COMPONENTES DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS.

INTRODUCCIÓN

La Fluídica es una rama de la ingeniería que abarca el estudio de la presión y el caudal de los fluidos así como sus aplicaciones; se puede dividir en Hidráulica de agua o de aceite (Oleohidráulica) y Neumática cuando este fluido es un gas.

Arquímedes, hacia el año 250 a.C., investigó alguno de los principios de la hidráulica, cuyas técnicas ya se empleaban con anterioridad, principalmente en sistemas de regadío y de distribución de agua por ciudades. Desde entonces se fueron desarrollando diversos aparatos y técnicas para el movimiento, trasvase y aprovechamiento del agua, siendo en general la cultura árabe la que desarrolló mayores proyectos y técnicas en este sentido.

Finalmente en el año 1653 el científico francés Pascal descubrió el principio según el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas direcciones.

En el siglo XVIII Joseph Bramah construyó el primer mecanismo hidráulico basado en la ley de Pascal: se trataba de una prensa hidráulica con un gran cilindro que movía un vástago en cuyo extremo se aplicaba al material a prensar; la presión necesaria se obtenía por medio de una bomba manual, y el líquido empleado fue agua.

Se puede considerar, pues, a Pascal como el padre de la hidráulica, ya que desde que realizó su descubrimiento se empezaron a desarrollar técnicas de transmisión por medio de fluidos confinados en recipientes y tuberías, y regulados y controlados por válvulas y accesorios que se desarrollaron posteriormente.

Ya en el siglo XX se descubrió que el empleo de aceites minerales en lugar de agua facilitaba la lubricación de las piezas móviles de los componentes del sistema, al tiempo que se disminuía la oxidación de los mismos y las fugas de fluido, de ahí el nombre de Oleo-hidráulica o Hidráulica de aceite.

Posteriormente, con los avances de la técnica y la diversificación de las aplicaciones de la Oleohidráulica, se desarrollaron otros fluidos especiales (inflamables, emulsiones, etc.).

Hoy en día la Oleo-hidráulica y la Neumática son las dos técnicas más empleadas para la transmisión de energía, y en muchas de sus aplicaciones se combinan con controles electrónicos para proporcionar movimientos precisos y controlados.

En la actualidad, la necesidad de automatizar la producción no afecta únicamente a las grandes empresas, sino también a la pequeña industria. Incluso la industria artesana se ve obligada a desarrollar métodos de producción racionales que excluyan el trabajo manual y no dependan de la habilidad humana. La fuerza muscular y la habilidad manual deben sustituirse por la fuerza y la precisión mecánica. La fuerza neumática puede realizar muchas funciones mejor y más rápidamente, de forma más regular y sobre todo durante más tiempo sin sufrir los efectos de la fatiga.

Comparado el trabajo humano con el de un elemento neumático, se comprueba la inferioridad del primero en lo referente a capacidad de trabajo. No obstante, sustituir actividades manuales por dispositivos mecánicos y neumáticos, sólo es un paso dentro del proceso de automatización de la producción industrial.

Este paso está encaminado, al igual que otros muchos, a obtener el máximo provecho con un costo mínimo. La utilización de la máquina adecuada en cada caso será la forma de evitar que la adquisición de costosos equipos que encarezcan el producto en forma desproporcionada, pudiéndose dar el caso de que una máquina especial construida con elementos de serie y que se adapte exactamente a las necesidades del proceso de fabricación, resulte más económica que una máquina estándar. Otro factor importante es el problema de la escasez de personal para según que tipo de trabajos. Visto a largo plazo, se advierte una tendencia regresiva en el número de empleados de las industrias que realizan trabajos muy repetitivos, lo cual no solamente es debido a la creciente automatización, sino a que en un futuro próximo no se encontrará personal para ciertos tipos de trabajos.

La energía neumática no es utilizable en todos los casos de automatización. Las posibilidades técnicas de la neumática están sometidas a ciertas limitaciones en lo que se refiere a fuerza, espacio, tiempo y velocidad en el proceso de la información. Esta tecnología tiene su ventaja más importante en la flexibilidad y variedad de aplicaciones en casi todas las ramas de la producción industrial.

La neumática suministra en la práctica industrial una esencial aportación como magnifico medio de racionalización y automatización. La automatización de dispositivos, maquinaria y procesos industriales aplicando la técnica neumática, ha sido posible debido a la existencia de una gran variedad de elementos de trabajo, mando y regulación, que permiten una construcción económica, sencilla y confiable.

¬¿Qué es automatizar? Es liberar al hombre de manipulaciones repetitivas que requieren poco o ningún esfuerzo mental. Sobre todo en el desarrollo de trabajos en las cuales hay que observar forzosamente un determinado orden de procesos individuales; unos dispositivos adecuados pueden suplir ésta actividad humana de forma más rápida, con una calidad constante y perseverancia incansable.

UNIDAD I COMPONENTES DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS.

1.1. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA NEUMÁTICA.

La palabra “neumática” proviene del griego ”pneuma” que significa aliento o soplo. Aunque el término debe aplicarse en general al estudio del comportamiento de los gases, este término se ha adecuado para comprender casi exclusivamente los fenómenos de aire comprimido o sobre presión (presión por encima de una atmósfera) para producir un trabajo.

Los sistemas neumáticos de mando consumen aire comprimido, que debe estar disponible en el caudal suficiente y con una presión determinada según el rendimiento de trabajo. El suministro de energía es a través del aire comprimido para instalaciones neumáticas comprende los siguientes apartados:

• Producción de aire comprimido mediante compresores

• Acondicionamiento de aire comprimido para las instalaciones neumáticas

• Conducción de aire comprimido para hasta los puntos de utilización

COMPRESORES

El elemento central de una instalación productora de aire comprimido es el compresor. La función de un compresor neumático es aspirar aire a presión atmosférica y comprimirlo a una presión más elevada. El compresor es una máquina cuyo objetivo es lograr que el aire a la salida de ésta tenga un nivel de presión mayor, este propósito lo logrará el compresor al absorber una determinada cantidad de energía la que finalmente se transformará mediante algún mecanismo en energía de presión o energía neumática. El principio mediante el cual se logra el aumento de presión puede ser de dos tipos.

1. principio de desplazamiento

2. principio dinámico

Principio de desplazamiento.- Se refiere en este caso al hecho de que el aumento de presión se logra por compresión, es decir, el compresor admite una cantidad de aire atmosférico y posteriormente reduce su volumen, a causa de la reducción del volumen necesariamente se eleva la presión.

Principio dinámico.- En este caso el aumento de presión se logra de una manera diferente al ingresar el aire al compresor, este le comunica una gran cantidad de energía cinética con lo cual aumenta la velocidad del aire. A la salida del compresor por la construcción interna de éste, la velocidad disminuye, disminuyendo también la energía cinética. Esta disminución permite que una parte de la energía se transforme en energía de presión o neumática.

COMPRESORES DE ÉMBOLO

El compresor más frecuentemente utilizado es el de émbolos, pudiendo emplearse como unidad fija o móvil. En los compresores de émbolo, la compresión es obtenida en uno o más cilindros, en los cuales los émbolos comprimen el aire. Se dividen en:

• Compresores de una etapa

• Compresores de dos etapas

• Compresores de varias etapas

En los compresores de una etapa la presión final requerida es obtenida en sólo un cilindro (en este caso, un cilindro es una etapa). En estos compresores el aire es comprimido hasta la presión final de 6 a 8 bar y en casos excepcionales llegan hasta los 10 bar. Este compresor aspira el aire a la presión atmosférica y luego lo comprime. Se compone de las válvulas de admisión y escape, émbolo y biela-manivela. En la figura 1.1 se muestra el proceso de admisión y escape del compresor de embolo

EN LA ADMISIÓN: El árbol gira en el sentido del reloj. La biela desciende el émbolo hacia abajo y la válvula de admisión deja entrar aire 10º después del punto muerto superior, hasta el punto muerto inferior.

EN EL ESCAPE: En el punto muerto inferior le válvula se cierra, y al ascender el émbolo se comprime el aire. Bajo el efecto de la presión, se abre y circula el aire comprimido hacia el consumidor.

ADMISIÓN ESCAPE

FIGURA 1.1 Etapas de admisión y escape de un compresor de émbolo

El movimiento molecular, provoca una elevación de la temperatura: Ley de transformación de la energía. Si se desean obtener presiones mayores es necesario disminuir la temperatura. En compresores con una relación de compresión más alta,

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