Circuitos neumáticos y oleohidráulicos

0. INTRODUCCIÓN
El currículo de la Enseñanza Secundaria aborda los contenidos de la
Neumática e Hidráulica en tres cursos optativos y consecutivos:
. Tecnología de 4º de ESO. Control neumático e hidráulico en el bloque
de Control y Robótica.
. Tecnología Industrial I de 1º de Bachillerato. Neumática en el bloque
de Circuitos.
. Tecnología Industrial II de 2º de Bachillerato. Bloque de Sistemas
Neumáticos y Oleohidráulicos. Los contenidos de este curso engloban a
los anteriores; es por lo qué los tomaremos como referencia en nuestro
cursillo de introducción a la Neumática con FluidSIM. El nuevo currículo ha generado buenos recursos, que sumados a la gran
motivación del alumnado en esta materia, propician excelentes resultados.
Marcaremos tres etapas consecutivas y cíclicas en la manera de enseñar
Neumática e Hidráulica a nuestros alumnos: 1º Recursos clásicos: En el papel y la pizarra se comienza el diseño del
circuito. Casi todas las editoriales ofrecen buenos libros de texto donde
encontrar la teoría y los ejercicios adecuados. Recomiendo la Tecnología
Industrial II de Mc Graw Hill. 2º Recursos informáticos: Una vez diseñado "a mano", el circuito debe ser
comprobado mediante software de simulación. El programa PNEUSIM bajo MS-
DOS, que venía cumpliendo esta etapa hasta ahora, es desplazado por el
potente FLUIDSIM, que junto con los ordenadores PC-Robusto y el cañón de
proyección constituyen parte de la dotación con que la Administración
Regional ha equipado nuestros Departamentos de Tecnología. Por otra parte,
la configuración de la intranet con salida a Internet de las aulas,
permite seguir consultando más información sin límites. Recomiendo las
siguientes Web´s:
http://centros5.pntic.mec.es/ies.julian.marias/varios/rincon/neumatic/
(producción propia)
http://www.sapiensman.com/neumatica/ (extenso curso de neumática) 3º Recursos específicos: Con el circuito comprobado e impreso en papel, la
última etapa consiste en la implementación real del mismo mediante un
compresor y un entrenador. El mercado ofrece productos asequibles con los
elementos imprescindibles para llevar a cabo cualquier circuito que
pudiese plantearse en este nivel de conocimiento. |[pic] |[pic] |
| |[pic] | Fotos del Departamento de Tecnología del IES Julián Marías 1. SEMEJANZAS Y DIFERNCIAS ENTRE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA La Neumática e Hidráulica son tecnologías muy semejantes; ambas aplican
los conocimientos científicos sobre fluidos en el diseño de circuitos
presentes en todos los ámbitos industriales, sobre todo en los procesos de
automatización y control. En todo sistema neumático o hidráulico, se
distinguen cuatro elementos: 1º Elementos generadores de energía: Compresor en Neumática y Bomba en
Hidráulica.
2º Elementos de tratamiento de los fluidos: Filtros y reguladores de
presión.
3º Elementos de mando y control: Tuberías y válvulas
4º Elementos actuadotes: Cilindros y motores La diferencia más relevante viene marcada por el tipo de fluido; la
Neumática utiliza aire comprimido (muy compresible) y la Hidráulica
generalmente emplea aceites (prácticamente incompresibles). Por esta razón,
los circuitos neumáticos son abiertos (escapes al ambiente), mientras que
los hidráulicos son cerrados (escapes a un tanque). Además hay otras
diferencias:
|NEUMÁTICA: |HIDRÁULICA: |
|Cargas por debajo de los 3000 Kg |Cargas elevadas tanto en actuadotes |
|Desplazamientos rápidos. |lineales como en motores de par |
|Motores de alta velocidad con más |elevado. |
|de 500.000 rpm. |Control exacto de la velocidad y |
|Control de calidad, etiquetado, |parada. |
|embalaje, herramientas |Industrias metalúrgicas, máquinas |
|portátiles... |herramientas, prensas, maquinaria de |
| |obras públicas, industria naval y |
| |aeronáutica, sistemas de |
| |transporte,... |
|Práctica 1: Utilizando la conexión a INTERNET |
|Visita en INTERNET las direcciones que se te han facilitado en el apartado |
|O. INTRODUCCIÓN. También puedes visitar la Web del Dpto. de Tecnología del |
|IES Julián Marías que tienes en el encabezado de estos apuntes, así como |
|otras Web dedicadas a estas tecnologías. Trata de obtener datos sobre el |
|currículo de la Neumática e Hidráulica en Secundaria. |
|Busca en INTERNET la composición del aire así como la denominación y |
|propiedades de los aceites hidráulicos. |
2. FÍSICA DEL AIRE |COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA: 78% N2 + 20% O2 + 1,3% gases nobles + 0,7% otros |
|PRESIÓN: [pic] ( Unidades: at = Kp/cm2 = bar = 760 mm Hg = 105 Pa (N/m2) |
|(SI) |
|ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES: P.V = n.R.T P (at); V (l); n (moles); R = |
|0,082 at.l/mol.K; T(K) |
|RELACIÓN DE COMPRESIÓN: [pic] |CAUDAL: Q = V/t = S.v |
| |Q(m3/s) | |Práctica 2: Utilizando Excel y/o Derive |
|En un recipiente cerrado de 2 l hay 3.5 g de O2 a 20 ºC. La presión |
|exterior es de 740 mmHg y la T de 20 ºC. si se abre el recipiente, ¿entrará|
|aire o saldrá O2 de él? Sol: saldrá O2 hasta igualar su presión a la del |
|exterior |
|Un compresor de émbolo de una etapa tiene una carrera de 5 cm; el diámetro |
|del émbolo es de 10 cm y el volumen de la cámara de compresión cuando el |
|pistón está en el punto muerto superior es de 70 cm3. Calcula la relación |
|de compresión considerando que la T es constante. Sol: 5,6 |
|Un compresor opera con un Q máximo de 100 m3/h. Si la salida del aire se |
|efectúa por un tubo redondo de 1 cm de diámetro nominal, calcula la |
|velocidad de salida del aire. Sol: 1273 Km/h |
3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
1º Elementos generadores de energía: Comprimen el aire aumentando su
presión por encima de 1 at (la atmosférica a nivel del mar) y reduciendo
su volumen, por lo que se les llama compresores. Pueden emplear motores
eléctricos o de combustión interna; además llevan un depósito (para
acumular el aire), manómetro (mide la presión relativa) y termómetro
(mide la temperatura del aire comprimido en el depósito). Se caracterizan
por su caudal (Q) y su relación de compresión (Rc), que deben ser
adecuadas al consumo de aire que requiere el circuito. |[pic]compresor |[pic] depósito |Clasificación de los compresores: |
| | |De émbolo: Rc de 6 a 15, Q altos. |
| | |Baratos y ruidosos. Funcionamiento |
| | |parecido al motor de cuatro tiempos. |
| | |De una y dos etapas. |
| | |Rotativos: Q muy constantes pero |
| | |menores que los anteriores. Caros y |
| | |silencios. Comprimen el aire mediante |
| | |el giro del motor. De paletas y de |
| | |tornillo |
|[pic]manómetro |[pic] termómetro | |
2º Elementos de tratamiento de aire: El aire comprimido debe estar exento
de humedad, partículas de polvo y conviene que tenga un cierto contenido
de aceite lubricante para de este modo proteger a las válvulas y
actuadores por los que circula. Además la presión de trabajo debe estar
regulada -es frecuente en procesos industriales emplear unas 6 atmósferas-
. La unidad de mantenimiento de aire consta, por tanto de filtro (elimina
partículas sólidas y agua por centrifugado), regulador de presión
(mantiene constante la presión de trabajo: 6 at) y lubricador (aporta
aceite pulverizado por efecto Venturi). |[pic] |[pic]regulador | |[pic] |
|filtro |de presión |[pic] |unidad de mantenimiento |
| | |lubricador | |
3º. Elementos de mando y control: Conducen de forma adecuada el aire. Son
las tuberías y válvulas.
Las tuberías suelen ser de acero en grandes instalaciones, aunque también
de plástico flexible en determinados tramos. El cálculo del diámetro de
las tuberías se realiza mediante tablas y gráficos, teniendo en cuenta
fundamentalmente el caudal, las pérdidas de presión; estas últimas no
deben sobrepasar las 0,1 at desde el depósito al consumidor. Es frecuente
que la red principal sea un circuito cerrado con el fin de garantizar
alimentaciones uniformes.
Respecto de las válvulas, conviene entender la simbología de las de
control de caudal; se las nombra con dos números; por ejemplo válvula 3/2
quiere decir que tiene 3 orificios o vías y 2 posiciones. Se dibujan
tantos cuadros como posiciones tiene y en cada uno de ellos se representa
mediante flechas el estado o forma de comunicarse dichos orificios.
Veamos a