Mecánica E Hidráulica

Temario

1.1 INTRODUCCION

1.2 INTODUCCION A LA NEUMATICA

La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire y así en sus comienzos el hombre utilizo el viento en la navegación y en el uso de los molinos para moler grano y bombear agua. El 1868 George Westinghouse fabrico un freno0 de aire que revoluciono la seguridad en el trasporte ferroviario. Es a partir de 1950 que la neumática se desarrolla ampliamente en la industria con el desarrollo paralelo de los sensores.

Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de cilindros y motores neumáticos y se aplican en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, motores neumáticos, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, vibradores, frenos neumáticos, etc.

Las ventajas que presenta el uso de la neumática son el bajo costo de sus componentes, su facilidad de diseño e implementación y el bajo par o la fuerza escasa que puede desarrollar las bajas presiones con que trabaja (típico 6 bar) lo que constituye un factor de seguridad. Otras características favorables son el riesgo nulo de explosión, si conversión fácil al movimiento giratorio así como el lineal, la posibilidad de transmitir energía a grandes distancias, una construcción y mantenimiento fáciles y la economía en las aplicaciones.

Entre las desventajas figura la imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la compresibilidad del aire, los altos costos de la energía neumática y las posibles fugas que reducen el rendimiento.

La neumática precisa de una estación de generación y preparación del aire comprimido formado por un compresor de aire, un depósito, un sistema de preparación del aire (filtro, lubricador y regulador de presión), una red de tuberías para llegar al utilizador y un conjunto de preparación del aire para cada dispositivo neumático individual.

Preparación de aire.

1.2.1 CONCEPTO

La neumática (del griego πνεῦμα "aire") es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

1.2.2 ECUACIONES FUNDAMANTALES

Existen varias leyes útiles para la tecnología neumática, mostrada a continuación.

• Ley de Boyle-Mariotte.

En el siglo XVII tanto Robert Boyle como Edmé Mariotte enunciaron la siguiente ley:

A una temperatura constante, los volúmenes ocupados por una misma masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones que soportan.

Los gases son elásticos y se pueden comprimir, los líquidos no. Los gases cuando están encerrados tienden a ocupar el mayor espacio posible y ejercen una presión sobre el recipiente que ocupan. Aumentando la temperatura disminuimos el volumen. Esta ley es fundamental en neumática, pues nos indica el rendimiento que tendrá una instalación.

• Ley de Gay-Lussacc.

Con esta ley se demuestra que un gas con presión constante, tiene un volumen directamente relacionado con su temperatura.

• Ley de Amonton.

Un gas con un volumen constante, su presión absoluta varía proporcionalmente con su temperatura.

• Ley de Poisson.

Aquí tenemos una constante K que cambia con la presión y la temperatura.

La ley nos explica que si no existe intercambio de calor con el entorno, la relación existente entre la presión absoluta y el volumen que ocupa un gas, viene expresado por la fórmula.

• Fuerza del pistón simple efecto

Con: F= Fuerza (newton)

D = Diámetro cilindro (mm)

= Presión del aire (bar)

=Fuerza del muelle (newton)

• Fuerza del cilindro doble efecto

• Potencia

P = Q * ɤ * H

Q = caudal

ɤ= peso especifico

H= altura

• Potencia del motor eléctrico

N = (P * Q)/

1.2.3 PRINCIPALES APLICACIONES

• Servomotor neumático: consiste en un diafragma con resorte que trabaja (con algunas excepciones) entre 0.2 – 1 bar (3 y 15 psi), es decir, que las posiciones extremas de la válvula corresponden a 0.2 – 1 bar (3 y 15 psi).

• Actuadores neumáticos: convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico generado por un movimiento lineal.

• Motor neumático: el típico es el de paletas donde un eje excéntrico dotado de paletas gira a gran velocidad por el aire que llena y vacía las cámaras formadas entre las paletas y el cuerpo del motor.

• Válvulas neumáticas: su función es la de direccionar el sentido del flujo que se mueve a través de ellas.

A continuación se mencionan más aplicaciones de función neumática.

• Frenos neumáticos

• Válvulas solenoides

• PLC’s

• Posicionadores neumáticos

1.3 INTRODUCCION A LA HIDRAULICA DE POTENCIA

La hidráulica utiliza básicamente los fluidos hidráulicos como medio de presión para mover los pistones de los cilindros. En la figura se muestra el movimiento típico de un pistón dentro del cilindro gracias a la energía proporcionada por un sistema hidráulico formado por una bomba, un depósito y un conjunto de tuberías que llevan el fluido a presión hasta los puntos de utilización.

Dentro de estos sistemas se encuentran los motores hidráulicos con velocidades que abarcan desde 0.5 RPM hasta 10 000 RPM y el par que proporciona va desde 1Nm (baja velocidad) hasta 20 000Nm (alta velocidad).

Cilindro típico de un pistón.

Los sistemas hidráulicos se aplican típicamente en dispositivos móviles tales como maquinaria de construcción, excavadoras, plataformas elevadoras, aparatos de elevación y trasporte, maquinaria para agricultura y simuladores de vuelo.

Sus aplicaciones en dispositivos fijos abarcan la fabricación de montaje de maquinas de todo tipo, líneas transfer, aparatos de elevación y trasporte, prensas, maquinas de inyección y moldeo, maquinas de laminación, asesores y montacargas.

Tienen las siguientes ventajas:

Gran potencia trasmitida con pequeños componentes, posicionamiento preciso, arranque con cargas pesada, movimientos lineales independientes de la carga ya que los líquidos son casi incompresibles y pueden emplearse válvulas de control , operación suave e inversa, buen control y regulación y disipación favorable de calor.

Y entre sus desventajas figuran:

Polución del amiente con riesgo de incendio y accidentes en el caso de fuga de aceite, sensibilidad a la suciedad, peligro presente debido a las excesivas presiones, dependencia de la temperatura por cambios en la viscosidad.

Análogamente a los sistemas neumáticos, los sistemas hidráulicos se complementan con los eléctricos y electrónicos médiate dispositivos tales como válvulas solenoides, señales de realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera. Es fácil, en particular, en sistemas complejos, acoplarles un PLC (programable logic controller) que les permite programar la lógica de funcionamiento de varios cilindros.

1.3.1 CONCEPTO

En el caso de la potencia hidráulica tomamos en consideración el flujo o caudal de la bomba y el proceso de conversión de la energía. Incluye la transformación de energía eléctrica en energía mecánica rotacional en el motor; transformación de energía rotacional de la bomba a energía hidráulica; o potencia hidráulica y por último el actuador convierte la potencia hidráulica en potencia mecánica al realizar un trabajo sobre la carga.

1.3.2 ECUACIONES FUNDAMENTALES

• Presión. Es la fuerza que actúa sobres una área determinada

• Trabajo

El trabajo en el sistema oleodinámico sería la fuerza por una distancia, en este caso la distancia que recorre el cilindro Es la medida de lo que hemos obtenido, y para que se produzca debe existir un movimiento. Por lo tanto.

Trabajo (J) = Fuerza(N) X Distancia (m)

• Potencia

P = Q * ɤ * H

Q = caudal

ɤ= peso especifico

H= altura

• Potencia del motor eléctrico

N = (P * Q)/

1.3.3 APLICACIONES

• Bomba hidráulica: convierte la energía mecánica desarrollada por el motor eléctrico ene energía de presión hidráulica.

• Acumulador hidráulico: la función que cumple es la de almacenar y liberar la presión de fluido hidráulico ante una demanda de presión del sistema o bien para mantener el circuito hidráulico en carga durante un tiempo determinado con el objeto de proporcionar una presión hidráulica suficiente en caso de fallo del sistema.

• Válvulas: su función es la de direccionar el sentido del flujo

• Accionamiento de turbinas: las válvulas de control de las turbinas de vapor requieren un sistema potente de actuación a través de un vástago.

• Prensas hidráulicas: en los sistemas hidráulicos y en particular en las prensas hidráulicas debe tenerse en cuenta la compresibilidad del fluido hidráulico, aunque este sea idealmente incompresible

2.1 GENERACION Y TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO

Para producir aire comprimido se utilizan

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