Circuitos hidraulicos y neumaticos

SINTESIS UNIDAD 1.

Conceptos básicos de la neumática

La neumática , según Poveda, G. (2007), es la ciencia que trata acerca de los movimientos y procesos del aire. La palabra neumática proviene del griego "pneuma", que significa respiración, viento y, filosóficamente, aire.

1.1.1 Fundamentos físicos.

En la neumática, según Guillén, A (1993), las magnitudes que más frecuentemente se utilizan son presión y caudal, pero también se utiliza la teoría de los gases perfectos, por ser el aire un fluido que puede considerarse como tal.

Presión: La presión ejercida por un fluido sobre una superficie, y viceversa, es la relación entre la fuerza y la superficie que recibe su acción, esto es:

Ec. 1: P=F/S.

Si la fuerza no es uniforme, para cada punto:

Ec. 2: P= dF/ dS.

Presión atmosférica: Es aquella presión que varía con la altura y las condiciones meteorológicas. Es igual al peso por unidad de superficie de la columna de aire comprendida entre esta superficie y la última capa de la atmosfera. Normalmente se mide con el barómetro.

Presión absoluta: Es la presión resultante de dividir la fuerza ejercida por la sección sobre la actual.

Presión relativa: Es la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica. Esta presión es de suma importancia y se le conoce también como presión de trabajo o presión efectiva. Según las normas CETOP (Comité Europeo de transmisiones oleohidráulicas y neumáticas), de no advertir lo contrario, si se da una presión debe entenderse como manométrica.

La unidad de presión en el sistema internacional es el N/m2, y recibe el nombre de Pascal. Por ser esta unidad muy pequeña para la mayor parte de las aplicaciones, el CETOP recomienda la utilización del bar como unidad, el cual 1 bar = 105Pa.

El caudal, según Poveda, G. (2007), es la cantidad de fluido que atraviesa una sección dada, po unidad de tiempo.

Ec. 3: Q= Volumen/ tiempo= velocidad x área.

En la figura 1 se presenta algunas unidades empleadas para medir el caudal.

Figura 1: Unidades del caudal.

Fuente: Poveda, G. (2007).

1.1.2 Propiedades del aire.

El aire, según Poveda, G. (2007), está compuesto por una mezcla de diferentes elementos químicos, los cuales son nitrógeno (78.09%), oxígeno (20.95%), argón (.93%) y otros (.03%). El aire empleado en neumática es aire que se toma a la presión atmosférica y al que se le puede aumentar la presión hasta 180 psig. Aproximadamente.

Por ser un gas, es comprensible, es decir, permite que se le pueda reducir el volumen haciendo que aumente la presión.

Es fácil de transportar, aunque no es recomendable que las distancias sean demasiado grandes, porque se presentan caídas de presión que pueden ser considerables y pueden afectar las aplicaciones finales.

El aire, como ya se había mencionado antes, puede considerarse como un gas ideal y, por lo tanto, sus propiedades se pueden calcular con la ecuación de los gases ideales:

Ec. 4: PV= mRT

Donde:

P= Presión absoluta.

V= Volumen total.

m= masa.

R= Constante particular del gas.

T= temperatura absoluta.

1.1.3 Tipos de mando.

Existen esencialmente 2 tipos de mandos, directos e indirectos. Los mandos directos son aquellos donde el operador interactúa directamente con los mandos. En la figura 2 se presentan algunos tipos de ellos donde su diferencia radica en el principio de operación.

Figura 2: Tipos de mando directos.

Fuente: Czekaj, D. (1988).

Inversos a los directos, los mandos indirectos son aquellos donde el operador no interactúa con los mandos. En la figura 3 se pueden apreciar algunos:

Figura 3: Tipos de mandos indirectos.

Fuente: Czekaj, D. (1988).

Conceptos básicos de la hidráulica

La palabra "Hidráulica" proviene del griego "hydro" que significa "agua", y "aulos" que significa cañería o entubamiento, cubrió originalmente el estudio del comportamiento físico del agua en reposo y en movimiento.

• Fundamentos físicos de la hidráulica.

Fluido: Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo".

Objetivo del fluido:

• Transmitir potencia

• Lubricar

• Minimizar fugas

• Minimizar pérdidas de carga

Fluidos empleados:

• Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo

• Agua – glicol

• Fluidos sintéticos

• Emulsiones agua – aceite

Según una publicación de Efa Moratalaz (s.f.), Los fluidos hidráulicos deben cumplir con:

– Transmisión de potencia: El fluido debe circular con facilidad por las canalizaciones y elementos del sistema para evitar pérdidas de carga. Debe ser lo más incomprensible posible para conseguir una acción instantánea en el cilindro, de manera que, cuando se ponga en marcha una abomba o se active una valvula, la acción sea instantánea.

– Lubricación: El fluido hidráulico lubrifica los componentes internos de los distintos elementos interponiendo una película de aceite entre las partes móviles que atenúa el desgaste por rozamiento de las mismas. Para que esta lubrificación sea perfecta es necesario añadir aditivos para lubricar aun con grandes presiones y altas temperaturas de funcionamiento.

– Refrigeración: La circulación del aceite por la instalación y alrededor de las paredes del depósito va disipando parte del calor generado en el sistema. En las instalaciones hidráulicas no debe superarse los 60 °C y los depósitos deben tener un volumen de al menos cinco veces el caudal de la bomba.

– Estanqueidad: Para que el cierre entre los componentes hidráulicos sea estanco y no haya fugas se debe tener un buen ajuste mecanico de las piezas y una adecuada viscosidad en el fluido.

1.2.2 Características físicas y químicas de los aceites hidráulicos.

El aceite en sistemas hidráulicos desempeña la doble función de lubricar y transmitir potencia.

Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y por lo tanto, debe hacerse una selección cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor técnicamente bien capacitado.

Una selección adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del sistema, principalmente de las bombas y motores hidráulicos y en general de los actuadores.

Algunos de los factores especialmente importantes en la selección del aceite para el uso en un sistema hidráulico industrial, son los siguientes:

• 1. El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena característica anti desgaste. No todos los aceites presentan estas características de manera notoria.

• 2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las características de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema hidráulico.

• 3. El aceite debe ser inhibidor de oxidación y corrosión.

• 4. El aceite debe presentar características antiespumantes.

Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidráulico; se recomienda una temperatura máxima de trabajo de 65ºC.

El estudio de los líquidos se divide en dos ramas principales: líquidos en reposo (hidrostática) y líquidos en el movimiento (hidráulica). Los efectos de líquidos en reposo se pueden expresar a menudo por fórmulas simples. Los efectos de los líquidos en el movimiento son más difíciles expresar debido a los factores friccionales y otros cuyas acciones no se pueden expresar por matemáticas simples.

Ya vimos que los líquidos tienen un volumen definido pero toman la forma del recipiente que los contiene. Hay dos características adicionales que debemos explorar antes de proseguir:

Los líquidos son casi incompresibles. Por ejemplo, si una presión de 100 libras por la pulgada cuadrada (psi) se aplica a un volumen dado de agua que esté a la presión atmosférica, el volumen disminuirá solamente un 0.03 por ciento. Necesitaríamos una fuerza de aproximadamente 32 toneladas para reducir su volumen en un 10 por ciento; sin embargo, cuando se quita esta fuerza, el agua vuelve inmediatamente a su volumen original. Otros líquidos se comportan de manera casi parecida al agua.

Otra característica de un líquido es la tendencia a mantener su nivel superficial libremente. Si la superficie no está a nivel, los líquidos fluirán en la dirección que corresponda tendiendo a nivelar su superficie.

Símbolo y normas de la neumática y la hidráulica

Los símbolos se encuentran normalizados por la norma DIN ISO 1219, estos símbolos se presentan a continuación.

Figura 4: Simbología de elementos de neumática e hidráulica.

Fuente: Efa Moratalaz (s.f.).

Ventajas y desventajas de los sistemas hidráulicos y neumáticos

La página mitecnologico.com menciona las ventajas y desventajas entre estos sistemas, a continuación se presentan:

Ventajas sistemas neumáticos:

Abundancia: El aire es ilimitado.

Almacenaje: El aire es almacenado y comprimido en acumuladores o tanques, puede ser transportado y utilizado donde y cuando se precise.

Temperatura: El aire es fiable, incluso a temperaturas extremas.

Limpieza: Cuando se produce escapes de aire no son perjudiciales y pueden colocarse en las líneas, en depuradores o extractores para mantener el aire limpio.

Elementos: el diseño y constitución de los elementos es fácil y de simple conexión.

VELOCIDAD: se obtienen velocidades muy elevadas en aplicación de herramientas de montaje (atornilladores, llaves, etc.).

REGULACIÓN: las velocidades y las fuerzas pueden regularse de manera continua y escalonada.

SOBRECARGAS: se puede llegar en los elementos neumáticos de trabajo hasta su total parada, sin riesgos de sobrecarga o tendencia al calentamiento.

DESVENTAJAS DE LOS CIRCUITOS NEUMATICOS

PREPARACIÓN: para la preparación del aire comprimido es necesario la eliminación de impurezas y humedades previas a su utilización.

OBTENCIÓN: la obtención del aire comprimido es costosa.

RIUDOS: el aire que escapa a la atmósfera produce ruidos bastante molestos. Se superan mediante dispositivos silenciadores.

VELOCIDAD: debido a su gran compresibilidad, no se obtienen velocidades uniformes en, los elementos de trabajo.

COSTE: es una fuente de energía cara.

VENTAJAS DE LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS

REGULACIÓN: las fuerzas pueden regularse de manera continua.

SOBRECARGAS: se puede llegar en los elementos hidráulicos de trabajo hasta su total parada, sin riesgos de sobrecarga o tendencia al calentamiento.

FLEXIBILIDAD: el aceite se adapta a las tuberías y transmite fuerza como si fuera una barra de acero.

ELEMENTOS: los elementos son REVERSIBLES además de que se pueden FRENAR en marcha.

SIMPLICIDAD: hay pocas piezas en movimiento como por ejemplo: bombas, motores y cilindros.

MULTIPLICACIÓN DE FUERZAS: visto en la prensa hidráulica.

DESVENTAJAS DE LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS

VELOCIDAD: se obtienen velocidades bajas en los actuadores.

LIMPIEZA: en la manipulación de los aceites, aparatos y tuberías, como el lugar de la ubicación de la maquina; en la practica hay muy pocas maquinas hidráulicas que extremen las medidas de limpieza.

ALTA PRESION: exige un buen mantenimiento.

COSTE: las bombas, motores, válvulas proporcionales y servo válvulas son caras.

Bibliografía

• Czekaj, D. (1988). "Aplicaciones de la ingeniería: Maquinaria hidráulica en embarcaciones". Editorial FAO.

• Efa Moratalaz (S.F.) "Instalaciones hidráulicas". Extraído el 6 de febrero del 2011.

• Guillén, A. (1993). "Introducción a la neumática". Espana: Editorial Marcombo.

• Martínez, M. (s.f.). "Hidráulica" extraído el 3 de febrero del 2011, de: http://www.scribd.com/doc/11542337/Apuntes-de-Hidraulica

• Poveda, G. (2007). "Modelo matemático y dimensional para el planeamiento óptimo de industrias de procesos". Colombia: Editorial ITM.

• Soto, L. (S. F.) "Ventajas y desventajas de los sistemas hidráulicos y neumáticos". Extraído el 5 de febredo del 2011, de: http://www.mitecnologico.com/iem/Main/VentajasYDesventajasDeLosSistemasHidraulicosYNeumaticos.

Autor:

Lira Martínez Manuel Alejandro

DOCENTE: CHIMAL Y ALAMILLA FLORENTINO