumbre en lassuperficies de hierro o acero de los sistemas que contienen el aceite. Si el aceiteutilizado está convenientemente aditivado, se consigue la formación de una películalubricante muy resistente sobre las superficies ferrosas, que actúa de barrera contra lahumedad y evita la herrumbre de las mismas.

Especificaciones

Los organismos nacionales e internacionales, los grandes consumidores o losconstructores proponen las siguientes especificaciones para los fluidos hidráulicos:

AFNORLa norma NFE 48600 define 4 tipos de fluidos:

• HH : aceite mineral no inhibido.• HL : aceite mineral poseedor de propiedades antioxidantes y anticorrosión.• HM : fluido de categoría HL con características antidesgaste.• HV : fluido de categoría HM con propiedades viscosidad-temperatura

mejoradas.

DINLas normas 51524 y 51525 definen los aceites H, HL y HLP que corresponden alos HH, HL y HL/HM de la clasificación AFNOR.

CETOPEl Comité Europeo de Transmisiones Óleo dinámicas y Neumáticas, en suproyecto RP 75H utiliza la misma clasificación que la AFNOR.

ISOEl ISO TC 28 elabora un proyecto semejante al AFNOR.

DENISON

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La clasificación de este constructor es:HF 1 y HF 1A: Fluidos hidráulicos recomendados para ser utilizados en las bombas depistones, inactivos sobre bronce fosforoso. Es equivalente al HL de AFNOR.HF 2 y HF 2A: Fluido hidráulicos recomendados para ser utilizados en bombas de paletas.Equivale al HM de AFNOR.HF 0: Fluidos hidráulicos que se pueden utilizar tanto en bombas de pistones como depaletas.

SÍMBOLOS DE HIDRÁULICA

SÍMBOLO DENOMINACIÓN

Tubería de carga rígida

Tubería flexible

Cruce de tuberías con unión

Cruce de tuberías sin unión

Tubería de maniobra (pilotaje)

Derivación tapada (cerrada)

Recipiente para fluido hidráulico

Recipiente para fluido hidráulico apresión

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Escape al aire

Acumulador hidráulico

Llave de paso

Manómetro

Intercambiador de calor. Calentador

Intercambiador de calor. Refrigerador

Intercambiador de calor. Refrigeradorlíquido

Motor térmico

Caudalímetro

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Accionamiento motorizado en dossentidos

Motor monofásico de corriente alterna

Calentador

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