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Circuitos hidraulicos y neumaticos



  1. Conceptos básicos de la
    neumática
  2. Conceptos básicos de la
    hidráulica
  3. Símbolo y normas de la neumática
    y la hidráulica
  4. Ventajas y desventajas de los sistemas
    hidráulicos y neumáticos
  5. Bibliografía

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

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