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TECNOLOGÍA 4º ESO IES ARCIPRESTE DE HITA
TEMA 5: NEUMÁTICA E HIDRÁULICA5.1.- NEUMÁTICA E HIDRÁULICA. APLICACIÓN EN SISTEMASINDUSTRIALES:
La neumática es el estudio y tratamiento del aire comprimido, realizado concircuitos e instalaciones neumáticas. La hidráulica es la rama de la física queestudia el comportamiento de los fluidos, en función de sus propiedades y de lasfuerzas a las que están sometidos.
Los circuitos neumáticos se emplean para transmitir fuerzas y realizartrabajo por medio de aire comprimido.
Los circuitos hidráulicos utilizan aceite y fluidos sintéticos para este mismofin, por lo que también son denominados circuitos oleohidráulicos.
En la actualidad, cualquier sistema de control puede emplear tanto circuitoseléctricos y electrónicos como neumáticos o hidráulicos, o también una combinaciónde todos ellos. Además, podemos encontrar sistemas neumáticos e hidráulicos endiversos ámbitos, ya que la energía proporcionada por el aire y los fluidos a presiónpuede aplicarse para acciones distintas, como perforar, levantar, excavar,impulsar, etc.
En particular, las ventajas de los sistemas neumáticos son:
La materia prima (el aire) es barata y abundante
El aire es también fácil de transportar y de almacenar
La fugas no son peligrosas, tóxicas ni contaminantes
No hay riesgo de explosión
No hacen falta mecanismos complicados, ya que no es necesario realizartransformaciones energéticas intermedias.
Son ideales en condiciones ambientales desfavorables.
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Aplicaciones de los circuitos neumáticos e hidráulicos:
TRANSPORTE: Camiones de basura, frenos, suspensión y amortiguación,accionamiento de puertas.
INDUSTRIA: Equipos de montaje, accionamiento de robots, manipulaciónautomática.
MAQUINARIA: Máquinas herramienta, tractores, grúas, excavadoras,perforadoras.
AERONÁUTICA: Frenos, trenes de aterrizaje.
MEDICINA: Camas de hospitales, instrumental odontológico
OTROS: Riego automático, limpieza.
5.2.- FLUIDOS. PRINCIPIOS FÍSICOS DE FUNCIONAMIENTO:
El término fluido engloba los líquidos y los gases. Los fluidos tienden a adoptar laforma del recipiente que los contiene. El aire y el agua, elementos con los quetrabajan los circuitos neumáticos e hidráulicos, son fluidos.
Existen dos magnitudes físicas de los fluidos que están presentes en todos lossistemas neumáticos e hidráulicos y que definen su comportamiento: la presión y elcaudal.
PRESIÓN:
La presión “P” es la relación que existe entre una fuerza (F) y la superficie en laque se aplica.
P=FS
La unidad de medida de la presión en el SI es el Pascal (Pa).
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1Pa=1N
1m2
Existen muchas otras unidades de presión ( atmósfera, bar, milímetro demercurio,..)
CAUDAL:
El caudal (Q) de un fluido es el volumen (V) de dicho fluido que atraviesa la seccióndel conducto por el que circula, por unidad de tiempo (t). Se relaciona con lavelocidad de desplazamiento de fluido (v) , siendo L y S la longitud recorrida en elconducto y su sección, respectivamente, según la expresión siguiente:
Q=Vt=S·Lt
=S · v
El caudal se mide en m³ /s (metros cúbicos por segundo) en el SI. También eshabitual expresarlo en litros por unidad de tiempo.
5.3.- SISTEMAS HIDRÁULICOS:
Los sistemas hidráulicos (u oleohidráulicos) utilizan aceite o fluidos sintéticos,cuya principal diferencia con el aire radica en su comportamiento al comprimirlos.Cuando se aplica presión a un fluido contenido en un recipiente, la presión setransmite al instante y por igual en todas las direcciones del fluido, lo queconstituye el principio de Pascal.
Si lo aplicamos a un sistema como el de la figura, de dos pistones comunicados,aplicando la igualdad de presiones en todo el fluido (P1=P2), se obtiene la siguienterelación:
F 1S1
=F2S2
De esta forma, si la superficie S2 es el doble que la superficie S1 y colocamos enella un objeto, la fuerza (F1) que tendremos que ejercer para levantar el objeto se
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reducirá a la mitad con respecto a la que tendríamos que hacer si no dispusiéramosdel sistema (F2). Es decir, F1 = F2 / 2.
Esto permite, en los sistemas hidráulicos, amplificar la fuerza realizada. Loscircuitos hidráulicos se utilizan en frenos, sistemas para levantar cargas pesadas,máquinas herramienta, etc.
5.4.- CIRCUITOS NEUMÁTICOS. ELEMENTOS COMPONENTES:
Los circuitos neumáticos están compuestos por una serie de elementos quecumplen una determinada función. El siguiente diagrama representa lastransformaciones que sufre el aire atmosférico desde que es absorbido de laatmósfera hasta que se produce una acción sobre la máquina.
(falta diagrama)
A grandes rasgos podemos señalar los siguientes pasos:
1.- El aire atmosférico es sometido a un aumento de presión en un compresor,normalmente accionado por un motor eléctrico . Una vez comprimido, se almacenaen un depósito.
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2.- El aire sufre un tratamiento o acondicionamiento para que llegue al circuitolimpio, seco, lubricado y con la presión adecuada.
3.- Desde ahí es conducido a través de las tuberías hacia los cilindros, que son loscomponentes capaces de realizar un trabajo. Las válvulas se encargan de controlarel flujo de aire comprimido que entra y sale de los cilindros.
5.5.- PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO:
Todo el proceso anterior constituye la producción y tratamiento del airecomprimido. Los elementos necesarios para llevarlo a cabo son los siguientes:
COMPRESOR: Es el encargado de elevar la presión del aire ( presión atmosférica) ala presión del trabajo necesaria.
DEPÓSITO O ACUMULADOR: Almacena el aire comprimido para suministrarlo enel momento en que se necesite.
SECADOR: Sirve para reducir el contenido de vapor de agua existente en el aire.Contiene un material poroso que absorbe la humedad del aire que pasa a través deél.
FILTRO: Es el encargado de detener las impurezas que arrastra el aire.
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REGULADOR DE PRESIÓN: Mantiene el aire a una presión constante. Suelenincorporar un manómetro.
LUBRICADOR: En su interior se mezcla el aire con aceite, para intentar aumentarla vida y el rendimiento d ellos circuitos neumáticos. Evita la corrosión y el desgatede las piezas.
UNIDAD DE MANTENIMIENTO: Está formada por los últimos elementosmencionados (filtro, regulador de presión y lubricador). A continuación se muestrael símbolo que resume a los otros tres.
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TODO EL AIRE PRODUCIDO Y TRATADO SE SUELE REPRESENTAR EN UNCIRCUITO DE FORMA SIMPLIFICADA CON EL SÍMBOLO DE FUENTE DEPRESIÓN
5.6.- DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO Y ACTUADORES NEUMÁTICOS(LOS CILINDROS):
La distribución se realiza mediante tuberías y son los actuadores neumáticos, loscomponentes del circuito encargados de transformar la energía del airecomprimido en movimiento, que se aprovecha para realizar un trabajo.
Existen dos tipos de actuadores neumáticos : los que producen movimiento rotativo( motores neumáticos) y los que producen movimiento lineal alternativo (cilindros ).
Los cilindros tienen forma de tubo y en su interior existe un émbolo unido a unvástago que se desplaza con movimiento rectilíneo alternativo y produce untrabajo.
Contemplamos dos tipos de cilindros:
Cilindro de simple efecto: se trata de un tubo cilíndrico cerrado dentro delcual hay un émbolo unido a un vástago que se desplaza unido a él. Por unextremo hay un orificio para entrar o salir el aire y en el otro estáalbergado un muelle que facilita el retorno del vástago.
Este tipo de cilindro trabaja en un solo sentido, cuando el aire entra en él. El retroceso y desalojo del aire se produce por la fuerza del muelle que está albergado en el interior del cilindro.
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Cilindro de doble efecto: se trata de un tubo cilíndrico cerrado con un diseño muy parecido al cilindro de simple efecto, pero sin el muelle de retorno, el retorno se hace por medio de otra entrada de aire.
Este tipo de cilindro trabaja en los dos sentidos, cuando el aire entra en él produce fuerza y desaloja el aire que está en el otro compartimento. El retroceso y desalojo del aire se produce cuando elaire entra por el otro orificio.
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5.7.- LAS VÁLVULAS:
Las válvulas son los elementos del circuito neumático encargadas de la regulación yel control del circuito. Existen diferentes tipos de válvulas, nosotros vamos aresumirlas en no distribuidoras y distribuidoras, analizando éstas últimas.
Estas válvulas tienen una simbología propia que indica:
1.- El número de vías que tienen, que determinará los distintos recorridos posiblesen su interior.
2.- El número de posiciones que puede tomar
3.- El tipo de accionamiento y retorno que necesitan para pasar de una posición aotra.
En las válvulas distribuidoras, el número de posiciones se señala por medio decuadrados. Lo más habitual es que la válvula tenga dos posiciones ( reposo ytrabajo):
Con el objeto de controlar la circulación del aire en una dirección u otra senecesitan elementos de mando y control.
Existen varios métodos para accionar las válvulas y cada uno tiene su símbolo:
Las vías se representan cerradas o bien con flechas que representan el sentido de la circulación del aire de una vía a otra.
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La identificación de una válvula se realiza con un número de dos cifras, la primerade las cuales indica el número de vías y la segunda el número de posiciones.
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EJEMPLO DE CIRCUITO COMPLETO.
Posición de reposo:
Posición de trabajo:
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BIBLIOGRAFíA:
Ed. Donostiarra: Libro “TECNOLOGÍA 4ºESO” .
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