Neumatica e Hidrualica

INTRODUCCIÓN

1.1 PROCESOS NEUMATICOS E HIDRAULICOS BASICOS.

En los neumático el fluido es aire y en los hidráulicos fluidos incompresibles, en los oleo hidráulicos ese fluido es aceite.

Conversión de energía eléctrica o mecánica en energía del fluido.

Trasmisión de la energía del fluido a un punto remoto.

Conversión de la energía del fluido a energía mecánica.

1.2 SISTEMAS NEUMATICOS.

El estudio del movimiento del aire se denomina neumática. La humanidad ha usado el viento desde hace mucho tiempo, los usos han sido variados, mover veleros, mover molinos de viento para moler grano o bombear agua. George Westinghouse fabrico un freno de aire, usado en los ferrocarriles. Es el desarrollo de los sensores a mediados del siglo pasado lo que impulsa definitivamente la neumática.

Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de cilindros y otros componentes. La diversidad de usos es muy grande, herramientas, válvulas de control, martillos neumáticos, prensas, frenos neumáticos, y un largo etc.

Las ventajas de estos sistemas son:

Bajo coste de sus componentes.

Facilidad de diseño e implementación.

Bajo par a las bajas presiones con las que trabaja (factor de seguridad).

Riesgo nulo de explosión.

Conversión fácil al movimiento giratorio asi como al lineal.

Transmisión de energía a largas distancias.

Construcción y mantenimiento simple.

Económico de aplicar.

Las desventajas de estos sistemas son:

La imposibilidad de obtener velocidades estables (compresibilidad del aire).

Alto coste de la energía neumática.

Las posibles fugas reducen el rendimiento.

Requerimientos mínimos para una instalación neumática:

Estación generadora.

Preparadora de aire comprimido.

Filtro

Lubricador

Regulador de presión.

Red de tuberías para llegar al utilizador.

Un conjunto de preparación de aire para cada dispositivo neumático individual.

1.3 SISTEMAS HIDRAULICOS (OLEOHIDRAULICA).

La hidráulica a diferencia de la neumática utiliza básicamente los fluidos hidráulicos (incompresibles), como medio de presión para mover los pistones y los cilindros.

Las ventajas de los sistemas hidráulicos son:

Gran potencia transmitida con pequeños componentes.

Posicionamiento preciso.

Arranque con cargas pesadas.

Movimientos lineales independientes de la carga.

Operaciones suaves e inversas.

Buen control de regulación y disipación de calor.

Las desventajas de los sistemas hidráulicos son:

Polución.

Peligro de incendio.

Accidente en caso de fuga de aceite.

Sensibilidad a la suciedad.

Peligro por altas presiones.

Dependencia de la temperatura por la viscosidad.

1.4 COMPARACION SISTEMAS NEUMATICOS E HIDRAULICOS.

Efecto de las fugas.

N: Solo perdida de energía.

H: Contaminación

Influencia en el ambiente.

N: Aprueba de explosión. Insensible a la temperatura.

H: Riesgo de incendio en caso de fuga. Sensible al cambio de temperatura.

Almacenaje de energía.

N: Fácil.

H: Limitada.

Transmisión de energía.

N: Hasta 1000m. Caudal v=20-40 m/s. Velocidad de señal 20-40 m/s.

H: Hasta 1000m. Caudal v=2-6 m/s. Velocidad de la señal hasta 1000 n/s.

Velocidad de operación.

N: V=1,5 m/s.

H: V=0,5 m/s.

Coste de alimentación.

N: Muy alto.

H: Alto.

Movimiento lineal.

N: Simple con cilindros. Fuerzas lineales. Velocidad dependiente de la carga.

H: Simple con cilindros. Buen control de velocidad. Fuerzas muy grandes.

Movimiento giratorio.

N: Simple, ineficiente, alta velocidad.

H: Simple, par alto, baja velocidad.

Estabilidad.

N: Baja, el aire es compresible.

H: Alta, ya que el aceite es casi incompresible; además el nivel de presión es más alto.

Exactitud de posición.

N: 1/10 mm posible sin carga.

H: Puede conseguirse 1 mm.

Fuerzas.

N: Protegido contra sobrecargas. Fuerzas limitadas por la presión neumática y el diámetro del cilindro (F=30kN a 6 bar).

H: Protegido contra sobrecarga, con presiones que alcanzan los 600 bar y pueden generarse grandes fuerzas hasta 3.000kN.

ACTUADORES.

2.1 NEUMATICOS.

Los actuadores neumáticos transforman la energía del aire comprimido en trabajo mecánico, generando un movimiento lineal mediante servomotores de diafragma, pistones o cilindros, o bien un movimiento giratorio con motores neumáticos.

2.2 HIDRAULICOS.

Los actuadores hidráulicos, que son los más usados y de mayor antigüedad en las instalaciones hidráulicas, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, y aprovechan la energía de un circuito o instalación hidráulica de forma mecánica generando movimiento lineal.

2.3 CILINDROS NEUMATICOS DE MOVIMIENTO LINEAL

El cilindro neumático es un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago.

Imagen 1.

Imagen 2.

Utilizando las imágenes 1 y 2 haremos una descripción de las partes más importantes de un cilindro neumático lineal.

En la imagen 1 tenemos:

a.- Tubo cerrado o camisa.

Para esfuerzos grandes se fabrica de acero embutido sin costuras.

Si los esfuerzos no van a ser elevados se suelen fabricar de aluminio.

Los cilindros de aluminio se emplean cuando la frecuencia de uso no es muy grande y se protegen contra la corrosión.

El terminado superficial será de alta calidad (bruñido) con el fin de proteger las juntas.

El tamaño de los cilindros determinas dos parámetros muy importantes en el funcionamiento del mismo, el diámetro que marca el tamaño del embolo sobre el que aplicaremos la fuerza y la longitud que determina la carrera.

Tanto los diámetros como la carrera están normalizados.

e.- Embolo.

Es la pieza que cierra el cilindro y sobre la que aplicamos la presión del aire.

Las juntas dinámicas generan un ajuste entre el embolo y el cilindro que le permite desplazarse y evita las fugas.

El embolo puede ser tratado con temple.

Hay modelos que llevan montado un imán si es un cilindro preparado para captación magnética de la posición.

v.- Vástago.

El vástago se une mecánicamente con el embolo, cerrando la unión con tuercas y juntas estáticas de sellado.

Fd.- Ft.-Fondo delantero y trasero.

Son los dos cierres del cilindro.

En la delantera por donde sale el vástago se monta en ella un collarín obturador.

De la guía del vástago se encarga el casquillo del cojinete, delante del mismo se encuentra el aro rascador. La función de este es la de eliminar todo tipo de impurezas que pueda traer el vástago antes de entrar en el cilindro.

C-.- Cámara negativa.

Es la que queda en el lado del vástago.

La presión aplicable es menos al tener menos superficie libre.

C+.- Cámara positiva.

La opuesta a la anterior.

Cámara donde se podrá aplicar una presión mayor.

En la imagen 2 se puede observar un despiece completo de un cilindro neumático, en el se pueden ver los sistemas de unión entre el cilindro y los fondos, mediante pernos. También se ven las diferentes arandelas usadas para evitar fugas.

2.4 LONGITUD DE LA CARRERA.

La carrera de un cilindro neumático no podrá ser muy grande. Si tenemos carreras largas y émbolos grandes, la rentabilidad del sistema baja mucho, al subir los consumos de aire y el tamaño de los actuadores.

Problemas que se presentan al tener carreras grandes:

Pandeo del vástago.

Se puede aumentar el diámetro de vástago, si no aumentamos el diámetro del cilindro perdería prestaciones.

Hay que reforzar los cojinetes de guiado.

Otra solución es la de usar cilindros de vástago guiado.

2.5 FUERZA DEL EMBOLO.

La fuerza que podrá generar un actuador dependerá fundamentalmente de dos parámetros, la presión aplicada sobre el embolo (P) y el área sobre el que podamos aplicarla (A).

F(Teorica)= P*A

La fuerza efectiva dependerá de todos los rozamientos generados en el sistema, Hay que conocer la fuerza real disponible para poner en servicio el actuador.

2.6 CONSUMO DE AIRE

Para poder diseñar la instalación tendremos que conocer el caudal de aire que habrá que suministrar a los actuadores por unidad de tiempo, dependiendo de ello se necesitara un equipamiento u otro de mayor poder.

Este caudal se calculara teniendo presente el volumen de los actuadores y las veces que se usaran por unidad de tiempo.

2.7 FIJACIONES.

Las fijaciones de los cilindros son importantes porque ellas no permiten garantizar el correcto funcionamiento de los mismos. Las hay fijas o pivotantes, con las primeras el vástago realiza solo movimiento lineal, y con las segundas se le permite un cierto giro.

Las uniones, igual que estaban normalizadas las medidas de los cilindros, también lo están para su posible intercambio.

2.8 VELOCIDAD DEL EMBOLO.

Este parámetro depende de varios factores, presión

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