Subido por Javier Daniel Colque

4 circuitos neumticos-hidralica

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ELEMENTOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Generadores de aire comprimido o compresores
Unidad de mantenimiento o grupo de acondicionamiento
Actuadores: cilindros y motores
Válvulas distribuidoras
Válvulas reguladoras de presión y caudal
Otras válvulas con funciones especiales
1.- Compresores
Es el elemento de circuito encargado de convertir la energía mecánica
aplicada a su eje en energía de presión. Normalmente llevan
incorporado un filtro, un elemento refrigerador (la compresión supone
aumento de la temperatura) y un depósito donde almacenar el aire a
presión.
Tipos:
1.1. Volumétricos: reducen el volumen por lo que si p*V= cte, entonces al reducir el
volumen se aumenta la presión
a) Alternativos: El movimiento alternativo de un émbolo en el interior de un
cilindro parecidos a los cilindros de un motor térmico, produce la aspiración
del aire atmosférico y su escape hacia el circuito una vez comprimido.
Pueden tener uno o más cilindros (compresores alternativos de una o varias
etapas).
b) Rotativos: De paletas o de tornillo. En ambos casos el movimiento rotativo o
bien de las paletas o bien de los tornillos reduce el volumen del aire
aumentando su presión. (Ventajas: proporcionan un flujo de aire
comprimido más constante que los alternativos).
1.2. Dinámicos: aumentan la velocidad del aire, la energía cinética del aire se
convierte posteriormente en energía de presión (teorema de Bernoulli).
a) De flujo axial: con rotores de paletas en forma de hélice (dibujo libro página
315)
b) De flujo radial: las paletas se distribuyen de forma radial (como en un molino de
viento).
Estos compresores proporcionan un elevado caudal de aire y si constan de varias
etapas se pueden alcanzar presiones de 50 bars.
2.- Unidad de mantenimiento
Consta de:
Símbolo abreviado
Compresor
Filtro
Regulador de presión
con manómetro
Lubricador
Filtro: encargado de depurar el aire comprimido. Otros filtros:
Con purga manual
con purga automática
Regulador de presión: encargado de mantener
constante la presión en el circuito (permite el paso del aire del compresor al circuito
siempre que en el circuito la presión se encuentre por debajo del valor prefijado.
Lubricador: encargado de aportar el lubricante necesario para evitar el desgaste por
rozamiento de los diversos componentes del circuito.
3.- Actuadores: cilindros y motores
3.1. Cilindros: provocan un desplazamiento en línea recta. Los dos elementos
principales son el émbolo o pistón que separa la cámara posterior y anterior del
cilindro y el vástago, cuyo movimiento se debe al desplazamiento del émbolo.
Cilindros de simple efecto
Sólo entra aire comprimido en una
de las dos cámaras, produciéndose
el recorrido del vástago en sentido
contrario por acción de un muelle o
de una carga externa.
De avance por presión
o trabajo por compresión
De retroceso por presión
o trabajo por tracción
Cilindros de doble efecto
El aire comprimido entra por ambas
cámaras provocando el avance o
Con doble vástago y amortiguador
retroceso del vástago. Pueden llevar
uno o dos vástagos y disponer de un mecanismo amortiguador mecánico o neumático
de final del recorrido.
3.2 Motores: Provocan un desplazamiento rotativo. Se utilizan como sustitutos de los
motores eléctricos en ambientes peligrosos para estos últimos (corrosivos, elevadas
temperaturas,...). Son motores que proporcionan elevadas velocidades de giro y una
rápida inversión del sentido.
Tipos: un único sentido de giro
y caudal constante
doble sentido de giro
y caudal constante
doble sentido de giro
y caudal variable
- Motores rotativos de pistones: constituidos por un cierto número de cilindros de
simple efecto, unidos por medio de bielas a un eje principal en forma de cigüeñal.
Mediante una válvula de distribución de tipo rotativo se introduce el aire comprimido de
forma secuencial en los pistones, garantizando así la rotación del eje principal.
- Motores de paletas: constan de una carcasa y un rotor excéntrico que contiene
alojados un cierto número de paletas. Al entrar el aire comprimido, ejerce una fuerza
de empuje sobre la parte saliente de las paletas, provocando el giro del rotor. Las
paletas se adaptan a la superficie de la carcasa a causa de la fuerza centrífuga.
- Motores de turbina se emplean cuando se requieren altas velocidades de giro y
pequeñas potencias. El aire comprimido actúa sobre los álabes del eje principal
provocando su giro.
4.- Válvulas distribuidoras
Se clasifican según el número de vías y de posiciones en:
Normalmente cerrada (NC)
Norma CETOP
Válvula 2/2
(2 vías/ 2 posiciones)
Válvula 3/2
(3 vías/2 posiciones)
2
2
A
A
1
1
P
P
2
1
Normalmente abierta (NA)
Norma ISO
A
2
3
3
2 posiciones NC
1
R
P
A
P
R
3 posiciones NC
Válvulas 4 vías
Válvulas 5 vías
Conexiones:
Tubería
Toma aire a
Escape directo Escape indirecto
Silenciador
presión
(sin racor)
(con racor)
Racor: elemento de unión para la conexión entre tubos y/o componentes. Permite la
libre circulación del aire en su interior y garantiza la estanqueidad de la junta.
Nombres a cada vía:
Entrada de aire a presión
Salidas de aire a presión
Escapes
Pilotajes
CETOP
P
A,B,C,D,..
R,S,T,V,…
Z,Y,X
ISO
1
Pares (2,4,6)
Impares (3,5,7)
Pares a partir 12 (12,14,16)
Tipos de accionamiento válvulas:
Manuales
general
pulsador
palanca
pedal
muelle
rodillo
rodillo escamoteable
con
enclavamiento
Mecánicos
leva
Neumáticos y eléctricos
por presión
directo
por presión indirecto (con por presión diferencial eléctrico (por
amplificador)
electroimán)
5.- Válvulas reguladoras de presión y caudal
Válvulas reguladoras de presión:
Circuito neumático
P
P
P
A
A
R
Válvula de
seguridad o
limitadora
de presión
P
Válvula reguladora
de presión de dos
vías con manómetro
(sin escape)
P
R
Válvula reguladora de
presión de tres vías
(con orificio de
escape)
Otra parte del
circuito
Válvula de
secuencia
Válvula de seguridad o válvula limitadora de presión: su misión es provocar el escape
de aire cuando en el circuito se produce una sobrepresión. Al aumentar la presión del
aire en el circuito se abre la válvula provocando el paso de aire de P a R.
Válvula reguladora de presión: encargada de mantener la presión constante en el
circuito, permite o no el paso del aire hacia los conductos de trabajo si la presión en
estos se mantiene debajo de un nivel prefijado. En el caso de contar con orificio de
escape, si la presión aumenta, el exceso de aire escapa por R.
Válvula de secuencia: permite el paso del aire hacia otras partes del circuito siempre
que la presión alcanzada en la vía de entrada supere un valor determinado.
Válvulas reguladoras de caudal o de flujo:
Bidireccional (regula el
caudal en ambos sentidos)
Unidireccional (regula el
caudal sólo cuando el
aire pasa de izquierda a
derecha)
Unidireccional (regula el
caudal sólo cuando el
aire pasa de derecha a
izquierda)
6.- Otras válvulas con funciones especiales
Válvula antirretorno: permiten el paso del aire en un único sentido (según el dibujo de
derecha a izquierda) sólo en el caso de la pilotada, cuando entre aire a presión pro el
pilotaje se permitirá el paso del aire en sentido contrario.
Válvula antirretorno
Válvula antirretorno
con muelle
Válvula antirretorno
pilotada
Válvulas lógicas:
- Válvula selectora de circuito: realiza la función lógica “O”. Cuando
entra aire a presión por una de las dos entradas o por las dos, la
válvula permite el paso del aire hacia el orificio de salida.
- Válvula de simultaneidad: realiza la función lógica “Y”. Sólo en el caso de que entre
aire a presión por las dos entradas la válvula permitirá el paso del aire hacia el orificio
de salida.
normalizada
de uso más frecuente
Válvula de escape rápido: esta válvula incrementa la velocidad a la que el aire escapa
de un conducto de trabajo, con objeto de aumentar la velocidad de retroceso del
vástago de un cilindro o para utilizar ese escape de aire a gran
velocidad en otras aplicaciones. Es frecuente su uso con un
silenciador colocado en el escape.
Temporizadores:
A la conexión
Signal in
Output
A la desconexión
Signal in
Output
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO HIDRÁULICO
1.- Grupo de accionamiento
Está formado por el motor que acciona la
bomba, el depósito, una válvula limitadora de
presión y generalmente un manómetro.
Hay diversos tipos de bombas, las más
importantes son:
- Bomba de engranajes: consta de dos ruedas dentadas, el giro de una de ellas
provoca el giro de la otra provocando el movimiento del fluido en un sentido y la
succión (a crear una depresión) en el otro.
- Bomba de tornillo: está constituida por dos o tres tornillos helicoidales que engranan
entre sí, ajustando perfectamente bien con la carcasa en la que se encuentran
contenidos. Uno de los tornillos está accionado por el motor y transmite su movimiento
a los otros, obligando al aceite a trasladarse axialmente. El caudal es muy uniforme y
las bombas de este tipo resultan muy silenciosas.
- Bomba de paletas deslizantes: está constituida por un rotor que gira excéntricamente
con respecto a la carcasa, y que va provisto de paletas que pueden deslizar
radialmente. Debido a la excentricidad, la cámara situada entre el rotor y el estator
aumenta y disminuye sucesivamente de volumen durante el giro, provocando primero
una succión y posteriormente una expulsión del líquido.
- Bomba de émbolos radiales: Consta de una serie de émbolos apoyados en la
carcasa fija y alojados en un rotor que gira excéntricamente. Durante el transcurso del
giro los émbolos realizan la aspiración y la impulsión. Frecuentemente se asocian dos
bombas de este tipo conectadas de múltiples maneras con controles automáticos: en
paralelo con salida común o distinta; en paralelo, pero ambas de distinto caudal y
también en serie.
(Fijaos que los tipos de compresores, motores y bombas son muy semejantes en su
constitución y funcionamiento: hay compresores, motores y bombas de paletas, de émbolos
radiales, hay compresores y bombas de tornillo,.............)
2.- Diferencias entre circuitos hidráulicos y neumáticos
La principal diferencia entre ambos vienen marcadas por la naturaleza de los
fluidos que se consideran: aire (muy compresible) y aceite o similares (casi
incompresibles).
La Neumática se puede considerar adecuada para fuerzas no superiores a las 3
Tn. con desplazamientos rápidos. Los elementos de un circuito neumático suelen estar
preparados para trabajar a presiones inferiores a 10 bar. Se puede usar en el
accionamiento de pequeños motores, como es el caso de herramientas portátiles, o de
motores de alta velocidad que pueden alcanzar las 500.000 r.p.m. Su campo de
aplicación abarca procesos de control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas,
etc. en todo tipo de industrias.
La Hidráulica es apropiada para grandes esfuerzos tanto en actuadores lineales
como en motores de par elevado, y permite un control exacto de velocidad y parada.
Su utilización se extiende a las industrias metalúrgicas, a las máquinas-herramientas,
prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de
transporte, etc.
Las principales diferencias entre un circuito neumático e hidráulico son:
- En un circuito hidráulico los elementos pueden estar sometidos a
presiones de hasta 200 bar por lo que la medida y control de la presión
es muy importante en estos circuitos, de manera que suelen utilizarse
válvulas limitadoras de presión en diferentes partes del circuito.
- Es frecuente la utilización de válvulas de cierre (grifos),
así
como de válvulas distribuidoras de tres posiciones, que permiten mantener el émbolo
en una determinada posición de su recorrido así como evacuar directamente el caudal
enviado por la bomba sin presión y sin calentarse.
MAGNITUDES, TEOREMAS YFÓRMULAS MÁS USUALES EN NEUMÁTICA E
HIDRAÚLICA
Presión: p=F/S . Unidad en el S.I. Pa (N/m2).
1 atm= 1,013 bar.
1kg/cm2= 0,98 bar
1 bar=105 Pa.
(1bar≈ 1atm ≈ 1kg/cm2)
Presión relativa o manométrica = presión absoluta – presión atmosférica
Densidad: ρ= m/V (kg/m3). Densidad del agua:ρa=103 kg/m3. Densidad relativa: ρr=ρ/ρa
Viscosidad: µ dinámica ν: cinemática ν=µ
µ / ρ. Varían con la temperatura.
Índice de viscosidad IV: indica la variación de la viscosidad con la temperatura de un
aceite. A mayor IV menor variación con la temperatura (se evita que aceite pierda
viscosidad a temperaturas elevadas), lo que mejora el efecto amortiguador y la
resistencia al desgaste de los mecanismos lubricados por dichos aceites. Para elevar
el IV de un aceite se le añaden aditivos y reciben el nombre de aceites multigrado.
Pérdida de carga: es la pérdida de presión debida al rozamiento del fluido
internamente y con las paredes de la tubería. Ésta, por tanto, dependerá del diámetro
y longitud de la tubería, de la velocidad, así como de la viscosidad del fluido y de su
régimen (laminar o turbulento). La pérdida de carga máxima admisible se expresa
como el porcentaje respecto a la presión inicial que podrá perderse desde el
generador hasta los elementos actuadores del circuito.
Caudal: Q= V/t (m3/s). En una tubería: Q = S*L/t Q= S*v
Potencia de una bomba: P=W/t = F*L/t = p*S*L/t P = p *Q
Ecuación de continuidad: a lo largo de una tubería Q=cte S1*v1=S2*v2 (cuidado, en
neumática no es de aplicación este principio porque el fluido se comprime)
Teorema de Bernoulli: en un fluido no viscoso la suma de las alturas piezométrica,
geométrica y dinámica es constante a lo largo de una línea de corriente.
pV + mgh + ½ m v2 =cte
(divido por mg)
p/ρ
ρg + h + v2/2g = cte
En el caso de fluidos viscosos debo considerar la pérdida de carga
Principio de Pascal: La presión ejercida en una masa líquida se transmite igual en
todas las direcciones: p1=p2 F1/S1 = F2/S2.
CÁLCULO DE FUERZA DE AVANCE Y RETROCESO DE UN VÁSTAGO Y
CONSUMO DE AIRE O FLUIDO.
Cilindro de simple efecto:
Se: superficie del émbolo
L: carrera del émbolo
p: presión manométrica
n: ciclos o emboladas por minuto
Fm: fuerza del muelle
Fr: pérdidas por rozamiento
Fuerza de avance: Fa= p*Se – Fm – Fr
Volumen de aire consumido por ciclo a presión de trabajo (p1=p+patm): V1= Se*L
Volumen de aire consumido por ciclo en condiciones normales (p2=patm):
p1*V1=p2*V2
V2=(p1/p2)*V1
Consumo de aire en c.n. : Q=V2*n
Cilindro de doble efecto:
Se: superficie del émbolo
Sv: superfice del vástago
L: carrera del émbolo
Fuerza de avance: Fa= p*Se – Fr
p: presión manométrica
n: ciclos o emboladas por minuto
Fr: pérdidas por rozamiento
Fuerza de retroceso: Fre= p * (Se-Sv) –Fr
Volumen de aire consumido por ciclo a presión de trabajo (p1=p+patm): V1= (2Se-Sv)*L
Volumen de aire consumido por ciclo en c.n. (p2=patm): V2=(p1/p2)*V1
Consumo de aire en c.n.: Q=V2*n
En el caso de cilindros hidráulicos, el consumo de fluido por ciclo sería: Q= V1*n
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