EJERCICIOS RESUELTOS DE NEUMATICA.pdf

EJERCICIOS DEL TEMA DE NEUMÁTICA Y OLEOHIDRÁULICA

ACTIVIDADES DE APLICACIÓN. PÁGINA 296 DEL LIBRO 1. VISCOSIDAD Y VISCOSIDAD CINEMÁTICA. La viscosidad es la resistencia que ofrecen los líquidos al fluir, y es una consecuencia del rozamiento entre las sucesivas capas que forman el fluido. Esta fuerza de rozamiento depende del coeficiente de viscosidad (η), de la superficie de contacto entre dos capas sucesivas (S) y de la variación de la velocidad con la que se desplazan dos capas entre ellas respecto a la distancia que las separa.

∆∆∗∗=

d

vSFR η Despejando

∆∆∗

=

d

vS

FRη y sus unidades en el S.I. son:

22 / m

sN

m

smm

N ∗=∗

Si se utiliza el sistema cegesimal de medidas, en el que la distancia se mide en cm., y la fuerza en dinas (10-5 N):

22

1

24

5

21.010

10

110

1

111

m

sN

m

sN

m

sN

cm

sdinapoise

∗=∗=∗=∗= −−

−

El coeficiente de viscosidad es una característica propia de cada líquido, y es una constante. En muchos cálculos técnicos se utiliza la viscosidad cinemática, por se más práctico en el cálculo y más fácil de medir, y es la relación entre la viscosidad y la densidad, que también son dos constantes para cada líquido.

dC

ηη = Sus unidades en el S.I. : s

m

mKg

msmKg

mKg

msN 2

3

2

3

2

/

/

/

/ =∗∗=∗ y en el cegesimal (stoke):

2. RESISTENCIA OLEODINÁMICA. La resistencia oleodinámica es proporcional a su densidad porque a mayor peso por unidad de volumen, mayor es la FR entre el fluido y la conducción; proporcional a la viscosidad cinemática porque la capacidad que tiene un líquido de fluir sobre una conducción influye en la adherencia de éste sobre la tubería, y, por lo tanto, sobre el rozamiento; depende proporcionalmente de la lngitud del tubo porque cuando mayor sea éste, mayor fuerza de rozamiento deberá vencer; es inversamente proporcional

al D del tubo porque a menor diámetro, mayor velocidad (ecuación de continuidad) y mayor FR (cociente d

v

∆∆

)

3. POTENCIA MECÁNICA. Datos: P = 60 bar = 60 · 105 Pa; ηm = 85 %; Q= s

m

s

ml 34

33

1033.860

1050

min50 −

−

⋅=⋅=

4. PARÁMETROS DE UN CILINDRO NEUMÁTICO. � Fuerza efectiva ejercida por el vástago: es la suma de las fuerzas que es capaz de desarrollar la cabeza del vástago en su carrera de avance y en su carrera de retorno. Si el cilindro es de simple efecto solo realizará fuerza en el avance. � Carrera: es la distancia máxima que se desplaza el pistón en el interior del cilindro por la acción de la presión de un fluido. � Consumo de aire: es el volumen de aire que necesita un cilindro para realizar un ciclo completo (avance más retorno). Si el cilindro es de simple efecto (retorno por resorte) solo consumirá aire durante la carrera de avance. En el caso de los cilindros neumáticos, el consumo de aire debe calcularse en C.N., por lo que habrá que aplicar la ley de Boyle-Mariotte. � Velocidad de accionamiento: es la velocidad con la que se desplaza el émbolo dentro del cilindro, y depende del caudal de aire que entre en su interior (Q). Las velocidades de avance y retorno en un cilindro de doble efecto son distintas debido a la diferencia de S entre las dos cavidades, al no realizar fuerza sobre la superficie ocupada por el vástago en el retorno. � Amortiguación: es la reducción de velocidad del émbolo en el tramo final de cada carrera para evitar la parada brusca del émbolo.

s

m

s

cm 24

2

101 −=

WQPP

PP

P MM

M

A .588285.0

1033.81060;....

45

=⋅∗⋅=∗===−

ηηη


5. FUERZAS EFECTIVAS DE AVANCE Y RETORNO. DATOS: D = 50 mm, d = 20 mm, P = 8 bar η = 90%

( )N

DPFea __7.1413

4

10501089.0

4

235

2

=⋅∗∗⋅∗=∗∗∗=−

ππη

( ) ( )[ ]N

dDPFeR __5.1187

4

102010501089.0

4

)(2323

522

=⋅−⋅∗∗⋅∗=−∗∗∗=−−

ππη

6. CONSUMO DE AIRE EN l/min en C.N. DATOS: e = 80 mm, 20 ciclos / min

( )litrosme

DeSVa _157.01057.108.0

4

1050

434

232

=⋅=∗⋅=∗∗=∗= −−ππ

( ) ( )[ ]litrosme

dDesSVR _132.01032.108.0

4

10201050

4

)()( 34

232322

=⋅=∗⋅−⋅=∗−∗=∗−= −−−ππ

El volumen total consumido en un ciclo: VT = VA + VR = 0.157 + 0.132 = 0.289 litros por ciclo. Como son 20 ciclos en un minuto, el volumen consumido en un minuto será: VT = 0.289 * 20 = 5.78 l/min Y, ese volumen medido en C.N. será: 7. FUERZA EFECTIVA EN EL AVANCE DE UN CILINDRO DE S IMPLE EFECTO. DATOS: P = 6 bar, η = 80 %, E = 7.8 N, FEA = 48 N ¿¿¿¿D????

)4

(2

ED

PFea −∗∗∗= πη ED

PFE −∗∗=

4

2πη

4

2DPE

FE ∗∗=− πη

8. FUERZAS EFECTIVAS EN EL AVANCE Y EN EL RETORNO D E UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

DATOS: D = 50 mm, d = 30 mm, P = 225 bar η = 85%

( )N

DPFea __37551

4

10501022585.0

4

235

2

=⋅∗∗⋅∗=∗∗∗=−

ππη

( ) ( )[ ]N

dDPFeR __24033

4

103010501022585.0

4

)(2323

522

=⋅−⋅∗∗⋅∗=−∗∗∗=−−

ππη

9. CONSUMO DE ACEITE DEL CILINDRO ANTERIOR EN l/min : DATOS: e = 180 mm, 4 ciclos / min

eD

VA ∗∗=4

2π

( )e

dDVR ∗−∗=

4

2π

( ) ( )min/_02.52

1

78.518lV

P

PP

P

VPV T

atm

atmtrabajo

atm

TABSCN =∗+=∗

+=∗=

mmmEF

PD E ..12....012.08.7

8.0

48

106

445

==

+∗⋅

=

+∗

=πηπ

min32.258.0

min4

litros

ciclo

litrosciclosVnQ T =∗=∗=

( ) ( ) ( )[ ]ciclo

litrosme

dDVVV RAT ...58.0108.518.0

4

103010502

4

2 34

232322

=⋅=∗⋅−⋅=∗−=+= −−−ππ


10. CÁLCULO DEL D DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO Y LA FUERZA EFECTIVA DE RETORNO.

DATOS: d = 28 mm, P = 50 bar η = 85% FEA = 8432 N

11. SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS ENTRE UNMOTOR Y UNA BO MBA DE ENGRANAJES. SEMEJANZAS: estructuralmente todas, es decir, están formados por los mismos dos engranajes acoplados dentro de una carcasa y con dos orificios para la entrada y salida del líquido. DIFERENCIAS: básicamente la función que realiza cada uno; la bomba tiene uno de los dos engranajes conectado a un motor para provocar el movimiento coordinado de los dos engranajes que succionará líquido y lo lanzará a mayor presión, mientras que el motor aprovecha la presión del líquido de entrada para mover los engranajes, y, en consecuencia, el eje acoplado a uno de los engranajes. La bomba transforma movimiento de los engranajes en energía en forma de presión para el fluido y el motor transforma la energía del fluido en forma de presión en movimiento del eje acoplado a uno de los engranajes. 12. REPRESENTAR SIMBÓLICAMENTE las siguientes válvulas, y compáralas (semejanzas y diferencias).

3/2 NC mando neum/hidr y

retorno por resorte 4/2 mando y retorno

neum/hidr 5/2 mando palanca y

retorno resorte 3/2 mando eléctrico y

retorno resorte

NEUM

HIDR

SEMEJANZAS: Simbología de las posiciones de las válvulas, de las vías, y de todos los mandos y retornos menos los neumáticos y/o hidráulicos. DIFERENCIAS: Nomenclatura de las vías (números en neumática y letras mayúsculas en hidráulica), salida de aire (flecha hueca) y salida de aceite (simbolito ), entrada de aire (flecha hueca) y entrada de aceite (flecha negra) 13. ELECTROVÁLVULA: su principio de funcionamiento es muy sencillo. Está basado en la creación de un campo magnético dentro de una bobina cuando circula por ella la corriente, de manera que el núcleo de esta bobina es un vástago con un obturador que cierra una vía de salida de aire u otra en función de la posición de éste cuando es atraído por el campo magnético o no.

14. VÁLVULA ANTIRETORNO: Cumple la función de evitar que el aire circule en una dirección y/o sentido que no interesa, es decir, sirve para guiar el aire en la dirección con la que trabaja el circuito.

4

2DPFea

∗∗∗= πη mmmP

FD EA ..50....05.0

85.01050

8435445

==∗∗⋅

∗=∗∗

∗=

πηπ

( ) ( )[ ]N

dDPFeR __5728

4

10281050105085.0

4

)(2323

522

=⋅−⋅∗∗⋅∗=−∗∗∗=−−

ππη


15. VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL UNIDIRECCIONAL. ES QUEMA, SÍMBOLO, EXPLICACIÓN: Cuando el fluido circula de derecha a izquierda (entra por A y sale por B), el asiento cónico C (antirretorno) obliga a que circule por la vía superior de la válvula. En esta vía hay instalado un tornillo con un asiento cónico que puede ser regulado en altura, de manera que se cierre más o menos el orificio de salida del fluido, por lo que al modificar la superficie de esta conducción se modifica también el caudal que circula por él. Si por el contrario, el fluido circula desde la vía B hasta la A, el fluido puede vencer fácilmente la resistencia ofrecida por el resorte del antirretorno, por lo que circulará libremente por esta abertura hacia A, sin modificación de sección, y, por lo tanto, sin variar el caudal, por lo que esta válvula solo regula el caudal en el sentido A-B.

16. VÁLVULA BIDIRECCIONAL. ANALOGÍAS Y DIFERENCIAS CON LA ANTERIOR. En esta válvula da igual el sentido de circulación del fluido porque tanto si circula de A hacia B, como al revés, el fluido no tiene más camino que el que pasa por un tornillo con un asiento cónico que puede ser regulado en altura, que cierra más o menos el orificio de salida del fluido, y que modifica la superficie de esta conducción, modificando también el caudal que circula por él en cualquiera de las dos direcciones. Evidentemente la analogía entre las dos válvulas consiste en el sistema de regulación (por tornillo) y la diferencia radica en la posibilidad de regular el caudal del fluido a la entrada y salida, o solamente a la entrada.

17. CUADRO SÍNTESIS DE LOS DETECTORES NEUMÁTICOS DE PRESENCIA

DETECTORES NEUMÁTICOS DE PRESENCIA

POR CONTACTO POR PROXIMIDAD

DETECTOR MICRORRUPTORES ELÉCTRICOS

MICROVÁLVULAS NEUMÁTICAS

DETECTORES DE PASO DETECTORES DE

PROXIMIDAD

FUNCIONAMIENTO

Son pulsadores o finales de carrera que se accionan por el

contacto del vástago del pistón

Son finales de carrera neumáticos, con la estructura de una válvula, cuyo mando es accionado cuando lo pulsa

o empuja el vástago del pistón

Son dos elementos con forma de boquilla, separados y

enfrentados, entre los que se crea una corriente de aire que es redireccionada cuando un objeto se interpone entre ellos e interrumpe el chorro de aire

Es un elemento con tres boquillas. Por dos de ellas se emite una corriente de aire, de manera que cuando se

pone delante de ellas algún objeto, éste revoca el aire a

través de la 3ª boquilla emitiendo una señal neumat.

SÍMBOLO

Se simbolizan como cualquier otra válvula con

mando por pulsador, rodillo o roldana, y retorno por muelle

APLICACIONES

Se utilizan como finales de carrera para gobernar el

funcionamiento de un circuito con electroválvulas

Se utilizan como finales de carrera para gobernar el

funcionamiento de un circuito con válvulas con mando y

retorno neumáticos.

Se utilizan para iniciar o parar una maniobra de un circuito

neumático cuando es detectada la presencia de un objeto. Para ello se utiliza la señal neumática recibida por

el detector y se aprovecha para los mandos y retornos

neumáticos de válvulas.

Se utilizan para iniciar o parar una maniobra de un

circuito neumático cuando es detectada la presencia de un objeto. Para ello se utiliza la señal neumática recibida por

el detector y se aprovecha para los mandos y retornos

neumáticos de válvulas.

18. DIFERENCIAS FUNDAMENTALES ENTRE:

MICROVÁLVULA

VÁLVULA DISTRIBUIDORA

Estructuralmente hablando son iguales, aunque la microválvula es más pequeña. La función de ambas es diferente: la válvula distribuidora coordina, directamente, la entrada y salida de aire en el cilindro, mientras que la microválvula acota el recorrido del pistón. Otra diferencia es que la distribuidora puede tener cualquier mando de trabajo y retorno, mientras que la microválvula solo tiene retorno por muelle y mando de trabajo por contacto (pulsador, rodillo o roldana)

PRESOSTATO

ELECTROVÁLVULA

Son dos cosas completamente distintas: la función del presostato es regular la presión del aire que entra en el pistón, mientras que la electroválvula coordina los momentos o tiempos de entrada de aire en el cilindro con un mando eléctrico. Estructuralmente son completamente distintas. Ocupan sitios distintos dentro del circuito.


ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN. PÁGINA 297 DEL LIBRO 19. CLASIFICACIÓN SAE DE LOS ACEITES MINERALES. ( No se hace) 20. EXPLICAR EL FUNCIONAMIENTO DEL SIGUIENTE ESQUEM A:

CARRERA DE AVANCE: en la posición actual, el circuito no se mueve. Cuando se pulsa el mando de la válvula de inicio (3/2 pulsador – resorte NC) pasa el aire a través de ella y a través de la microválvula final de carrera de la derecha (3/2 rodillo – resorte NC), llegando el aire al mando neumático de la válvula distribuidora (4/2 neuma- neuma) cambiándola de posición. Ésta permite el paso del aire hacia la cabeza del cilindro, y deja que salga el aire de la culata, a través de la ella, hacia la atmósfera, desarrollando el pistón la carrera de avance. En ese instante, el vástago deja de pulsar el rodillo de la microválvula, de manera que deja de llegar aire al mando de trabajo de la válvula distribuidora. CARRERA DE RETORNO: cuando el vástago del pistón pulsa el rodillo de la microválvula final de carrera de la izquierda (3/2 rodillo – resorte NC) cambiándola de posición, circula el aire a través de ella llegando al retorno neumático de la válvula distribuidora, que cambia a la posición de reposo, permitiendo ahora la salida de aire de la cabeza del cilindro, que vuelve a su posición inicial desarrollando la carrera de retorno, debido al empuje ejercido por el aire que entra en la culata del cilindro a

través de la válvula distribuidora. Esta situación sigue hasta que el vástago pulsa el rodillo de la microválvula de la derecha, momento en el cual se repite todo el proceso. PARADA DE LA MANIOBRA: las maniobras se siguen repitiendo mientras que el pulsador del mando de la válvula de inicio esté pulsado. En el momento que se suelta, el resorte la sitúa en la posición de reposo y deja de entrar aire en el circuito, parándose éste. 21. DISEÑA UN CIRCUITO NEUMÁTICO PARA LA SIGUIENTE MANIOBRA. El vástago de un cilindro de doble efecto, en su carrera de avance, hace descender la cuchilla de una cortadora de papel. Para evitar accidentes, el operario debe pulsar simultáneamente con las dos manos para iniciar la maniobra. En el diseño debe usarse: un cilindro neumático de doble efecto, una válvula distribuidora 4/2 con mando neumático y retorno por resorte, y dos válvulas 3/2 con mando por pulsador y retorno por resorte.

22. DISEÑA UN CIRCUITO NEUMÁTICO PARA GOBERNAR INDEPENDIENTEMENTE 2 CILINDROS A y B. El vástago d A debe hacer avanzar una pieza y el de B debe estampar sobre ella una marca. El avance de cada uno de los cilindros debe poder regularse. En el diseño debe utilizarse: dos cilindros neumáticos de doble efecto, dos válvulas 4/2 con mando por palanca y retorno por resorte, y dos válvulas reguladoras de caudal unidireccionales.


23. EXPLICA EL FUNCIONAMIENTO DEL SIGUIENTE ESQUEMA :

Este circuito corresponde a una plataforma elevadora articulada, de manera que cuando el vástago del pistón realiza la carrera de avance, la plataforma baja, mientras que cuando el pistón realiza la carrera de retorno la plataforma sube. Para accionarla se dispone de dos pulsadores. El pulsador de arriba hace que la plataforma descienda. Para ello, cuando se pulsa, se activan los mandos de las dos válvulas neumáticas, el de la derecha de la distribuidora (4/3 2 mandos eléctricos y 2 retornos por resorte) que tiene dos posiciones de trabajo (para subir y para bajar la plataforma) y la válvula de marcho – paro (2/2 mando eléctrico y retorno por resorte), de manera que la distribuidora, situándose la posición de la derecha en modo de trabajo, permite el paso de aire, libremente, hacia la cabeza del cilindro, que realiza su carrera de trabajo, empujando con su vástago hacia fuera a la estructura articulada, que descenderá. El aire contenido en la culata del cilindro sale a través de la válvula neumática 2/2, puesto que por la conducción superior se lo impide la válvula antirretorno, pasando por la válvula reguladora de caudal, que permitirá controlar la velocidad del pistón, y sale a través dela distribuidora a la atmósfera. El final de la maniobra se producirá cuando se deje de pulsar el PNA, con lo que la distribuidora volverá a su posición de reposo al tener un retorno automático por muelle, y el sistema se para.

El pulsador de abajo hace que la plataforma ascienda. Para ello, cuando se pulsa, se activa el mando eléctrico de la posición de la izquierda de la distribuidora, que pasará a la posición de trabajo, dejando pasar el aire a través de ella hacia la culata del cilindro, atravesando libremente la válvula antirretorno. Entonces se produce la carrera de retorno del pistón, empujando con su vástago hacia adentro a la estructura articulada que ascenderá. El aire contenido en la cabeza del pistón sale, a través de la distribuidora, hacia la atmósfera, sin ser regulado en caudal, por lo que no puede controlarse la velocidad de subida de la estructura. El final de la maniobra de ascensión se producirá cuando se deje de pulsar el PNA inferior, con lo que la distribuidora volverá a su posición de reposo (la central) al tener un retorno automático por muelle, y el sistema se para. 24. IDENTIFICA LOS COMPONENTES DE CADA CIRCUITO Y E XPLICA SU FUNCIONAMIENTO.

CIRCUITO a 1. Componentes: circuito neumático formado por un cilindro de doble efecto, una

válvula distribuidora 5/2 con mando neumático y retorno por muelle, y una válvula 3/2 de mando por pulsador y retorno por resorte.

2. Posición de reposo: mientras no sea pulsada la válvula 3/2, el aire entra por la

parte trasera del cilindro a través de la vía conectada al orificio 2 de la distribuidora, haciendo que el pistón del cilindro se mantenga en la posición de reposo. El aire que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón hacia la salida de la vía 4.

3. Posición de trabajo: Cuando se pulsa el pulsador de la válvula 3/2, esta pasa a

posición de trabajo, permitiendo que pase el aire hasta el mando neumático de la distribuidora 5/2 y obliga a ésta a pasar a la posición de trabajo. En este momento entra el aire a la cabeza del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance. El aire acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el pistón a través de la vía 2 de la distribuidora.

4. Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador del la válvula 3/2, el muelle del retorno hace que vuelva a la posición de reposo. En este

momento ya no llega aire al mando neumático de la distribuidora, con lo que el muelle la empuja hacia su posición de reposo, entrando el aire hacia la culata del cilindro, empujando al pistón hacia su posición de inicio, y expulsando el aire de la cámara del cilindro al exterior.


CIRCUITO b 1. Componentes: circuito neumático formado por un cilindro de

doble efecto, una válvula distribuidora 5/2 con mando y retorno neumáticos y dos válvulas 3/2 de mando por pulsador y retorno por resorte.

2. Posición de reposo: mientras no sean pulsadas ninguna de las dos

válvulas 3/2, el aire entra por la parte trasera del cilindro a través de la vía conectada al orificio 2, haciendo que el vástago se mantenga en la posición de reposo. El aire que había acumulado en la cámara del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón hacia la salida de la vía 4.

3. Posición de trabajo: Cuando se pulsa el pulsador de la válvula 3/2

de la izquierda, esta pasa a posición de trabajo, permitiendo que pase el aire hasta el mando de la válvula 5/2y obligando a ésta a que pase a posición de trabajo. En este momento entra el aire a la cámara del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance. El aire acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el pistón a través de la válvula.

4. Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador del la válvula 3/2 de la izquierda el muelle de retorno hace que vuelva a la posición de

reposo. En este momento el pistón deja de moverse. Posteriormente se pulsa el pulsador de la válvula 3/2 de la derecha, pasando esta a la posición de trabajo, el aire entra hacia el retorno neumático de la válvula 5/2 que también pasa ala posición de reposo, permitiendo el paso del aire a la culata del cilindro, empujando al vástago hacia su posición de reposo, y expulsando el aire de la cámara del cilindro al exterior. Cuando se deja de pulsar la válvula 3/2 de la derecha, ésta vuelve también a su posición de reposo y permanece todo como al principio.

CIRCUITO c

1. Componentes: circuito neumático formado por un cilindro de simple efecto, tres válvulas selectoras de circuito, y cuatro válvulas

distribuidoras 3/2 NC, dos de ellas con mando por pulsador y dos de ellas con mando por palanca. Todos los retornos son por resorte.

2. Posición de reposo: mientras no sean pulsadas ninguna de las 4 válvulas 3/2, el aire no entrará a la cabeza del cilindro, por lo que el pistón del cilindro se mantendrá en la posición de reposo. El aire que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón (y el resorte) hacia la salida de la vía 3 de dos de las válvulas 3/2, una de las de palanca y otra de las de pulsador.

3. Posición de trabajo: Cuando se pulsa uno cualquiera de los mandos de las válvulas 3/2, ésta pasa a posición de trabajo, permitiendo que pase el aire hasta la cabeza del cilindro, pasando previamente por las dos válvulas selectoras de circuito que se encuentra en su camino. En este momento entra el aire a la cámara del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance.

4. Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador del la válvula 3/2 el muelle de retorno hace que vuelva a la posición de reposo. Hasta

que se repite la situación descrita en el punto 3. La única particularidad que tiene este circuito es que el pistón puede ser accionado desde cualquiera de las 4 válvulas distribuidoras, aunque nunca podrá ser accionado desde dos de ellas (o más) simultáneamente.


25. IDENTIFICA LOS COMPONENTES DE CADA CIRCUITO OLE OHIDRÁULICO Y EXPLICA SU FUNCIONAMIENTO.

CIRCUITO a 1. Componentes: circuito OLEOHIDRÁULICO formado por un cilindro de doble

efecto, una válvula distribuidora 5/2 con mando eléctrico y retorno por muelle. 2. Posición de reposo: mientras no sea pulsado el PNA, el ACEITE entra por la parte

trasera del cilindro a través de la distribuidora (posición izquierda o de reposo), haciendo que el pistón del cilindro se mantenga en la posición de reposo. El ACEITE que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón hacia el depósito a través de la 5/2.

3. Posición de trabajo: Cuando se pulsa el pulsador eléctrico, la válvula 5/2 pasa a

posición de trabajo (posición derecha), permitiendo que pase el ACEITE hasta la cabeza del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance. El ACEITE acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el pistón a través de la distribuidora al depósito.

4. Retorno: cuando dejamos de pulsar el pulsador, el muelle del retorno de la distribuidora hace que vuelva a la posición de reposo

(izquierda). En este momento entra el ACEITE por la culata del cilindro, empujando al pistón hacia su posición de inicio, y expulsando el ACEITE de la cabeza del cilindro al exterior (depósito) a través de la distribuidora.

CIRCUITO b 1. Componentes: circuito OLEOHIDRÁULICO formado por un cilindro de doble efecto, una válvula distribuidora 5/2 con mando y

retorno hidráulicos, una válvula oleohidráulica de inicio de acción 3/2 NC con mando por pulsador y retorno por muelle, dos microválvulas finales de carrera 3/2 con mando por rodillo y retorno por muelle y dos válvulas reguladoras de caudal unidireccionales.

2. Posición de reposo: mientras no sea pulsado el PNA de la válvula 3/2, el ACEITE entra por la parte trasera del cilindro a través de la distribuidora (posición izquierda o de reposo), haciendo que el pistón del cilindro se mantenga en la posición de reposo. El ACEITE que había acumulado en la cabeza del cilindro ha sido expulsado empujado por el pistón hacia el depósito a través de la 5/2, regulando la velocidad de retorno con la reguladora de caudal de la izquierda. Cuando el vástago acciona la microválvula de la derecha, pasa por ésta el aceite, que es dirigido hacia el mando de la distribuidora, pero la presión que recibe este mando no es suficiente para accionar esta válvula, por lo que el sistema permanece estático.

3. Posición de trabajo. Carrera de avance: Cuando se pulsa el pulsador manual de la 3/2 pasa el ACEITE a través de ella hacia el mando hidráulico de la distribuidora 5/2, que unida a la presión recibida por la microválvula de la derecha (final de carrera de retorno) hace que la 5/3 pase a posición de trabajo (posición derecha), permitiendo que pase el ACEITE hasta la cabeza del cilindro, con lo que se produce la carrera de avance. El ACEITE acumulado en la culata del cilindro es expulsado por el pistón a través de la distribuidora al depósito, pasando previamente por la reguladora de caudal de la izquierda, por lo que la velocidad de avance está siendo regulada. Esta situación se mantiene hasta que el vástago pulsa el mando de la microválvula izquierda.

4. Retorno: cuando el vástago pulsa el mando de la microválvula izquierda, ésta cambia de posición y permite que pase el ACEITE a

través de ella y llegue al retorno de la distribuidora 5/2, haciendo que cambie ésta a la posición de reposo (izquierda). En este momento entra el ACEITE por la culata del cilindro nuevamente, iniciando la carrera de retorno y empujando al pistón hacia su posición de inicio, y expulsando el ACEITE de la cabeza del cilindro al exterior (depósito) a través de la distribuidora 5/2, habiendo sido regulada su velocidad previamente por la reguladora de caudal de la derecha. El ciclo se repetirá hasta que deje de ser pulsado el mando de la 3/2


EJERCICIOS PROPUESTOS. PÁGINA 299 DEL LIBRO A. RESUELTO EN EL LIBRO. B. RESUELTO EN EL LIBRO. C. Por una tubería horizontal de 3 cm de diámetro circula un fluido hidráulico con una velocidad de 3 m/s

a. Determina el caudal en m3/s. Para un fluido incompresible (líquido) se cumple que:

( )s

mDvSvQ

33

22

..1012.24

03.03

4−⋅=•=⋅•=•= ππ

b. Calcula cuál será la velocidad del fluido en un punto de la conducción en el que hay un estrechamiento de 10 mm de

diámetro.

s

m

D

Q

D

Q

S

Qv ..27

01.0

1012.244

4

2

3

22=

⋅⋅•=

⋅⋅=

⋅==

−

πππ

D. Por una tubería de 4 cm de diámetro circula un caudal de 200 litros/min de un fluido hidráulico cuya densidad es

de 925 Kg/m3. Determina:

a. La velocidad del fluido en m/s. En primer lugar calculamos el caudal en m3/s (SI), y después la velocidad en m/s.

slitrossmslitro

mlitrolitroQ /..33.3/..1033.3

min

60

110

min200

min200 33

33 =⋅=••== −−

s

m

D

Q

D

Q

S

Qv ..65.2

04.0

1033.344

4

2

3

22=

⋅⋅•=

⋅⋅=

⋅==

−

πππ

b. El régimen de circulación, sabiendo que la viscosidad dinámica es de 0.0006 N·s/m2. Para ello hay que calcular el

número de Reynolds (R). Si éste es menos que 2300, flujo laminar; si es mayor que 10000, flujo turbulento.

TURBULENTOFLUJOvDd

F

FR

r

i ...;10000162530006.0

65.204.0925⇒>=••=••==

η

E. Un cilindro neumático tiene las siguientes características: diámetro del émbolo: 100 mm; diámetro de vástago: 20

mm; carrera : 700 mm; presión de trabajo : 6 kg/cm2. Si realiza 5 ciclos por minuto:

a. Calcula la fuerza que ejerce en ambas direcciones. La presión en el SI vale:

)(/..1088.5108.966 25

2

24

22PamN

m

cm

Kg

N

cm

Kg

cm

KgP ⋅=••==

( )N

DPFea __14.4618

4

101001088.5

4

235

2

=⋅∗∗⋅=∗∗=−

ππ

( ) ( )[ ]N

dDPFeR __4433

4

1020101001088.5

4

)(2323

522

=⋅−⋅∗∗⋅=−∗∗=−−

ππ


b. Calcula el caudal de aire, en condiciones normales, expresado en m3/s.

Y ese volumen medido en C.N. será:

F. Dos cilindros neumáticos iguales de simple efecto, de 5 cm de diámetro y 12 de carrera, realizan los siguientes ciclos

de trabajo:

• El cilindro A, una embolada (ciclo completo de avance y retorno) cada 2 segundos. • El cilindro B, dos emboladas (ciclos completos de avance y retorno) cada 2 segundos (uno por segundo) a. Calcula el caudal de aire, en litros/min que consumen los dos cilindros en las condiciones de trabajo indicadas. En

primer lugar calcularemos el volumen de aire consumido en el avance por cada cilindro, que es el mismo para los dos.

( )ciclolitrosme

DeSVa /_235.01035.212.0

4

1050

434

232

=⋅=∗⋅=∗∗=∗= −−ππ

El cilindro A ejecuta un ciclo en 2 segundos, por lo que el caudal de aire consumido será:

El cilindro B ejecuta un ciclo en 1 segundo, es decir, en la mitad de tiempo que el A, o lo que es lo mismo, consumirá el doble de caudal de aire que el A. b. Calcula la potencia desarrollada en cada accionamiento por cada uno de los cilindros, si la presión de trabajo es de 5

bar. En primer lugar debe calcularse el caudal consumido en m3/s

G. ES EL MISMO QUE EL A Y ESTÁ RESUELTO EN EL LIBRO .

s

m

sciclo

mciclosVnQ T

33

3

10283.1min

60

10154.0

min5 −⋅=∗∗=∗=

( ) ( ) ( )[ ]litrosme

dDVVV RAT ...4.15104.157.0

4

1020101002

4

2 33

232322

=⋅=∗⋅−⋅=∗−=+= −−−ππ

( ) ( )smV

P

PP

P

VPV T

atm

atmtrabajo

atm

TABSCN /_1073.8

10013.1

10286.110013.11088.5 335

355−

−

⋅=⋅

⋅∗⋅+⋅=∗+

=∗

=

s

m

litro

m

s

litros

t

VQA

33

33 101175.010

2

235.0 −− ⋅=∗==s

mQQ AB

3310235.02 −⋅==

WQpP aA ..75.58101175.0105 35 =⋅∗⋅=∗= − WQpP BB ..5.11710235.0105 35 =⋅∗⋅=∗= −


H. El volumen de aire desplazado por el émbolo de un cilindro neumático de doble efecto, en un ciclo completo, es de 2

litros (V A + VR = VT = 2·10-3 m3), medido a la presión de trabajo. La fuerza nominal en la carrera de avance es de 16000 N (FEA) y la presión de trabajo, de 0.5 Mpa (5·105 Pa). La fuerza de rozamiento es el 10% de la fuerza teórica (ηηηη = 90% = 0.9). El diámetro del vástago es de 25 mm (d = 0.025 m). Calcula:

a. El diámetro del émbolo. Para ello aplicaremos la expresión de la fuerza efectiva en el avance.

b. La carrera del émbolo. Para ello aplicaremos la expresión del volumen total de aire consumido.

I. En un pantano, el agua retenida ejerce sobre el fondo del muro de

contención una fuerza de 1250 N. El desagüe se realiza a través de una compuerta de 2 m de diámetro situada en la parte inferior del muro, con un caudal de 15 m3/s.

a. Calcula la velocidad de salida del agua por el desagüe. Para ello aplicamos

la expresión del caudal y despejamos v. b. La presión sobre la compuerta, en kp/cm2 y en Pa. Para ello aplicamos directamente la expresión de la presión.

En kp/cm2.

J. El principio de funcionamiento de un gato hidráulico es el mismo que el de una

prensa hidráulica. En un taller de automoción se dispone de un gato hidráulico con émbolos de 16 y 80 cm de diámetro. La fuerza máxima que puede soportar el émbolo pequeño es de 200 N.

a. Justifica si con él es posible levantar vehículos de 6000 kg de masa. Por el

principio de Pascal se sabe que la presión a la que está sometida un líquido es igual en cualquier punto del envase que lo contiene. Es por esto que puede decirse que P1 = P2 en los dos émbolos del elevador del dibujo. Se calcula F2 y como es menor de 6000 kg queda demostrado que no puede levantarse un coche de ese peso.

b. Calcula la presión máxima que soportará el émbolo pequeño. Es la presión correspondiente a la máxima fuerza que se puede ejercer sobre su superficie, y se puede calcular con la expresión general de la presión.

4

2DPFea

∗∗∗= πη mmmP

FD EA ..7.212....2127.0

9.0105

16000445

==∗∗⋅

∗=∗∗

∗=

πηπ

( )e

dDVVV RAT ∗−=+=

4

2 22π ( )( )

( )( ) mmm

dD

VVe RA ..3.28..0283.0

025.02127.02

1024

2

422

3

22==

−•⋅=

−+=

−

ππ

s

m

D

Q

D

Q

S

Qv ..78.4

2

1544

4

222=

⋅•=

⋅⋅=

⋅==

πππ

)(..9.3972

125044

42

222Pa

m

N

D

F

D

F

S

FP =

⋅•=

⋅⋅=

⋅==

πππ

2

3

2

2

42104

10

1

8.9

19.397

cm

kp

cm

m

N

kp

m

NQ −⋅=∗∗=

masakgND

DF

D

DF

S

SFF

S

F

S

FPP ....5102...50000

16.0

8.02000

4

4;...;..2

2

21

221

21

22

1

1

212

2

2

1

121 ==•=

•=

⋅

⋅•

=•

===π

π

)(..1098.216.0

600044

42

5222

Pam

N

D

F

D

F

S

FP ⋅=

⋅•=

⋅⋅=

⋅==

πππ


K. El agua de una presa fluye a través de una tubería hasta una turbina situada a

100 m por debajo. El redimiento de la turbina es del 90 % y el caudal que llega a ella es de 2000 litros por minuto. Sabiendo que la densidad del agua es de 1000 kg/m3:

a. Calcula la potencia de salida de la turbina. Para ello se aplicará la expresión de

la potencia, que es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado: P = W / t. Aplicando el teorema de Torricelli se puede deducir que toda la energía potencial del agua de la presa se transforma en energía cinética en la turbina. Si se calcula la EC y se le aplica el rendimiento se puede saber cuál es el trabajo desarrollado por la turbina, y con él, la potencia.

Sabiendo que: p1 = p2 = 1 atm, y se anulan, que la velocidad de descenso del nivel del agua v1 es despreciable frente a v2, por lo que puede considerarse que EC1 = 0; y que el nivel 0 de energías lo colocamos en el centro de la turbina, por lo que h2 = 0 m, y EP2 = 0, quedará: Como el rendimiento de la turbina es de un 90 %, el trabajo realizado será: Y la potencia de la turbina en la unidad de tiempo (1 s) será: P = W / t = 882000 w = 882 Kw b. Calcula la pérdida de energía durante un día. Un día tiene 24h · 60min · 60s = 86400 s. En primer lugar debe

calcularse la energía perdida por unidad de tiempo, que es el 10 % de la que puede obtenerse (EP1) EPERDIDA = 0.1 · EP1 = 0.1 · 980000 = 98000 J (en 1 s); Y en un día EPERDIDA = 98000 · 86400 = 8.47 · 109 J

(Nota) Este ejercicio tiene un planteamiento incompleto. Yo hubiera preguntado, además, cuál es el diámetro de la

tubería de salida del agua hacia la turbina. Con los datos del problema se puede calcular perfectamente la

velocidad del agua a la entrada de la turbina (EP1 = EC2), y, con el dato del caudal Q, que lo dan para nada, podría

despejar el diámetro de la tubería. Intentad hacerlo porque pienso poner algo parecido en el examen. L. Por una tubería de 1 pulgada (25.4 mm) de diámetro, pasa un líquido a una velocidad de 0.15 m/s. En la instalación

existe un estrechamiento a la entrada de un tanque para la válvula, con una reducción de media pulgada.

a. Calcula la velocidad del fluido en el estrechamiento. Aplicando el teorema de continuidad, por el cual se sabe que el caudal se mantiene constante en una conducción:

b. Calcula el caudal de entrada al tanque. Que será cualquiera de los dos, Q1 ó Q2, porque como se ha dicho, son iguales.

222111 CPCP EEpEEp ++=++

JhgdEE PC ...9800001008.91000112 =••=⋅⋅==

JEW P ...8820009800009.01 =•=⋅= η

smvd

dv

S

SvvSvSQQ /...60.015.0

7.12

4.25

4/

4/...;.........

2

2

122

21

12

12221121 =⋅=⋅

⋅⋅

=⋅=⇔⋅=⋅⇔=ππ

min/...5.4/...106.760.04

0127.0

435

2

2

22

222 litrossmvd

vSQ =⋅=•⋅=•⋅=⋅= −ππ

EJERCICIOS RESUELTOS DE NEUMATICA.pdf

Documents

Transcript of EJERCICIOS RESUELTOS DE NEUMATICA.pdf