Upload
cati-oliver
View
30
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Neumàtica i hidràulica
Citation preview
NEUMÀTICA I HIDRÀULICA
4º ESO
Índex Primera part: pneumàtica
Què són els sistemes pneumàtics? algunes aplicacions Una mica d'història Magnituds i instruments Avantatges i desavantatges de l'aire comprimit Circuits pneumàtics
Principis físics Paral·lelismes amb els circuits elèctrics Components i simbologia Simulació
Segona part: hidràulica Avantatges i desavantatges de la oleohidràulica Circuits hidràulics
Principis físics Components i diferències amb els circuits pneumàtics Simulació
Primera part: NEUMÀTICA
Què són els sistemes pneumàtics? Els sistemes pneumàtics són circuits que utilitzen aire
comprimit per transmetre energia. Els sistemes hidràulics són similars als pneumàtics, però
en lloc d'aire comprimit utilitzen fluids incompressibles com aigua o oli. A la indústria s'usa més l'oli per produir menys corrosió sobre els conductes i servir de refrigerant.
Tots dos es troben en tots els àmbits: regadiu, instal·lacions d'aigua potable, frens, suspensions, obertura de portes, etc.
Anem a conèixer com s'implanten aquests sistemes en la indústria.
Un poc de història - Neumàtica
A finals del s. XVII el físic francès Denis Papin realitza la primera transmissió pneumàtica.
Al s. XIX s'utilitza com a font d'energia per a frens de trens, perforadores de percussió, ascensors ... A finals de segle es deixa de desenvolupar a causa de la competència d'altres tipus d'energia (màquines de vapor, motors i electricitat).
Després de la Segona Guerra Mundial reapareix a gran escala per l'automatització del treball en les indústries.
L'ús de l'aire comprimit es remunta al Neolític, quan van aparèixer les manxes de mà per avivar el foc de les foses o per airejar mines d'extracció de minerals.
Un poc de història - Hidràulica
Al s. XV, Leonardo da Vinci comença l'estudi de la hidràulica. El segueixen Galileu, Pascal, Bernoulli ...
Al s. XIX, amb el desenvolupament de tubs de ferro colat, capaços de resistir altes pressions internes, la hidràulica es va estendre ràpidament en la indústria fins als nostres dies.
La utilització de l'aigua data de fa molts anys. Es coneixen obres de regadiu a Mesopotàmia, 45 segles AC.
Els grans aqüeductes romans comencen a construir-se al 312 AC, i l'aigua arribava als habitatges per tubs de plom.
Pressió: força exercida sobre la superfície d'un cos.
Les unitats que s'utilitzen per a la pressió són: En el Sistema Internacional: el Pascal (Pa)
Però el Pascal es massa petit per les pressions amb les que hem de treballar, per això utilitzarem el bar.
L’aire comprimit que s’utilitza a la industria es comprimeix fins
a obtenir una pressió aproximada de 6 bars respecta l’atmosfèrica (pressió relativa).
Magnituds i instruments (1)
1 Pa = 1 N/m2
Pressió = Força / Superficie
105 Pa = 1 bar ≈ 1 atmosfera
Magnituds i instruments (2)
Els manòmetres són instruments que ens indiquen el valor de la pressió relativa que estem utilitzant.
Pressió absoluta = P. atmosfèrica + P. relativa
El manòmetre mesura això
Magnituds i instruments (3) Cabal: és la quantitat de fluid que travessa una secció de
la canonada en una unitat de temps.
Les unitats que s'utilitzen per el caudal son litres/segons. Els instruments per mesurar el cabal s’anomenen
cabalímetres. Les magnituds que utilitzem en neumàtica e hidràulica
equivalen a altres magnituds elèctriques que hem utilitzat anteriorment.
Cabal = Volum / Temps
Magnitudes eléctricas
Magnitudes neumáticas e hidráulicas
Intensitat CabalTensió (v.) Pressió
Avantatges de l'aire comprimit La matèria primera, l'aire, és abundant i gratuïta. Es pot transportar fàcilment mitjançant canonades. Es pot emmagatzemar en dipòsits. És segur, no hi ha perill d'explosió ni incendi. És net (important per a indústries químiques,
alimentàries, etc.). No li afecten les temperatures extremes. No hi ha risc de sobrecàrrega. La velocitat de treball és alta i es pot regular.
Desavantatges de l'aire comprimit Ha de ser preparat abans d'usar-lo, eliminant la
humitat i les impureses que pugui contenir. Com que l'aire es comprimeix, no permet velocitats
dels elements de treball regulars i constants. Els esforços de treball són limitats (fins a 30.000
N). És sorollós a causa de les fuites d'aire. És costós, perquè encara que l'aire és gratuït cal
gastar energia per comprimir.
Circuits neumàtics
Principis físics L’aire, per pressions inferiors a 12 bars es comporta segons
la llei dels gasos perfectes:P * V = m * R * T
Si es manté constant la temperatura tenim:
Si es manté constant la pressió tenim:
Si es manté constant el volum tenim:
P = pressió (N/m2)V = vol. Específic (m3/kg)m = massa (kg)R = cte. del aire (286,9 J/kg * K)T = temperatura (K)
Modificant la pressió, la temperatura canvia i viceversa
P / T = cte.
Modificant la pressió, el volum canvia i viceversa
P * V = cte.
Modificant el volum, la temperatura canvia i viceversa
V / T = cte.
Paral·lelisme amb circuits elèctrics Per comprendre com funcionen els circuits neumàtics els
podem comparar amb els elèctrics.Circuits elèctrics
Circuits neumàtics o hidràulics
Pila Compressor o bombaCables TuberiesInterruptores Vàlvules de controlActuadors Cilindres neumàtics o
hidràulics
v=0
2
1
Funcionament del circuit neumàtic Fer clic en el professor per veure el funcionament del circuit.
21
3
Components – El compressor El compressor és una màquina que comprimeix l’aire
atmosfèric fins que arriba a la pressió necessària pel funcionament de la instal·lació. L’aire del compressor s’emmagatzema en un dipòsit per deprés
poder utilitzar-ho, el seu nom és acumulador.
La unitat de manteniment prepara l’aire per a que no deteriori les canonades i els actuadors.
Filtre Regulador de pressió Rubricador Manòmetre
Símbol
Símbol
Símbol
Components – El compressor
Alguns tipus de compressors:
Compressor d’èmbol: són els més utilitzats. Funcionen com el motor d’un automòbil, produeixen el moviment alternatiu d’un pistó.
Compressor rotatius: El gir d’un rotor aspira l’aire i el comprimeix, augmentant la pressió. Son més silenciosos que els anteriors i proporcionen un flux d’aire més uniforme.
Símbol del compressor
Components – Canonades Les canonades son els conductes a
través dels quals es canalitza l’aire per a que arribi a tots els elements. Poden ser: Rígides: coure o acer Flexibles: goma reforçada amb malla
metàl·lica
v=0
2
1
Components - Actuadors Els actuadors neumàtics, com cilindres i motors,
transformen la pressió de l’aire en treball mecànic o moviment.
Els cilindres s’utilitzen quan es desitja un moviment rectilini alternatiu, per desplaçar objectes o moure braços de robots.
Cilindre d’efecte simple
Cilindre de doble efecte
Components - Actuadors Cilindre d’efecte simple :
Es un tub cilíndric tancat dins del qual hi ha un èmbol unit a una tija. En un extrem hi ha orifici d’entrada/sortida d’aire i a l’altre, la molla facilita el retorn de la tija.
Aquest tipus de cilindre treballa en un única direcció: quan l’aire a pressió entra impulsa la tija i la molla. El retrocés i desallotjament del aire es produeix per la força de la molla, que retorna el sistema a la seva posició inicial.
Símbol del cilindre de
simple efecte
Components - Actuadors Cilindre de doble efecte:
Es molt similar al cilindre d’efecte simple, però sense la molla. El retorn es realitza introduint aire a pressió per l’altre entrada d’aire.
Aquest tipus de cilindre treballa en els dos sentits: l’aire entra a pressió per una de les entrades i surt per l’altre, de forma que treu l’aire del compartiment.
Símbol del cilindre de
doble efecte
Componentes - Actuadores
2
1 3
Accionament d’un cilindre de simple
efecte
Accionament d’un cilindre de doble
efecte
4 2
1 3
Components - Actuadors Els actuadors rotatius, com el
motor de paletes, s'utilitzen per fer girar objectes o màquines eines, el motor d’una trepadora, cargolar, etc.
També s'utilitzen els cilindres basculants per produir moviments circulars alternatius.
Símbol del cilindre
basculant
Motor neumàtic de 1 i 2 sentits
de gir
Components - Vàlvules Les vàlvules son elements de comandament i
control que permeten i controlen el pas de l’aire en una direcció o l’altre. Són l’equivalent neumàtic dels interruptors
elèctrics. Es classifiquen en:
Vàlvules distribuïdores Vàlvules de control del cabal
v=0
2
1
Válvula de 2/n vías
Components - Vàlvules Una vàlvula és una espècie de caixa amb uns orificis que
serveixen d’entrada i sortida de l’aire comprimit. La vàlvula té un element mòbil, que segons la seva posició determinarà la direcció de l’aire.
Els paràmetres que defineixen una vàlvula són: Nombre de vies: les entrades i sortides que té la vàlvula. Nombre de posicions: el nombre d’estats possibles de la vàlvula. Sistemes d’accionament i retorn (pilotatge): són mecanismes
per accionar i retornar la vàlvula. Els més utilitzats són el polsador, l’enclavament, els sistemes de retorn por molla i el neumàtic.
Les vàlvules s’identifiquen per el nombre de vies i el de posicions. Així, una vàlvula 2/2 té 2 vies i 2 posicions, una vàlvula 3/2 té 3 vies i 2 posicions.
Exemple: vàlvula 2/2 NC (normalment
tancada)
2
1
Components - Vàlvules Cada posició de la vàlvula es representa amb un quadrat. Les vies de la vàlvula es representen mitjançant línies a la
part exterior d’un dels quadrats que representen les posicions.
Components - Vàlvules Tipus de sistemes d'accionament i retorn: els més utilitzats són el
polsador, l’enclavament, els sistemes de retorn per molla i el neumàtic.
Exemple: vàlvula 3/22
1 3
Exemple: vàlvula 4/34 2
1 3
Vàlvula 3/2 amb accionament
manual i retorn manual
2
1 3
Exercici Designa las següents vàlvules:
2
1 3
4 2
1 3
Solució 1: Vàlvula 3/2 d’accionament manual i retorn per molla.
Solució 2: Vàlvula 4/3 d'accionament manual i retorn per polsador amb enclavament.
Solució 3: Vàlvula 5/2 d’accionament per pedal i retorn per molla.
4 2
51
31
Components - Vàlvules
Componentes - Válvulas
21
3
Funcionament d’una vàlvula 3/2
Components - Vàlvules
4
2
5
13
Funcionamient d’una vàlvula 5/2
1
Components - Vàlvules Vàlvula antiretorn:
Permet el pas de l’aire lliurament quan circula des del terminal 2 al 1, i ho impedeix en sentit contrari.
2 1
Símbol de la vàlvula
antiretorn
Components - Vàlvules Vàlvula reguladora de flux unidireccional:
Regula el cabal d’aire comprimit que passa en un sentit de circulació, mentre que en l’altre sentit el deixa passar lliurament.
Vàlvula reguladora
unidireccional
2
1 3
2
1 3
50%
Components - Vàlvules Vàlvula lògica “AND”:
Aquest tipus de vàlvula disposa de dues entrades i una sortida. L’aire podrà circular cap a la sortida només si les dues entrades reben simultàniament aire a pressió. També és coneguda com vàlvula de simultaneïtat.
2
1 3
2
1 3
1 12
Símbol de la vàlvula AND
1 12
Components - Vàlvules Vàlvula lògica “OR”:
Disposa de dues entrades i una sortida. L’aire podrà circular cap a la sortida si una de les entrades rep alimentació de pressió. També és coneguda com vàlvula selectora.
2
1 3
2
1 3
1 12
Símbol de la vàlvula OR
1 12
SimbologiaVàlvules distribuïdores
Símbol Descripció
Vàlvula 3/2 NC
Vàlvula 4/2
Vàlvula 5/2
Vàlvula 5/3 NC
Vàlvula 5/3 en posició d’escapament
SimbologiaVàlvules de control
Símbol Descripció
Vàlvula antiretorn
Vàlvula reguladora de flux unidireccional
Vàlvula AND
Vàlvula OR
Exercici Copia al teu quadern els següents circuits, anomena cada un
dels seus elements, explica el seu funcionament i cerca una aplicació pràctica.
2
1 3
2
1 350
%2
1 3
2
1 3
1 12
Simulació – Circuits neumàtics Utilitzarem el programa fluidsim per circuits neumàtics,
la versió de demostració és gratuïta i la podeu trobar aquí:
Enllaç a la pàgina de fluidsim
Segunda parte: HIDRÁULICA
Avantatges de la oleohidràulica Permet treballar amb forces més grans que la
neumàtica. L’oli utilitzat al circuit es recupera fàcilment. La velocitat d’actuació és fàcilment controlable. Les instal·lacions són compactes. Protecció simple davant sobrecarregues. Poden realitzar-se canvis ràpids de sentit.
Desavantatges de la oleohidràulica El fluid es més car.
El fluid es molt sensible a la contaminació.
Es produeixen pèrdues de càrrega por fregament.
És necessari personal especialitzat pel seu manteniment.
Circuits hidràulics
F1/S1 = P = F2/S2 Es decir: si sobre el pistón de
poca superficie aplicamos una fuerza pequeña, ésta se transmite al pistón de superficie grande, amplificada.
Pero aunque la fuerza se amplifique, no sucede lo mismo con la energía, que se conserva.
Principis físics Principi de Pascal: Cuando se aplica presión a un fluido
incompresible encerrado en un recipiente, esta presión se transmite instantáneamente y por igual a todo el fluido.
Principios físicos Principio de Bernoulli o Ley de Continuidad: El caudal de
un fluido incompresible se mantiene constante en los circuitos hidráulicos en serie.
Por otro lado cuando la velocidad del fluido aumenta, disminuye la presión (efecto Venturi).
Q1 = Q2 = cte.
A1 * v1 = A2 * v2Como A1 >
A2, entonces v2 > v1
Q = caudalA = sección del tubov = velocidad del fluido
v2 > v1
P2 < P1
Simbología – Comparación con neumática
Bombas, compresores y motoresSímbolo Descripción
Compresor para aire comprimidoBomba hidráulica de flujo unidireccionalDepósito neumáticoDepósito hidráulicoMotor neumático 1 sentido de giroMotor neumático 2 sentidos de giroCilindro basculante 2 sentidos de giroMotor hidráulico 1 sentido de giroMotor hidráulico 2 sentidos de giro
Simulación – Circuitos hidráulicos Utilizaremos el programa fluidsim para circuitos hidráulicos,
cuya versión de demostración, gratuita, podéis encontrar aquí:
Enlace a la página de fluidsim