Ejercicos resueltos neumática y oleohidráulica bachillerato Archivo

EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
ACTIVIDADES DE APLICACIÓN. PÁGINA 296 DEL LIBRO
1.
VISCOSIDAD Y VISCOSIDAD CINEMÁTICA.
La viscosidad es la resistencia que ofrecen los líquidos al fluir, y es una consecuencia del rozamiento entre las sucesivas capas
que forman el fluido. Esta fuerza de rozamiento depende del coeficiente de viscosidad (η), de la superficie de contacto entre
dos capas sucesivas (S) y de la variación de la velocidad con la que se desplazan dos capas entre ellas respecto a la distancia
que las separa.
 ∆v 
FR = η ∗ S ∗ 

 ∆d 
Despejando
η=
FR
 ∆v 
S ∗

 ∆d 
y sus unidades en el S.I. son:
N
N ∗s
=
m/s
m2
m2 ∗
m
Si se utiliza el sistema cegesimal de medidas, en el que la distancia se mide en cm., y la fuerza en dinas (10-5 N):
1 poise =
1dina ∗ 1s 10 −5 N ∗ 1s
N ∗s
N ∗s
=
= 10 −1
= 0 .1 2
2
2
2
−4
1cm
10 m
m
m
El coeficiente de viscosidad es una característica propia de cada líquido, y es una constante. En muchos cálculos técnicos se
utiliza la viscosidad cinemática, por se más práctico en el cálculo y más fácil de medir, y es la relación entre la viscosidad y la
densidad, que también son dos constantes para cada líquido.
ηC =
2.
η
d
Sus unidades en el S.I. :
N ∗ s / m 2 Kg ∗ m ∗ s / m 2 m 2
y en el cegesimal (stoke):
=
=
s
Kg / m 3
Kg / m 3
1cm 2
m2
= 10 − 4
s
s
RESISTENCIA OLEODINÁMICA.
La resistencia oleodinámica es proporcional a su densidad porque a mayor peso por unidad de volumen, mayor es la FR entre el
fluido y la conducción; proporcional a la viscosidad cinemática porque la capacidad que tiene un líquido de fluir sobre una
conducción influye en la adherencia de éste sobre la tubería, y, por lo tanto, sobre el rozamiento; depende proporcionalmente
de la lngitud del tubo porque cuando mayor sea éste, mayor fuerza de rozamiento deberá vencer; es inversamente proporcional
al D del tubo porque a menor diámetro, mayor velocidad (ecuación de continuidad) y mayor FR (cociente
3.
POTENCIA MECÁNICA. Datos: P = 60 bar = 60 · 105 Pa; ηm = 85 %; Q= 50
∆v
)
∆d
l
50 ⋅ 10 −3 m 3
m3
=
= 8.33 ⋅ 10 − 4
min
60s
s
PA
PM P ∗ Q 60 ⋅10 5 ∗ 8.33 ⋅ 10 −4
;.... PM =
=
=
= 5882 .W
η=
PM
η
η
0.85
4.
PARÁMETROS DE UN CILINDRO NEUMÁTICO.
Fuerza efectiva ejercida por el vástago: es la suma de las fuerzas que es capaz de desarrollar la cabeza del vástago en su
carrera de avance y en su carrera de retorno. Si el cilindro es de simple efecto solo realizará fuerza en el avance.
Carrera: es la distancia máxima que se desplaza el pistón en el interior del cilindro por la acción de la presión de un fluido.
Consumo de aire: es el volumen de aire que necesita un cilindro para realizar un ciclo completo (avance más retorno). Si el
cilindro es de simple efecto (retorno por resorte) solo consumirá aire durante la carrera de avance. En el caso de los cilindros
neumáticos, el consumo de aire debe calcularse en C.N., por lo que habrá que aplicar la ley de Boyle-Mariotte.
Velocidad de accionamiento: es la velocidad con la que se desplaza el émbolo dentro del cilindro, y depende del caudal de
aire que entre en su interior (Q). Las velocidades de avance y retorno en un cilindro de doble efecto son distintas debido a la
diferencia de S entre las dos cavidades, al no realizar fuerza sobre la superficie ocupada por el vástago en el retorno.
Amortiguación: es la reducción de velocidad del émbolo en el tramo final de cada carrera para evitar la parada brusca del
émbolo.
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
5.
Fea = η ∗ P ∗
FeR = η ∗ P ∗
6.
η = 90%
FUERZAS EFECTIVAS DE AVANCE Y RETORNO. DATOS: D = 50 mm, d = 20 mm, P = 8 bar
π ∗ D2
= 0.9 ∗ 8 ⋅ 10
4
π ∗ (D 2 − d 2 )
4
(50 ⋅ 10 )
∗π ∗
−3 2
5
4
= 0.9 ∗ 8 ⋅ 10
5
[(50 ⋅ 10
∗π ∗
CONSUMO DE AIRE EN l/min en C.N.
Va = S ∗ e =
π ∗ D2
π (50 ⋅ 10 −3 )
= 1413.7 __ N
) − (20 ⋅ 10 ) ] = 1187.5 __ N
−3 2
−3 2
4
DATOS:
e = 80 mm,
20 ciclos / min
2
∗e =
4
∗ 0.08 = 1.57 ⋅ 10 − 4 m 3 = 0.157 _ litros
4
2
π ∗ (D − d )
π 50 ⋅ 10 −3 − 20 ⋅ 10 −3
VR = (S − s) ∗ e =
∗e =
4
4
2
[(
2
El volumen total consumido en un ciclo:
) (
) ] ∗ 0.08 = 1.32 ⋅ 10
2
−4
m 3 = 0.132 _ litros
VT = VA + VR = 0.157 + 0.132 = 0.289 litros por ciclo.
Como son 20 ciclos en un minuto, el volumen consumido en un minuto será: VT = 0.289 * 20 = 5.78 l/min
VCN =
Y, ese volumen medido en C.N. será:
7.
FUERZA EFECTIVA EN EL AVANCE DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.
DATOS:
η = 80 %,
P = 6 bar,
Fea = η ∗ ( P ∗
π ∗ D2
FE
4
η
4
P ∗π
= P∗
 FE


+ E  =
η

FEA = 48 N
π ∗ D2
4
¿¿¿¿D????
FE
−E
η
− E = P∗
π ∗ D2
4
4
 48

+ 7.8  = 0.012..m = ..12..mm

5
6 ⋅10 ∗ π  0.8

FUERZAS EFECTIVAS EN EL AVANCE Y EN EL RETORNO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.
DATOS:
Fea = η ∗ P ∗
FeR = η ∗ P ∗
9.
E = 7.8 N,
− E)
D=
8.
(8 + 1) ∗ 5.78 = 52 .02 _ l / min
PABS ∗ VT (Ptrabajo + Patm )
=
∗ VT =
Patm
Patm
1
π ∗ D2
4
D = 50 mm,
= 0.85 ∗ 225 ⋅ 10
π ∗ (D 2 − d 2 )
4
d = 30 mm,
(50 ⋅ 10 )
∗π ∗
−3 2
5
4
= 0.85 ∗ 225 ⋅ 10
5
P = 225 bar
= 37551 __ N
[(50 ⋅ 10
∗π ∗
) − (30 ⋅ 10 ) ] = 24033 __ N
−3 2
π ∗ D2
4
∗e
VT = V A + VR =
VR =
π ∗ (D − d 2 )
π (2 D 2 − d 2 )
4
4
∗e =
[
−3 2
4
CONSUMO DE ACEITE DEL CILINDRO ANTERIOR EN l/min:
VA =
DATOS:
Q = n ∗ VT = 4
∗e
π 2(50 ⋅10 −3 ) − (30 ⋅10 −3 )
2
4
η = 85%
2
e = 180 mm,
4 ciclos / min
ciclos
litros
litros
∗ 0.58
= 2.32
min
ciclo
min
]∗ 0.18 = 5.8 ⋅10
−4
m 3 = 0.58 ...
litros
ciclo
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
10. CÁLCULO DEL D DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO Y LA FUERZA EFECTIVA DE RETORNO.
DATOS:
Fea = η ∗ P ∗
π ∗ D2
FeR = η ∗ P ∗
D=
4
π ∗ (D2 − d 2 )
4
d = 28 mm,
P = 50 bar
η = 85%
FEA = 8432 N
4 ∗ FEA
4 ∗ 8435
=
= 0.05..m = ..50..mm
P ∗ π ∗η
50 ⋅ 10 5 ∗ π ∗ 0.85
[(50 ⋅10
= 0 .85 ∗ 50 ⋅10 ∗ π ∗
5
) − (28 ⋅10 ) ] = 5728 __ N
−3 2
−3 2
4
11. SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS ENTRE UNMOTOR Y UNA BOMBA DE ENGRANAJES.
SEMEJANZAS: estructuralmente todas, es decir, están formados por los mismos dos engranajes acoplados dentro de una
carcasa y con dos orificios para la entrada y salida del líquido.
DIFERENCIAS: básicamente la función que realiza cada uno; la bomba tiene uno de los dos engranajes conectado a un motor
para provocar el movimiento coordinado de los dos engranajes que succionará líquido y lo lanzará a mayor presión, mientras
que el motor aprovecha la presión del líquido de entrada para mover los engranajes, y, en consecuencia, el eje acoplado a uno
de los engranajes. La bomba transforma movimiento de los engranajes en energía en forma de presión para el fluido y el motor
transforma la energía del fluido en forma de presión en movimiento del eje acoplado a uno de los engranajes.
12. REPRESENTAR SIMBÓLICAMENTE las siguientes válvulas, y compáralas (semejanzas y diferencias).
3/2 NC mando neum/hidr y
retorno por resorte
4/2 mando y retorno
neum/hidr
5/2 mando palanca y
retorno resorte
3/2 mando eléctrico y
retorno resorte
NEUM
HIDR
SEMEJANZAS: Simbología de las posiciones de las válvulas, de las vías, y de todos los mandos y retornos menos los
neumáticos y/o hidráulicos.
DIFERENCIAS: Nomenclatura de las vías (números en neumática y letras mayúsculas en hidráulica), salida de aire (flecha
hueca) y salida de aceite (simbolito ), entrada de aire (flecha hueca) y entrada de aceite (flecha negra)
13. ELECTROVÁLVULA: su principio de funcionamiento es muy sencillo. Está basado en la
creación de un campo magnético dentro de una bobina cuando circula por ella la corriente, de manera
que el núcleo de esta bobina es un vástago con un obturador que cierra una vía de salida de aire u otra
en función de la posición de éste cuando es atraído por el campo magnético o no.
14. VÁLVULA ANTIRETORNO: Cumple la función de evitar que el aire circule en una dirección
y/o sentido que no interesa, es decir, sirve para guiar el aire en la dirección con la que trabaja el
circuito.
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
15. VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL UNIDIRECCIONAL. ESQUEMA, SÍMBOLO,
EXPLICACIÓN: Cuando el fluido circula de derecha a izquierda (entra por A y sale por B), el
asiento cónico C (antirretorno) obliga a que circule por la vía superior de la válvula. En esta vía hay
instalado un tornillo con un asiento cónico que puede ser regulado en altura, de manera que se cierre
más o menos el orificio de salida del fluido, por lo que al modificar la superficie de esta conducción se
modifica también el caudal que circula por él. Si por el contrario, el fluido circula desde la vía B hasta
la A, el fluido puede vencer fácilmente la resistencia ofrecida por el resorte del antirretorno, por lo que
circulará libremente por esta abertura hacia A, sin modificación de sección, y, por lo tanto, sin variar
el caudal, por lo que esta válvula solo regula el caudal en el sentido A-B.
16. VÁLVULA BIDIRECCIONAL. ANALOGÍAS Y DIFERENCIAS CON LA
ANTERIOR. En esta válvula da igual el sentido de circulación del fluido porque tanto si circula
de A hacia B, como al revés, el fluido no tiene más camino que el que pasa por un tornillo con un
asiento cónico que puede ser regulado en altura, que cierra más o menos el orificio de salida del
fluido, y que modifica la superficie de esta conducción, modificando también el caudal que circula
por él en cualquiera de las dos direcciones. Evidentemente la analogía entre las dos válvulas
consiste en el sistema de regulación (por tornillo) y la diferencia radica en la posibilidad de regular
el caudal del fluido a la entrada y salida, o solamente a la entrada.
17. CUADRO SÍNTESIS DE LOS DETECTORES NEUMÁTICOS DE PRESENCIA
DETECTORES NEUMÁTICOS DE PRESENCIA
POR CONTACTO
DETECTOR
FUNCIONAMIENTO
SÍMBOLO
APLICACIONES
POR PROXIMIDAD
MICRORRUPTORES
ELÉCTRICOS
MICROVÁLVULAS
NEUMÁTICAS
DETECTORES DE PASO
DETECTORES DE
PROXIMIDAD
Son pulsadores o finales de
carrera que se accionan por el
contacto del vástago del
pistón
Son finales de carrera
neumáticos, con la estructura
de una válvula, cuyo mando
es accionado cuando lo pulsa
o empuja el vástago del
pistón
Son dos elementos con forma
de boquilla, separados y
enfrentados, entre los que se
crea una corriente de aire que
es redireccionada cuando un
objeto se interpone entre ellos
e interrumpe el chorro de aire
Es un elemento con tres
boquillas. Por dos de ellas se
emite una corriente de aire,
de manera que cuando se
pone delante de ellas algún
objeto, éste revoca el aire a
través de la 3ª boquilla
emitiendo una señal neumat.
Se simbolizan como
cualquier otra válvula con
mando por pulsador, rodillo o
roldana, y retorno por muelle
Se utilizan para iniciar o parar
Se utilizan para iniciar o
una maniobra de un circuito
parar una maniobra de un
Se utilizan como finales de
neumático cuando es
circuito neumático cuando es
Se utilizan como finales de
carrera para gobernar el
detectada la presencia de un
detectada la presencia de un
carrera para gobernar el
objeto. Para ello se utiliza la
funcionamiento de un circuito objeto. Para ello se utiliza la
funcionamiento de un circuito
con válvulas con mando y
señal neumática recibida por señal neumática recibida por
con electroválvulas
retorno neumáticos.
el detector y se aprovecha
el detector y se aprovecha
para los mandos y retornos
para los mandos y retornos
neumáticos de válvulas.
neumáticos de válvulas.
18. DIFERENCIAS FUNDAMENTALES ENTRE:
Estructuralmente hablando son iguales, aunque la microválvula es más pequeña. La función de
ambas es diferente: la válvula distribuidora coordina, directamente, la entrada y salida de aire
en el cilindro, mientras que la microválvula acota el recorrido del pistón. Otra diferencia es que
VÁLVULA DISTRIBUIDORA la distribuidora puede tener cualquier mando de trabajo y retorno, mientras que la microválvula
solo tiene retorno por muelle y mando de trabajo por contacto (pulsador, rodillo o roldana)
MICROVÁLVULA
PRESOSTATO
ELECTROVÁLVULA
Son dos cosas completamente distintas: la función del presostato es regular la presión del aire
que entra en el pistón, mientras que la electroválvula coordina los momentos o tiempos de
entrada de aire en el cilindro con un mando eléctrico. Estructuralmente son completamente
distintas. Ocupan sitios distintos dentro del circuito.
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN. PÁGINA 297 DEL LIBRO
19. CLASIFICACIÓN SAE DE LOS ACEITES MINERALES. (No se hace)
20. EXPLICAR EL FUNCIONAMIENTO DEL SIGUIENTE ESQUEMA:
CARRERA DE AVANCE: en la posición actual, el circuito no se mueve.
Cuando se pulsa el mando de la válvula de inicio (3/2 pulsador – resorte
NC) pasa el aire a través de ella y a través de la microválvula final de
carrera de la derecha (3/2 rodillo – resorte NC), llegando el aire al mando
neumático de la válvula distribuidora (4/2 neuma- neuma) cambiándola
de posición. Ésta permite el paso del aire hacia la cabeza del cilindro, y
deja que salga el aire de la culata, a través de la ella, hacia la atmósfera,
desarrollando el pistón la carrera de avance. En ese instante, el vástago
deja de pulsar el rodillo de la microválvula, de manera que deja de llegar
aire al mando de trabajo de la válvula distribuidora.
CARRERA DE RETORNO: cuando el vástago del pistón pulsa el rodillo
de la microválvula final de carrera de la izquierda (3/2 rodillo – resorte
NC) cambiándola de posición, circula el aire a través de ella llegando al
retorno neumático de la válvula distribuidora, que cambia a la posición
de reposo, permitiendo ahora la salida de aire de la cabeza del cilindro,
que vuelve a su posición inicial desarrollando la carrera de retorno,
debido al empuje ejercido por el aire que entra en la culata del cilindro a
través de la válvula distribuidora. Esta situación sigue hasta que el vástago pulsa el rodillo de la microválvula de la derecha,
momento en el cual se repite todo el proceso.
PARADA DE LA MANIOBRA: las maniobras se siguen repitiendo mientras que el pulsador del mando de la válvula de inicio
esté pulsado. En el momento que se suelta, el resorte la sitúa en la posición de reposo y deja de entrar aire en el circuito,
parándose éste.
21. DISEÑA UN CIRCUITO NEUMÁTICO PARA LA
SIGUIENTE MANIOBRA.
El vástago de un cilindro de doble efecto, en su carrera de avance,
hace descender la cuchilla de una cortadora de papel. Para evitar
accidentes, el operario debe pulsar simultáneamente con las dos
manos para iniciar la maniobra.
En el diseño debe usarse: un cilindro neumático de doble efecto,
una válvula distribuidora 4/2 con mando neumático y retorno por
resorte, y dos válvulas 3/2 con mando por pulsador y retorno por
resorte.
22. DISEÑA
UN
CIRCUITO
NEUMÁTICO
PARA
GOBERNAR INDEPENDIENTEMENTE 2 CILINDROS A y B.
El vástago d A debe hacer avanzar una pieza y el de B debe estampar
sobre ella una marca. El avance de cada uno de los cilindros debe
poder regularse.
En el diseño debe utilizarse: dos cilindros neumáticos de doble
efecto, dos válvulas 4/2 con mando por palanca y retorno por resorte,
y dos válvulas reguladoras de caudal unidireccionales.
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
23. EXPLICA EL FUNCIONAMIENTO DEL SIGUIENTE ESQUEMA:
Este circuito corresponde a una plataforma elevadora
articulada, de manera que cuando el vástago del pistón
realiza la carrera de avance, la plataforma baja, mientras que
cuando el pistón realiza la carrera de retorno la plataforma
sube.
Para accionarla se dispone de dos pulsadores. El pulsador de
arriba hace que la plataforma descienda. Para ello, cuando se
pulsa, se activan los mandos de las dos válvulas neumáticas,
el de la derecha de la distribuidora (4/3 2 mandos eléctricos y
2 retornos por resorte) que tiene dos posiciones de trabajo
(para subir y para bajar la plataforma) y la válvula de marcho
– paro (2/2 mando eléctrico y retorno por resorte), de manera
que la distribuidora, situándose la posición de la derecha en
modo de trabajo, permite el paso de aire, libremente, hacia la
cabeza del cilindro, que realiza su carrera de trabajo,
empujando con su vástago hacia fuera a la estructura
articulada, que descenderá. El aire contenido en la culata del
cilindro sale a través de la válvula neumática 2/2, puesto que
por la conducción superior se lo impide la válvula
antirretorno, pasando por la válvula reguladora de caudal,
que permitirá controlar la velocidad del pistón, y sale a través
dela distribuidora a la atmósfera. El final de la maniobra se
producirá cuando se deje de pulsar el PNA, con lo que la
distribuidora volverá a su posición de reposo al tener un
retorno automático por muelle, y el sistema se para.
El pulsador de abajo hace que la plataforma ascienda. Para ello, cuando se pulsa, se activa el mando eléctrico de la posición de
la izquierda de la distribuidora, que pasará a la posición de trabajo, dejando pasar el aire a través de ella hacia la culata del
cilindro, atravesando libremente la válvula antirretorno. Entonces se produce la carrera de retorno del pistón, empujando con
su vástago hacia adentro a la estructura articulada que ascenderá. El aire contenido en la cabeza del pistón sale, a través de la
distribuidora, hacia la atmósfera, sin ser regulado en caudal, por lo que no puede controlarse la velocidad de subida de la
estructura. El final de la maniobra de ascensión se producirá cuando se deje de pulsar el PNA inferior, con lo que la
distribuidora volverá a su posición de reposo (la central) al tener un retorno automático por muelle, y el sistema se para.
24. IDENTIFICA LOS COMPONENTES DE CADA CIRCUITO Y EXPLICA SU FUNCIONAMIENTO.
CIRCUITO a
4.
1.
Componentes: circuito neumático formado por un cilindro de doble efecto, una
válvula distribuidora 5/2 con mando neumático y retorno por muelle, y una
válvula 3/2 de mando por pulsador y retorno por resorte.
2.
Posición de reposo: mientras no sea pulsada la válvula 3/2, el aire entra por la
parte trasera del cilindro a través de la vía conectada al orificio 2 de la
distribuidora, haciendo que el pistón del cilindro se mantenga en la posición de
reposo. El aire que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido
expulsado empujado por el pistón hacia la salida de la vía 4.
3.
Posición de trabajo: Cuando se pulsa el pulsador de la válvula 3/2, esta pasa a
posición de trabajo, permitiendo que pase el aire hasta el mando neumático de
la distribuidora 5/2 y obliga a ésta a pasar a la posición de trabajo. En este
momento entra el aire a la cabeza del cilindro, con lo que se produce la carrera
de avance. El aire acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el
pistón a través de la vía 2 de la distribuidora.
Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador del la válvula 3/2, el muelle del retorno hace que vuelva a la posición de reposo. En este
momento ya no llega aire al mando neumático de la distribuidora, con lo que el muelle la empuja hacia su posición de reposo, entrando
el aire hacia la culata del cilindro, empujando al pistón hacia su posición de inicio, y expulsando el aire de la cámara del cilindro al
exterior.
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
CIRCUITO b
4.
1.
Componentes: circuito neumático formado por un cilindro de
doble efecto, una válvula distribuidora 5/2 con mando y retorno
neumáticos y dos válvulas 3/2 de mando por pulsador y retorno
por resorte.
2.
Posición de reposo: mientras no sean pulsadas ninguna de las dos
válvulas 3/2, el aire entra por la parte trasera del cilindro a través
de la vía conectada al orificio 2, haciendo que el vástago se
mantenga en la posición de reposo. El aire que había acumulado en
la cámara del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón
hacia la salida de la vía 4.
3.
Posición de trabajo: Cuando se pulsa el pulsador de la válvula 3/2
de la izquierda, esta pasa a posición de trabajo, permitiendo que
pase el aire hasta el mando de la válvula 5/2y obligando a ésta a
que pase a posición de trabajo. En este momento entra el aire a la
cámara del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance. El
aire acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el pistón
a través de la válvula.
Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador del la válvula 3/2 de la izquierda el muelle de retorno hace que vuelva a la posición de
reposo. En este momento el pistón deja de moverse. Posteriormente se pulsa el pulsador de la válvula 3/2 de la derecha, pasando esta a
la posición de trabajo, el aire entra hacia el retorno neumático de la válvula 5/2 que también pasa ala posición de reposo, permitiendo el
paso del aire a la culata del cilindro, empujando al vástago hacia su posición de reposo, y expulsando el aire de la cámara del cilindro al
exterior. Cuando se deja de pulsar la válvula 3/2 de la derecha, ésta vuelve también a su posición de reposo y permanece todo como al
principio.
CIRCUITO c
1.
Componentes: circuito neumático formado por un cilindro de simple efecto, tres válvulas selectoras de circuito, y cuatro válvulas
distribuidoras 3/2 NC, dos de ellas con mando por pulsador y dos de ellas con mando por palanca. Todos los retornos son por resorte.
2.
Posición de reposo: mientras no sean pulsadas ninguna de las 4 válvulas 3/2, el aire no entrará a la cabeza del cilindro, por lo que el
pistón del cilindro se mantendrá en la posición de reposo. El aire que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado
empujado por el pistón (y el resorte) hacia la salida de la vía 3 de dos de las válvulas 3/2, una de las de palanca y otra de las de pulsador.
3.
Posición de trabajo: Cuando se pulsa uno cualquiera de los mandos de las válvulas 3/2, ésta pasa a posición de trabajo, permitiendo que
pase el aire hasta la cabeza del cilindro, pasando previamente por las dos válvulas selectoras de circuito que se encuentra en su camino.
En este momento entra el aire a la cámara del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance.
4.
Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador del la válvula 3/2 el muelle de retorno hace que vuelva a la posición de reposo. Hasta
que se repite la situación descrita en el punto 3. La única particularidad que tiene este circuito es que el pistón puede ser accionado desde
cualquiera de las 4 válvulas distribuidoras, aunque nunca podrá ser accionado desde dos de ellas (o más) simultáneamente.
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25. IDENTIFICA LOS COMPONENTES DE CADA CIRCUITO OLEOHIDRÁULICO Y EXPLICA SU
FUNCIONAMIENTO.
CIRCUITO a
4.
1.
Componentes: circuito OLEOHIDRÁULICO formado por un cilindro de doble
efecto, una válvula distribuidora 5/2 con mando eléctrico y retorno por muelle.
2.
Posición de reposo: mientras no sea pulsado el PNA, el ACEITE entra por la parte
trasera del cilindro a través de la distribuidora (posición izquierda o de reposo),
haciendo que el pistón del cilindro se mantenga en la posición de reposo. El ACEITE
que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado empujado por el
pistón hacia el depósito a través de la 5/2.
3.
Posición de trabajo: Cuando se pulsa el pulsador eléctrico, la válvula 5/2 pasa a
posición de trabajo (posición derecha), permitiendo que pase el ACEITE hasta la
cabeza del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance. El ACEITE acumulado
en la culata del cilindro es expulsado por el pistón a través de la distribuidora al
depósito.
Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador, el muelle del retorno de la distribuidora hace que vuelva a la posición de reposo
(izquierda). En este momento entra el ACEITE por la culata del cilindro, empujando al pistón hacia su posición de inicio, y expulsando
el ACEITE de la cabeza del cilindro al exterior (depósito) a través de la distribuidora.
CIRCUITO b
1.
Componentes: circuito OLEOHIDRÁULICO formado por un cilindro de doble efecto, una válvula distribuidora 5/2 con mando y
retorno hidráulicos, una válvula oleohidráulica de inicio de acción 3/2 NC con mando por pulsador y retorno por muelle, dos
microválvulas finales de carrera 3/2 con mando por rodillo y retorno por muelle y dos válvulas reguladoras de caudal unidireccionales.
2.
Posición de reposo: mientras no sea pulsado el PNA de la válvula 3/2, el ACEITE entra por la parte trasera del cilindro a través de la
distribuidora (posición izquierda o de reposo), haciendo que el pistón del cilindro se mantenga en la posición de reposo. El ACEITE que
había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón hacia el depósito a través de la 5/2, regulando la
velocidad de retorno con la reguladora de caudal de la izquierda. Cuando el vástago acciona la microválvula de la derecha, pasa por ésta
el aceite, que es dirigido hacia el mando de la distribuidora, pero la presión que recibe este mando no es suficiente para accionar esta
válvula, por lo que el sistema permanece estático.
3.
Posición de trabajo. Carrera de avance: Cuando se pulsa el pulsador manual de la 3/2 pasa el ACEITE a través de ella hacia el mando
hidráulico de la distribuidora 5/2, que unida a la presión recibida por la microválvula de la derecha (final de carrera de retorno) hace que
la 5/3 pase a posición de trabajo (posición derecha), permitiendo que pase el ACEITE hasta la cabeza del cilindro, con lo que se produce
la carrera de avance. El ACEITE acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el pistón a través de la distribuidora al depósito,
pasando previamente por la reguladora de caudal de la izquierda, por lo que la velocidad de avance está siendo regulada. Esta situación
se mantiene hasta que el vástago pulsa el mando de la microválvula izquierda.
4.
Retorno: cuando el vástago pulsa el mando de la microválvula izquierda, ésta cambia de posición y permite que pase el ACEITE a
través de ella y llegue al retorno de la distribuidora 5/2, haciendo que cambie ésta a la posición de reposo (izquierda). En este momento
entra el ACEITE por la culata del cilindro nuevamente, iniciando la carrera de retorno y empujando al pistón hacia su posición de inicio,
y expulsando el ACEITE de la cabeza del cilindro al exterior (depósito) a través de la distribuidora 5/2, habiendo sido regulada su
velocidad previamente por la reguladora de caudal de la derecha. El ciclo se repetirá hasta que deje de ser pulsado el mando de la 3/2
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
EJERCICIOS PROPUESTOS. PÁGINA 299 DEL LIBRO
A. RESUELTO EN EL LIBRO.
B. RESUELTO EN EL LIBRO.
C. Por una tubería horizontal de 3 cm de diámetro circula un fluido hidráulico con una velocidad de 3 m/s
a.
Determina el caudal en m3/s. Para un fluido incompresible (líquido) se cumple que:
Q=v•S =v•
b.
π ⋅ D2
4
=3•
π (0.03)2
4
m3
= 2.12 ⋅ 10 ..
s
−3
Calcula cuál será la velocidad del fluido en un punto de la conducción en el que hay un estrechamiento de 10 mm de
diámetro.
v=
Q
Q
4⋅Q
4 • 2.12 ⋅ 10 −3
m
=
=
=
= 27..
2
2
2
S π ⋅D
s
π ⋅D
π ⋅ 0.01
4
D. Por una tubería de 4 cm de diámetro circula un caudal de 200 litros/min de un fluido hidráulico cuya densidad es
de 925 Kg/m3. Determina:
a.
La velocidad del fluido en m/s. En primer lugar calculamos el caudal en m3/s (SI), y después la velocidad en m/s.
Q = 200
litro
litro
m3
1 min
= 200
• 10 −3
•
= 3.33 ⋅ 10 −3..m 3 / s = 3.33..litros / s
min
min
litro 60 s
v=
b.
Q
Q
4⋅Q
4 • 3.33 ⋅ 10 −3
m
=
=
=
= 2.65..
2
2
2
S π ⋅D
s
π ⋅D
π ⋅ 0.04
4
El régimen de circulación, sabiendo que la viscosidad dinámica es de 0.0006 N·s/m2. Para ello hay que calcular el
número de Reynolds (R). Si éste es menos que 2300, flujo laminar; si es mayor que 10000, flujo turbulento.
R=
Fi d • D • v 925 • 0.04 • 2.65
=
=
= 16253 > 10000; ⇒ FLUJO...TURBULENTO
Fr
η
0.0006
E. Un cilindro neumático tiene las siguientes características: diámetro del émbolo: 100 mm; diámetro de vástago: 20
mm; carrera : 700 mm; presión de trabajo : 6 kg/cm2. Si realiza 5 ciclos por minuto:
a.
Calcula la fuerza que ejerce en ambas direcciones. La presión en el SI vale:
P=6
2
Kg
Kg
N
4 cm
=
6
•
9
.
8
•
10
= 5.88 ⋅ 10 5..N / m 2 ( Pa )
Kg
cm 2
cm 2
m2
Fea = P ∗
FeR = P ∗
π ∗ D2
4
= 5.88 ⋅ 10
π ∗ (D 2 − d 2 )
4
(100 ⋅ 10 )
∗π ∗
−3 2
5
= 5.88 ⋅ 10
4
5
= 4618.14 __ N
[(100 ⋅ 10
∗π ∗
) − (20 ⋅ 10 ) ] = 4433 __ N
−3 2
−3 2
4
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
b.
Calcula el caudal de aire, en condiciones normales, expresado en m3/s.
VT = V A + V R =
π (2 D 2 − d 2 )
4
∗e =
Q = n ∗ VT = 5
[
π 2(100 ⋅ 10 − 3 ) − (20 ⋅ 10 − 3 )
2
2
4
] ∗ 0.7 = 15.4 ⋅ 10
−3
m 3 = 15 .4...litros
ciclos
m3
1 min
m3
∗ 0.0154
∗
= 1.283 ⋅10 − 3
min
ciclo 60 s
s
Y ese volumen medido en C.N. será:
V CN =
PABS ∗ VT (Ptrabajo + Patm )
5.88 ⋅ 10 5 + 1.013 ⋅ 10 5 ∗ 1 .286 ⋅ 10 − 3
=
∗ VT =
= 8.73 ⋅ 10 − 3 _ m 3 / s
5
Patm
Patm
1.013 ⋅ 10
(
)
F. Dos cilindros neumáticos iguales de simple efecto, de 5 cm de diámetro y 12 de carrera, realizan los siguientes ciclos
de trabajo:
•
•
El cilindro A, una embolada (ciclo completo de avance y retorno) cada 2 segundos.
El cilindro B, dos emboladas (ciclos completos de avance y retorno) cada 2 segundos (uno por segundo)
a.
Calcula el caudal de aire, en litros/min que consumen los dos cilindros en las condiciones de trabajo indicadas. En
primer lugar calcularemos el volumen de aire consumido en el avance por cada cilindro, que es el mismo para los dos.
Va = S ∗ e =
π ∗ D2
4
π (50 ⋅ 10 −3 )
2
∗e =
4
∗ 0.12 = 2.35 ⋅ 10 − 4 m 3 = 0.235 _ litros / ciclo
El cilindro A ejecuta un ciclo en 2 segundos, por lo que el caudal de aire consumido será:
QA =
V 0.235 litros
m3
m3
=
∗ 10− 3
= 0.1175 ⋅ 10 − 3
t
2
s
litro
s
QB = 2QA = 0.235 ⋅ 10 − 3
m3
s
El cilindro B ejecuta un ciclo en 1 segundo, es decir, en la mitad de tiempo que el A, o lo que es lo mismo, consumirá el
doble de caudal de aire que el A.
b.
Calcula la potencia desarrollada en cada accionamiento por cada uno de los cilindros, si la presión de trabajo es de 5
bar. En primer lugar debe calcularse el caudal consumido en m3/s
PA = p ∗ Qa = 5 ⋅10 5 ∗ 0.1175 ⋅10 −3 = 58 .75 ..W
PB = p ∗ QB = 5 ⋅10 5 ∗ 0.235 ⋅10 −3 = 117 .5..W
G. ES EL MISMO QUE EL A Y ESTÁ RESUELTO EN EL LIBRO.
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
H. El volumen de aire desplazado por el émbolo de un cilindro neumático de doble efecto, en un ciclo completo, es de 2
litros (VA + VR = VT = 2·10-3 m3), medido a la presión de trabajo. La fuerza nominal en la carrera de avance es de
16000 N (FEA) y la presión de trabajo, de 0.5 Mpa (5·105 Pa). La fuerza de rozamiento es el 10% de la fuerza teórica
(η
η = 90% = 0.9). El diámetro del vástago es de 25 mm (d = 0.025 m). Calcula:
a.
El diámetro del émbolo. Para ello aplicaremos la expresión de la fuerza efectiva en el avance.
Fea = η ∗ P ∗
b.
4
π (2 D 2 − d 2 )
4
e=
∗e
(
)
4(VA + VR )
4 2 ⋅10−3
=
= 0.0283..m = 28.3..mm
π 2 D 2 − d 2 π 2 • 0.2127 2 − 0.0252
(
)
(
)
En un pantano, el agua retenida ejerce sobre el fondo del muro de
contención una fuerza de 1250 N. El desagüe se realiza a través de una
compuerta de 2 m de diámetro situada en la parte inferior del muro, con un
caudal de 15 m3/s.
a.
Calcula la velocidad de salida del agua por el desagüe. Para ello aplicamos
la expresión del caudal y despejamos v.
v=
b.
Q
Q
4⋅Q
4 • 15
m
=
=
=
= 4.78..
2
2
2
S π ⋅D
s
π ⋅D
π ⋅2
4
La presión sobre la compuerta, en kp/cm2 y en Pa. Para ello aplicamos directamente la expresión de la presión.
P=
F
F
4⋅F
4 • 1250
N
=
=
=
= 397.9..
( Pa )
2
2
2
S π ⋅D
m2
π ⋅D
π ⋅2
4
Q = 397.9
En kp/cm2.
J.
4 ∗ FEA
4 ∗ 16000
=
= 0.2127..m = ..212.7..mm
P ∗ π ∗η
5 ⋅ 10 5 ∗ π ∗ 0.9
D=
La carrera del émbolo. Para ello aplicaremos la expresión del volumen total de aire consumido.
VT = V A + V R =
I.
π ∗ D2
kp
N
1 kp
1 m2
∗
∗
= 4 ⋅ 10 − 3
2
4
2
9.8 N 10 cm
m
cm 2
El principio de funcionamiento de un gato hidráulico es el mismo que el de una
prensa hidráulica. En un taller de automoción se dispone de un gato hidráulico
con émbolos de 16 y 80 cm de diámetro. La fuerza máxima que puede soportar el
émbolo pequeño es de 200 N.
a.
Justifica si con él es posible levantar vehículos de 6000 kg de masa. Por el
principio de Pascal se sabe que la presión a la que está sometida un líquido es igual
en cualquier punto del envase que lo contiene. Es por esto que puede decirse que
P1 = P2 en los dos émbolos del elevador del dibujo. Se calcula F2 y como es menor
de 6000 kg queda demostrado que no puede levantarse un coche de ese peso.
F
F
F • S2
P1 = P2 ;.. 1 = 2 ;...F2 = 1
=
S1 S 2
S1
b.
F1 •
π ⋅ D 22
4
π ⋅ D12
4
=
F1 • D 22
D12
2000 • 0.8 2
=
= 50000...N = 5102..kg..masa
0.16 2
Calcula la presión máxima que soportará el émbolo pequeño. Es la presión correspondiente a la máxima fuerza que se
puede ejercer sobre su superficie, y se puede calcular con la expresión general de la presión.
P=
F
F
4⋅ F
4 • 6000
N
=
=
=
= 2.98 ⋅ 10 5..
( Pa)
2
2
2
S π ⋅D
m2
π ⋅D
π ⋅ 0.16
4
EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA
K. El agua de una presa fluye a través de una tubería hasta una turbina situada a
100 m por debajo. El redimiento de la turbina es del 90 % y el caudal que
llega a ella es de 2000 litros por minuto. Sabiendo que la densidad del agua es
de 1000 kg/m3:
a.
Calcula la potencia de salida de la turbina. Para ello se aplicará la expresión de
la potencia, que es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado:
P = W / t. Aplicando el teorema de Torricelli se puede deducir que toda la
energía potencial del agua de la presa se transforma en energía cinética en la
turbina. Si se calcula la EC y se le aplica el rendimiento se puede saber cuál es
el trabajo desarrollado por la turbina, y con él, la potencia.
p1 + E P1 + E C 1 = p 2 + E P 2 + E C 2
Sabiendo que: p1 = p2 = 1 atm, y se anulan, que la velocidad de descenso del nivel del agua v1 es despreciable frente a v2,
por lo que puede considerarse que EC1 = 0; y que el nivel 0 de energías lo colocamos en el centro de la turbina, por lo que
h2 = 0 m, y EP2 = 0, quedará:
E C 2 = E P1 = d ⋅ g ⋅ h1 = 1000 • 9 .8 • 100 = 980000 ... J
Como el rendimiento de la turbina es de un 90 %, el trabajo realizado será:
W = η ⋅ E P1 = 0 .9 • 980000 = 882000 ... J
Y la potencia de la turbina en la unidad de tiempo (1 s) será:
b.
P = W / t = 882000 w = 882 Kw
Calcula la pérdida de energía durante un día. Un día tiene 24h · 60min · 60s = 86400 s. En primer lugar debe
calcularse la energía perdida por unidad de tiempo, que es el 10 % de la que puede obtenerse (EP1)
EPERDIDA = 0.1 · EP1 = 0.1 · 980000 = 98000 J (en 1 s);
Y en un día
EPERDIDA = 98000 · 86400 = 8.47 · 109 J
(Nota) Este ejercicio tiene un planteamiento incompleto. Yo hubiera preguntado, además, cuál es el diámetro de la
tubería de salida del agua hacia la turbina. Con los datos del problema se puede calcular perfectamente la
velocidad del agua a la entrada de la turbina (EP1 = EC2), y, con el dato del caudal Q, que lo dan para nada, podría
despejar el diámetro de la tubería. Intentad hacerlo porque pienso poner algo parecido en el examen.
L. Por una tubería de 1 pulgada (25.4 mm) de diámetro, pasa un líquido a una velocidad de 0.15 m/s. En la instalación
existe un estrechamiento a la entrada de un tanque para la válvula, con una reducción de media pulgada.
a.
Calcula la velocidad del fluido en el estrechamiento. Aplicando el teorema de continuidad, por el cual se sabe que el
caudal se mantiene constante en una conducción:
Q1 = Q 2 ... ⇔ ... S 1 ⋅ v1 = S 2 ⋅ v 2 ;... ⇔ ...v 2 =
b.
S1
π ⋅ d 12 / 4
25 .4 2
⋅ v1 =
⋅
v
=
⋅ 0 .15 = 0 .60 ... m / s
1
S2
12 .7 2
π ⋅ d 22 / 4
Calcula el caudal de entrada al tanque. Que será cualquiera de los dos, Q1 ó Q2, porque como se ha dicho, son iguales.
Q2 = S 2 ⋅ v2 =
π ⋅ d 22
4
• v2 =
π ⋅ 0 .0127 2
4
• 0 .60 = 7 .6 ⋅ 10 − 5 ... m 3 / s = 4 .5 ...litros / min