Tema 10

Circuitos Neumáticos

E Hidráulicos

Índice• 1-Fluidos y propiedades

• 2-Circuitos neumáticos

• 3-Elementos de control en circuitos neumáticos

• 4-Elementos de trabajo en circuitos neumáticos

• 5-Circuitos hidráulicos

• 6-Diseño y simulación

• 7-Aplicaciones industriales

1-Fluidos y propiedades

• Fluidez

• Densidad

• Viscosidad

• Compresibilidad

• La presión de los fluidos

Fluidez

• Los gases se expanden ocupando todo el volumen del recipiente que los contiene, que no disponen ni de volumen ni de forma propios. Por esta razón, los recipientes para gases deben estar cerrados.

• Los líquidos si mantienen su volumen, aunque adoptan la forma del recipiente hasta alcanzar un nivel determinado, por lo que pueden permanecer en recipientes abierto.

Densidad

• Los gases son mucho menos densos que los líquidos. Se puede variar la densidad de un gas modificando la presión o la temperatura en el interior del recipiente que lo contiene.

• Los líquidos solo alteran ligeramente su densidad con los cambios de temperatura. La diferencia de densidad entre los líquidos puede impedir que se mezclen homogéneamente, flotando uno sobre otro, como ocurre con el aceite y el agua.

Viscosidad

• El movimiento de los fluidos se puede ver ligeramente frenado por el rozamiento entre sus partículas en la dirección de su desplazamiento. Este fenómeno es mucho más importante en los líquidos que sufren una perdida apreciable de energia y de presion a medida que se mueven por tuberias o canales.

Compresibilidad• La posibilidad de comprimirse o

expandirse dependiendo de la presión que se ejerza sobre un gas es una de las propiedades de mayor aplicación técnica de este tipo de fluidos.

• En el caso de los líquidos, aunque se aumente su presión, no se modifica su volumen de manera significativa, por lo que se consideran incompresibles.

La presión de los fluidos

• Un fluido almacenado en un recipiente ejerce una fuerza sobre sus paredes. Esta fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina presión.

Fuerza (F)

Presión (p)= Superficie (S)

• Los gases presionan con la misma intensidad todos los puntos del recipiente

• La presión de los líquidos aumenta con la profundidad debido al peso del líquido que tiene por encima, por lo que la máxima presión se produce en el fondo del recipiente.

2-Circuitos Neumáticos• Introducción al aire comprimido

• Elementos de un circuito neumático

• Elementos para la producción de aire comprimido

• Elementos para el mantenimiento de aire comprimido

• Elementos para la distribución del aire comprimido

Introducción al aire comprimido

• Los circuitos neumáticos utilizan aire comprimido, cuya presión es superior a la atmosférica. La diferencia de presión del aire del circuito con respecto a la atmosférica proporciona la energía necesaria para mover los componentes del circuito neumático, como válvulas, cilindros o turbinas.

Elementos de un circuito neumático

• Compresor->dispositivo acumulador, que cuenta con purgador , termómetro , manómetro y válvula de presión->Unidad de mantenimiento->Válvula->Tubería flexible-> Cilindro

Elementos para la producción de aire comprimido

•Compresor

•Depósito

Compresor

• Su función consiste en absorber el aire de la atmosfera y comprimirlo para aumentar su presión. Las partes móviles del compresor son accionadas por un motor de explosión o eléctrico. Los más utilizados son los compresores de émbolo alternativo y los rotativos.

Compresor de émbolo alternativo

• Se utiliza en instalaciones neumáticas no muy grandes. Esta formado uno o mas cilindros cuyos émbolos absorben y comprimen el aire mediante un movimiento alternativo.

Compresor rotativo

• Se emplea en instalaciones neumáticas que precisan grandes caudales de aire. El aire entra en compartimentos separados por paletas que al girar reducen el volumen y comprimen el aire.

Depósito• Acumula el aire comprimido que se produce en el

compresor y permite acondicionar el aire a los valores de temperatura y presión requeridos por la instalación neumática, controlándolos con el termómetro y el manómetro situados sobre el mismo. También dispone de una válvula limitadora de presión que expulsa el aire a la atmosfera si la presión supera un valor prefijado.

• En el deposito se enfría el aire que sale del compresor a temperaturas elevadas. Como resultado de este enfriamiento se condensa el vapor de agua contenido en el aire, que se eliminara mediante un purgador situado en la base del mismo.

Elementos para el mantenimiento del aire

comprimido•Filtro

•Reductor de presión

•Lubricador

Filtro

• Impide que las partículas de suciedad que hayan podido entrar junto con el aire en la instalación, así como los que se producen por el desgaste de las tuberías, puedan dañar los diferentes elementos del circuito. En el filtro se condensa también el vapor de agua existente en el aire, permitiendo que llegue limpio y seco a los elementos de trabajo.

Reductor de presión

• Sirve para ajustar la presión del aire que se precisa en cada momento en el circuito neumático. Lleva incorporado un manómetro para observar la presión de salida del aire.

Lubricador

• Inyecta, en forma de pulverizador, unas pequeñísimas gotas de aceite en el flujo de aire para conseguir un engrase suficiente de las partes móviles de los diferentes elementos del circuito neumático.

Elementos para la distribución del aire

comprimido

•Tuberías

•Racores y juntas

Tuberías

• Estos elementos están diseñados para soportar altas presiones y su superficie interior debe estar limpia y pulida, por lo que son de cobre, acero o algunos plásticos resistentes como el polietileno. En los equipos móviles de aire y en las conexiones a las herramientas neumáticas suelen utilizarse tuberías de goma reforzada.

Racores y juntas

• Se utilizan para mantener los circuitos neumáticos completamente estancos, cerrando herméticamente las conexiones y evitando fugas de aire que provocarían una disminución de la presión.

• En los esquemas neumáticos, las tuberías se representan mediante líneas continuas, y las que forman parte de los circuitos auxiliares se representan por una línea discontinua.

• Para evitar perdidas de presión en la instalación neumática, se emplean recorridos cortos, adoptando un sistema abierto o en anillo

Instalación Abierto

• La red de tuberías parte del equipo de producción y se va ramificando por los puestos de trabajo. Emplean menor longitud de tuberías, pero la avería en un punto paraliza los puestos de trabajo que tiene a continuación.

Instalación en anillo

• La red de tuberías retorna de nuevo al equipo de producción. Es mas costosa, pero mantiene mejor la presión y permite el funcionamiento de la mayoría de los puestos de trabajo en caso de avería.

3-Elementos de control en circuitos neumáticos

• Introducción

• Válvulas reguladoras

• Válvulas distribuidoras

• Válvulas de bloqueo

Introducción

• En los circuitos neumáticos, el movimiento y la presión del aire se controlan mediante válvulas.

• Las válvulas están constituidas por un cuerpo fijo donde se sitúan las tomas de aire externas y los orificios de purga o salida de aire a la atmosfera. En su interior se encuentra un elemento móvil que cierra o abre los diferentes conductos para permitir o bloquear el paso del aire

• Para cambiar la posición de las válvulas durante su funcionamiento se utilizan dispositivos de accionamiento de diferente tipo:

-Manuales: pulsador, palanca, y pedal

-Mecánicos: leva, rodillo final de carrera.

-Neumáticos: mandos neumáticos

• La posición de reposo o estable de muchas válvulas se consigue con la acción de un muelle alojados en el interior del cuerpo fijo.

Válvulas Reguladoras

• Controlan las condiciones generales del aire comprimido y se emplean en la zona de producción, aunque también pueden situarse en diferentes tramos del circuito neumático. Entre ellas destacan las siguientes:

• Válvula limitadora de presión

• Válvula de flujo o caudal

Válvula limitadora de presión

• Se utiliza para controlar el valor de la presión del aire en un tramo del circuito. Cuando el aire comprimido supera el limite de presión establecido, se produce un escape de aire a la atmosfera para reducirla. También se reconsidera como una válvula de seguridad.

Válvula de flujo o caudal

• Sirve para regular el caudal de aire que circula por el circuito. La reducción de caudal se consigue estrechando el conducto por donde circula el aire, por lo que también recibe el nombre de válvula de estrangulación.

Válvulas Distribuidoras• Sirven para dirigir el aire comprimido por

un determinado camino y sentido de circulación. Para ello, disponen de una serie de orificios o vías por donde entra o sale el aire a presión.

• Las válvulas distribuidoras adoptan distintas posiciones según el tipo de conexiones que se producen entre las vías: posición de reposo y de maniobra

Posición de reposo o de equilibrio

• Corresponde a la válvula sin accionar, es decir ,cuando el aire sale del sistema.

Posición de maniobra o de trabajo

• Representa la válvula cuando es accionada; gracias al compresor, el aire pasa al sistema.

Válvulas de bloqueo

• Tienen como finalidad impedir o bloquear el paso del aire en un determinado sentido, permitiéndolo en el sentido contrario o en otras direcciones. Las válvulas de bloqueo más utilizadas son:

-Válvula antirretorno

-Válvula selectora

-Válvula de simultaneidad

Válvula antirretorno

• Esta constituida por una vía de entrada y otra de salida, con una pieza móvil en su interior que solo permite el paso del aire en un sentido de circulación.

Válvula selectora

• Dirige el aire a presión hacia una tercera vía de salida desde cualquiera de sus dos vías de entrada, impidiendo que circule el aire entre ellas.

Válvula de simultaneidad

• Permite la salida de aire comprimido hacia un elemento de trabajo, sólo si entra aire con la misma presión y al mismo tiempo en las dos entradas.

4-Elementos de trabajo en circuitos neumáticos.

• Introducción

•Cilindros neumáticos

•Motores neumáticos

Introducción

• Los elementos de trabajo o actuadores se sitúan en el final del recorrido del circuito, y tienen como finalidad transformar en energía mecánica la presión que les comunica el aire comprimido. En los circuitos neumáticos, los actuadores que se emplean son los cilindros y motores neumáticos.

Cilindros Neumáticos• Son actuadores que realizan un movimiento

de tipo lineal. El aire a presión entra en el interior del cilindro empujando el émbolo y el vástago unido a él. El recorrido externo del vástago es el que se aprovecha para efectuar diferentes tipos de trabajos, como sujetar, levantar o empujar piezas; mover puertas o ventanas; producir el giro o desplazamiento de herramientas o de brazos articulados; etc.

• Para realizar esta variedad de trabajos se emplean cilindros de diferentes longitudes, capacidad de empuje o manera de funcionar. Los cilindros más comunes son los de simple efecto o de doble efecto.

• La elección de un tipo u otro de cilindro depende de varios factores, entre los que destacan el recorrido o carrera que realizara durante su desplazamientos, la velocidad de su movimiento y la fuerza con la que se debe actuar. Dicha fuerza depende de la presión del aire comprimido y de la superficie del émbolo, descontando las fuerzas debidas al rozamiento o a la acción del muelle de recuperación: F= p x S -Fr

Cilindro de simple efecto

• Tiene una sola toma para la entrada del aire a presión que desplaza al émbolo en un solo sentido. El émbolo recupera su posición inicial mediante un muelle o una fuerza externa, expulsando el aire de la cámara. Se utiliza en operaciones simples como sujetar o expulsar.

Cilindro de doble efecto

• Tiene dos conexiones al circuito neumático, por lo que el émbolo es empujado por el aire en cualquiera de los dos sentidos. Se utiliza cuando es necesario realizar trabajo útil en ambas posiciones como abrir y cerrar, subir y bajar, etc.

Motores Neumáticos

• Son actuadores que producen un movimiento de rotación continuo al recibir aire a presión. Su constitución es parecida a la de los compresores rotativos, aunque realizan la función inversa a estos, ya que transforman la energía del aire comprimido en energía mecánica de rotación.

• Los motores neumáticos presentan algunas ventajas respecto a los motores eléctricos o de explosión, ya que son de menor tamaño y mas ligeros, resulta mas fácil y seguro regular la velocidad o cambiar el sentido de giro, y cubren una gran variedad de velocidades y potencias. Sin embargo, su mayor inconveniente es la dependencia de una instalación de producción y control de aire comprimido.

• Estos motores se emplean principalmente en cadenas de montaje como sustitución a los motores eléctricos en ambientes con riesgo de inflamación, o cuando se precisen continuos cambios de velocidad o sentido de giro.

• Existen diferentes tipos de motores neumáticos. Los más utilizados son el motor de aletas, aunque también se emplea el motor de engranajes y de émbolo para potencias más elevadas, o el turbomotor, que gira a gran velocidad.

Motor neumático de aletas

• Su funcionamiento es similar al compresor multicelular. Dispone de un rotor, descentrado con respecto al cilindro, que incorpora aletas móviles para formar compartimentos, de diferente volumen y presión de aire, que le hacen girar.

Motor neumático de engranajes

• Esta constituido por dos ruedas dentadas que forman un engranaje. El aire comprimido presiona a los dientes de ambas ruedas haciéndolas girar y sale por el lado opuesto. Estos motores pueden alcanzar potencias altas y mantienen constante la fuerza de giro

Motor neumático de émbolo

• Existen dos tipos de este motor: el motor de émbolo radial, que funciona de forma inversa a los compresores de pistón, y el motor de émbolos axiales, que son paralelos al eje de giro y presionan sobre una base inclinada produciendo la rotación del mismo, como el de la figura.

Turbomotor

• En ello, el aire comprimido mueve una pequeña turbina haciéndola girar a gran velocidad incluso con baja potencia. Tienen un tamaño y un peso reducido, por lo que resultan idóneos para trabajos delicados y de precisión como la odontología o la restauración de obras de arte.

5-Circuitos Hidráulicos

• Introducción

• Unidad de bombeo y distribución

• Elementos de control y trabajo

Introducción

• En los circuitos hidráulicos, el fluido es un liquido que se encarga de transmitir presión a lo largo de un circuito. Por ejemplo, los de abastecimiento de agua o los de distribución y suministro de carburantes.

• Los circuitos hidráulicos que se emplean en máquinas o instalaciones industriales transmiten la energía mediante cambios de presión de unos puntos a otros. Para ello se utilizan líquidos a base de aceites minerales que contienen aditivos anticorrosivos, antienvejecimiento o resistentes al desgaste o a cambios de temperatura. Por esta razón, también se denominan circuitos oleohidráulicos.

• Este tipo de circuitos proporciona potencias superiores a las de los circuitos neumáticos, además de conseguir movimientos más lentos, continuos y seguros. Sin embargo, son más difíciles de mantener y los recorridos del fluido deben ser cortos para evitar pérdidas de presión por rozamiento.

• Los circuitos oleohidráulicos están constituidos, de forma general, por la unidad de bombeo, los distribuidores y los elementos de control y trabajo.

Unidad de bombeo y distribución

• Introducción

• Deposito

• Bomba

• Elementos de distribución

Introducción

• La unidad de bombeo se sitúa al comienzo del circuito hidráulico, y desde ella se distribuye el líquido al resto del circuito con las condiciones de presión y limpieza apropiadas.

Deposito

• Almacena el aceite y lo acondiciona antes de su ingreso en la bomba. Los depósitos son cerrados y disponen de un tabique interior que separa la zona de retorno de la salida con objeto de que se depositen las impurezas antes de bombearlo.

Bomba• Tiene como finalidad impulsar el aceite hacia el

circuito dotándolo a la vez de la presión de trabajo necesaria. Las partes móviles de la bomba reciben su energía de un motor eléctrico o un motor de explosión. En circuitos oleohidráulicos se utilizan bombas de engranajes, de paletas y de pistones, con un funcionamiento muy similar a los compresores neumáticos del mismo nombre. Para controlar la presión a la salida de la bomba se incorpora una válvula limitadora de presión con manómetro.

Elementos de distribución

• Desde la unidad de bombeo, el aceite se distribuye hacia los elementos de trabajo a través de tuberías de acero inoxidable o mangueras de plástico reforzado con elevada resistencia a la presión. La unión de las mismas se realiza con racores y juntas que cierran herméticamente las conexiones.

Elementos de control y trabajo

• Introducción

• Válvulas reguladoras o limitadoras

• Válvulas distribuidoras

• Cilindros hidráulicos

• Motores hidráulicos

Introducción

• Las válvulas, cilindros y motores hidráulicos son similares en cuanto a finalidad y funcionamiento a los de los circuitos neumáticos, aunque sus piezas deben ser más resistentes porque tienen que soportar presiones mucho mayores.

Válvulas reguladoras o limitadoras

• Controlan los valores de presión y caudal del líquido. Las válvulas reguladoras de presión ajustan la presión adecuada que debe llegar a los elementos de trabajo, mientras que las válvulas reguladoras de caudal se emplean para controlar su velocidad.

Válvulas distribuidoras

• Dirigen el paso del liquido hacia los elementos de trabajo o lo retornan al deposito. Disponen de diferentes vías y posiciones de trabajo, como las válvulas neumáticas. También emplean dispositivos de mando muy variados, como palancas, levas o electroimanes.

Cilindros Hidráulicos

• Tienen un desplazamiento lineal y trabajan bajo presiones muy elevadas, por lo que desarrollan fuerzas mucho mayores que los cilindros neumáticos. Existen cilindros de simple y doble efecto, así como cilindros especiales como los de giro o los telescópicos.

Motores Hidráulicos• Proporcionan un movimiento de rotación

continuo a partir de la circulación del fluido a presión. Su constitución y funcionamiento es similar a las bombas hidráulicas, ya que realizan el mismo tipo de transformación energética, pero a la inversa. Los más comunes son los motores de engranajes, los de paletas o los de pistones.

6-Diseño y simulación

• Introducción

• Definición de los actuadores

• Estudio de la secuencia de trabajo

• Selección de los dispositivos de control

• Elección del equipo de producción

Introducción• Las funciones básicas que desarrollan los

circuitos neumáticos o hidráulicos son los siguientes producción de aire o liquido a presión; transporte del fluido; regulación y control de la presión y distribución del mismo, con ayuda de las válvulas y sus dispositivos de mando o maniobra y trabajo mecánico final por parte de los actuadores correspondientes.

Definición de los actuadores

• El objetivo del circuito es conseguir la acción mecánica de cilindros o motores. Estos actuadores deben tener el diámetro y la longitud necesarios para que al aplicarles la presión de trabajo alcancen la fuerza, la velocidad y el recorrido previsto.

Estudio de la secuencia de trabajo

• En los procesos automatizados, los cilindros y motores intervienen durante un tiempo determinado siguiendo una secuencia de trabajo que puede repetirse muchas veces.

• Mediante la realización de diagramas de movimiento se puede controlar y programar la intervención de cada uno de ellos.

Selección de los dispositivos de control

• El movimiento de los actuadores y la presión o caudal de fluido que les llega son controlados por las válvulas.

• El accionamiento de las mismas puede ser manual o automatizado, en cuyo caso se emplean finales de carrera o electroimanes.

Elección del equipo de producción

• Cuando se conocen las necesidades de presión y la posición de los elementos que formaran el circuito, se puede elegir el tipo de compresor de aire o la bomba hidráulica capaz de proporcionar la presión y el caudal necesarios, que se produce durante el transporte del fluido.

7-Aplicaciones Industriales

• Introducción

• Disponibilidad de los fluidos

• Seguridad en el uso

• Variedad de funcionamiento

• Capacidad de automatización

Introducción

• Desde mediados del siglo XX, tanto los circuitos neumáticos como los circuitos hidráulicos se utilizan en una gran variedad de máquinas e instalaciones industriales debido a sus características.

Disponibilidad de los fluidos

• El aire utilizado en los circuitos neumáticos se toma directamente de la atmósfera. Los circuitos hidráulicos son algo más peligrosos por el petróleo tienen una disponibilidad más limitada; no obstante, su consumo es pequeño, ya que se mantienen durante mucho tiempo en circuito cerrado.

Seguridad en el uso

• Los circuitos neumáticos no tienen riesgos de explosión ni de incendios y, debido a su limpieza, pueden emplearse en industrias alimentarias o sanitarias. Los circuitos hidráulicos son algo más peligrosos por el empleo de aceite, pero son más seguros que los eléctricos o los motores de explosión.

Variedad de funcionamiento

• Los actuadores neumáticos e hidráulicos permiten una fácil regulación y modificación de velocidad de desplazamiento o de giro.

Capacidad de automatización

• El control de los actuadores con válvulas distribuidoras y de regulación facilita la automatización parcial o completa de los circuitos neumáticos e hidráulicos.

ESPERO QUE OS HAYA

GUSTADO