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SISTEMAS NEUMÁTICOS y OLEOHIDRÁULICOS - ESTUDIO Y DISEÑO - Luis Miguel GARCÍA GARCÍA - ROLDÁN Dpto. de Tecnología IES CAP DE LLEVANT - MAÓ TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II 2º BACHILLERATO Maó - 2010

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SISTEMAS NEUMÁTICOS y OLEOHIDRÁULICOS

- ESTUDIO Y DISEÑO -

Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN

Dpto. de Tecnología

IES CAP DE LLEVANT - MAÓ

TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO

Maó - 2010

2

Contenido

Análisis de las propiedades de los fluidos. Uso de las unidades físicas

correspondientes y de las leyes de los gases.

Formulación del principio de Pascal y el teorema de Bernoulli.

Resolución de ejemplos sencillos. Autonomía en la resolución de problemas y

ejercicios.

Circuitos neumáticos y oleohidráulicos: Componentes, funcionamiento y simbología

normalizada.

Circuitos característicos de aplicación.

Bombas y compresores de aire. Análisis de una red de alimentación de aire

comprimirdo

Fluidos para circuitos oleohidràulics. Interés por la investigación de nuevos materiales.

Conducción de fluidos. Caudal. Presión interior. Pérdidas.

Técnicas de depuración y filtrado.

Elementos de acción, regulación y control. Interpretación de esquemas.

Simulación y montaje de circuitos. Satisfacción por el trabajo bien hecho.

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

3

Fluidos

FLUIDOS: son sustancias o medios continuos que se

deforman continuamente en el tiempo ante la aplicación

de una tensión tangencial sin importar la magnitud de

ésta.

La posición relativa de sus moléculas puede cambiar

continuamente.

Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No

obstante, los líquidos son mucho menos compresibles que

los gases.

Tienen viscosidad, aunque la viscosidad en los gases es

mucho menor que en los líquidos.

4

Fluidos: Propiedades físicas (I)

PRESIÓN es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de

superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada

fuerza resultante sobre una superficie. La presión se mide en

pascales (Pa), bares (bar) o atmósferas (atm).

PaS

FP Pa101300bar1.013 atm 1

PRESIÓN RELATIVA o MANOMÉTRICA es la medida respecto de la

presión atmosférica y por encima de ésta.

DENSIDAD es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida

en un determinado volumen. La densidad se mide en Kg/m3.

3Kg/m

V

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5

Fluidos: Propiedades físicas (II)

VISCOSIDAD es la oposición de un fluido a las deformaciones

tangenciales y se justifica por la fricción entre las diferentes capas

que lo forman.

Pa·s0.1cm

sdina1 p 1

2

Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal; aunque en

realidad, todos los fluidos conocidos presentan algo de

viscosidad.

La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro

dependiente de la temperatura llamado coeficiente de

viscosidad o simplemente viscosidad (μ) que se mide en Pa·s o

en Poise (p)

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Fluidos: Propiedades físicas (III)

La fuerza de rozamiento entre capas de fluido debida

a la viscosidad será directamente proporcional a la

superficie de éstas y a la variación de la velocidad con la

separación, de la siguiente forma:

Δy

ΔvSμ F

RESISTENCIA OLEODINÁMICA es la magnitud que expresa la

oposición de un conducto al paso flujo de aceite. Es equivalente al

concepto de resistencia eléctrica de un conductor.

4

4Kg/sm

D

dl0.062R

Donde

es la viscosidad cinemática (m2/s)

D es el diámetro del tubo (m)

d es la densidad del aceite (Kg/m3)

l es la longitud del tubo (m)

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ρυμ

7

Fluidos: Propiedades físicas (IV)

PÉRDIDA DE CARGA es la disminución de presión que experimenta un

líquido al circular por un conducto. Se suele expresar en mm (altura de

columna de líquido)

mm2g

v

D

lψh

2

f Donde

es el coeficiente de fricción

(adimensional)

D es el diámetro del tubo (m)

v es la velocidad de circulación del

líquido (m/s)

l es la longitud del tubo (m)

g es la gravedad (9.8 m/s2)

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Fluidos: Propiedades físicas (V)

1070Ninas107028029d0.0125cm

16.7cm/s23562cm3.4poises

Δy

ΔvSμ F 2

Un elevador hidráulico consiste en un pistón de 250mm de diámetro

que se aloja en un cilindro de 250.25mm de diámetro. El espacio anular

está lleno de un aceite con viscosidad cinemática 4x10-4 m2/s y

densidad de 0.85 g/cm3. Si la velocidad de desplazamiento es de

10m/min, halla la resistencia por fricción cuando la longitud del pistón

dentro del cilindro es de 3m.

___EJERCICIO___

2

INTCILINTCIL 23562cm12.5cm2π300cmr2πl S Sup de contacto

16.7cm/s01000cm/60svv Δv EXTCILINTCIL Variación v, que

suponemos lineal

3.4poises0.85g/cm/s4cmρυμ 32 viscosidad

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Caudal

CAUDAL: es el volumen de fluido que atraviesa una determinada

sección de una conducción por unidad de tiempo.

/h

3m ó l/svS

t

lS

t

VQ

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10

Principio de Pascal (I)

Blaise Pascal demostró que el incremento de

presión aplicado a una superficie de un fluido

incompresible (líquido), contenido en un

recipiente indeformable , se transmite con el

mismo valor a cada una de las partes del mismo.

El principio de Pascal puede comprobarse

utilizando una esfera hueca, perforada en

diferentes lugares y provista de un émbolo. Al

llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre

ella mediante el émbolo, se observa que el agua

sale por todos los agujeros con la misma presión.

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11

Principio de Pascal (II)

La aplicación primera del principio de Pascal son las prensas

hidráulicas.

2

2

1

121

S

F

S

FPP

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12

Principio de Pascal (III)

2

2

1

121

S

F

S

FPP

Un cilindro de prensa tiene una sección de 2.5cm2 y una carrera de

7cm. Si se ejerce sobre él una fuerza de 50N calcular la fuerza

resultante sobre otro cilindro que tiene 150cm2 de sección.

___EJERCICIO___

3000N2.5cm

150cm50N

S

SFF

2

2

1

212

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Ley de continuidad (I)

Suponiendo un líquido incompresible, y por tanto de densidad

constante, que circula de forma continua por un conducto de

diferentes secciones, el caudal se mantendrá constante en todas las

secciones, pues circulará el mismo volumen por unidad de tiempo.

(Siempre que no haya aportaciones o pérdidas de líquido).

221121 vSvSQQ

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Ley de continuidad (II)

221121 vSvSQQ

En una tubería de 24cm de diámetro por donde circula un caudal de

2400l/min se ha acoplado un tramo de 10 cm de diámetro. Determina

las velocidades medias del flujo en los dos tramos de diferente

sección.

m/s0.88m0.12π

/s0.04m

S

Qv

22

3

1

11

___EJERCICIO___

s

m0.04

l1000

1m

60s

1min

min

l2400QQQ

33

21

Tramo 1

m/s.095m0.05π

/s0.04m

S

Qv

22

3

2

22 Tramo 2

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Teorema de Bernoulli. Energía hidráulica (I)

Daniel Bernoulli expresa en su teorema que

en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento)

en régimen de circulación por un conducto

cerrado, la energía que posee el fluido permanece

constante a lo largo de su recorrido. La energía

de un fluido en cualquier momento consta de tres

componentes:

Cinético: es la energía debida a la velocidad

que posea el fluido.

Potencial gravitacional: es la energía

debido a la altitud que un fluido posea.

Energía de flujo: es la energía que un

fluido contiene debido a la presión que

posee.

cteρghP2

ρV2

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Teorema de Bernoulli. Energía hidráulica (II)

cteρghP2

ρV2

Pa88201m9.8m/sKg/m900ρgh 23

En una conducción hidráulica circula aceite de densidad 0.9 Kg/l, la presión

de salida de la bomba es de 80bar, la velocidad en la línea de conducción de

3.5 m/s y la altura del punto de medida sobre el depósito de aceite es de 1m.

Calcula el porcentaje de cada forma de energía.

Pa8x10bar1

Pa10bar80 P 6

5

Término de presión

3

3

33

3kg/m900

m1

dm10

dm1

l1

l

Kg0.9 ρ

Pa5512.5

2

900Kg/m3.5m/s

2

ρv 322

Término de Ecinética

Término de Epotencial

___EJERCICIO___

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Teorema de Bernoulli. Energía hidráulica (III)

Pa8014332.58820PaPa8x10 Pa 5512.5cteρghP2

ρV 62

0.11%8014332.5

100Pa8820ρgh

En una conducción hidráulica circula aceite de densidad 0.9 Kg/l, la presión

de salida de la bomba es de 80bar, la velocidad en la línea de conducción de

3.5 m/s y la altura del punto de medida sobre el depósito de aceite es de 1m.

Calcula el porcentaje de cada forma de energía.

99.82%8014332.5

100Pa8x10 P

6

Término de presión

0.07%8014332.5

100Pa5512.5

2

ρv2

Término de Ecinética

Término de Epotencial

___EJERCICIO___

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Potencia hidráulica y consumida (I)

Potencia hidráulica suministrada por una bomba es la energía de

presión por unidad de tiempo.

WQpt

VpP

JVpW

Potencia de acción o consumida estará en función del rendimiento

de la máquina.

Qp

Vp

η

PPC

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19

Potencia hidráulica y consumida (I)

W24500.80

W1960

η

PPC

Un circuito oleohidráulico está alimentado a través de una tubería de 10mm

de diámetro, por una central que suministra aceite a una velocidad de 2.5m/s

y a una presión constante de 10MPa. Determina el caudal suministrado por

la central y la potencia absorbida si el rendimiento total estimado es del 80%

___EJERCICIO___

/sm0.196x102.5m/s4

m0.01πv

4

DπvSQ 33-2

222

W1960/sm0.196x10Pa10x10QpP 336

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Circuitos neumáticos: elementos (I)

Elementos de trabajo: son los cilindros, actuadores de movimiento

lineal, transforman la energía potencial acumulada en el aire

comprimido en energía mecánica.

Cilindros de simple efecto

Cilindros de doble efecto.

Elementos de mando: son las válvulas, dirigen y regulan el paso de

aire comprimido a los cilindros.

Válvulas distribuidoras

Válvulas de bloqueo

Válvulas antirretorno o de retención

Válvulas selectoras de circuito

Válvula de simultaneidad

Válvulas reguladoras de caudal o estranguladoras

Válvulas reguladoras de presión

Válvulas de purga o escape rápido

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Circuitos neumáticos: elementos (II)

Detectores: captan la posición o presencia de un objeto o detectancambios de magnitudes físicas (normalmente presión).

Captadores de presión

Presostatos

Captadores de umbral de presión

Captadores de posición

Por contacto

microrruptores

Microválvulas neumáticas

Captadores de fuga

Sin contacto

Captadores de proximidad o réflex

Captadors de paso o barrera de aire

Amplificadores de señal

Contadores neumáticos

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Cilindros de simple efecto

La acción del aire comprimido se produce únicamente sobre una

de las caras del émbolo, originando su desplazamiento y su

carrera es de avance. La carrera de retroceso se produce al dejar

de aplicar aire, normalmente por la acción de un muelle.

Tienen una única entrada de aire

Necesitan la mitad de aire que los de doble efecto

Se utilizan principalmente para realizar operaciones de sujeción,

expulsión, apretado, levantamiento, alimentación, etc.

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Cilindros de doble efecto

La acción del aire comprimido se produce alternativamente

sobre las dos caras del émbolo, originando carreras de avance y

retroceso.

Tienen dos entradas de aire, que también funcionan como

salidas cuando por ellas no entra aire.

Necesitan el doble de aire que los de simple efecto

Se utilizan cuando el émbolo tiene que realizar también una

función en su retorno a la posición inicial

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cilindros

24

Cilindros: parámetros básicos (I)

Fuerza de accionamiento (Fe): aumentará con la presión que ejerce el

aire (P) y con la superficie del émbolo (S) y disminuirá con la

resistencia del muelle (Fr) y con el rendimiento del cilindro ().

Cilindro de simple efecto: solo efectúa trabajo útil en el avance

r

2

rre F4

DπPηFSPηFFη F

Cilindro de doble efecto: efectúa trabajo útil en el avance y en el

retroceso (en el que se descuenta la superficie del vástago)

4

DπPηSPηFη F

2

ea

4

DπPηS'PηFη F

22

er

d

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25

Cilindros: parámetros básicos (II)

Carrera o recorrido (e): es la distancia que se desplaza el émbolo en

el interior del cilindro. Suele coincidir con el desplazamiento L del

vástago y está limitada por el pandeo que éste sufre.

Cilindro de doble efecto: el volumen total será la suma de los volúmenes

en el avance y en el retroceso

Consumo de aire en un ciclo (V): es el volumen de aire comprimido

que absorbe el cilindro en su movimiento.

Cilindro de simple efecto:

e4

DπeSV

2

e4

DπeSV

2

a

e4

dDπe S'V

22

r

e

4

d2DπVVV

22

rat

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Cilindros: parámetros básicos (II)

Naturalmente, este cálculo es para las condiciones de trabajo, en

condiciones normales de humedad relativa (65%), temperatura (20ºC)

y presión (1013mbar). En otro caso, aplicaremos la Ley de Boyle-

Mariotte de los gases:

Caudal de aire necesario en la maniobra (Q): es el consumo total de

aire comprimido en el total de los n ciclos.

taire VnQ

atmtrabajoabsoluta PPP

c.n.atmtabsoluta VPVP

atm

tatmtrabajo

c.n.P

VPPV

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Válvulas distribuidoras: simbología (I)

Tipos: vienen determinados por el número devías, orificios de la válvula, y de posiciones detrabajo, forma en la que se conectan losorificios (estado). Normalmente existe unaposición de reposo. En neumática suelenusarse válvulas de 2 ó 3 posiciones y no más de4 vías. La nomenclatura se compone de doscifras:

vías/posiciones funcionamiento

ejplo: 3/2 NC

Tipos de conexiones: pueden ser a una fuentede aire comprimido, a los orificios de uso o asalidas de escape.

Sentido de circulación de aire: Las vías se unenmediante líneas que representan lasconducciones de aire y unas flechas indican elsentido de éste. Un trazo transversal indica unalínea cerrada.

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Válvulas distribuidoras: simbología (II)

Órganos de accionamiento y retorno: El primero pone enfuncionamiento la válvula y se sitúa a la izquierda de laposición de trabajo, mientras que el segundo devuelve ala válvula a su posición inactiva y se sitúa a la derecha dela posición de reposo.

Los mandos de accionamiento pueden ser manuales,mecánicos, neumáticos y eléctricos.

Manual: implica acción voluntaria del operador. Se

usa para iniciar el proceso y en casos para

garantizar la seguridad.

Mecánicos: se activan por un mecanismo en

movimiento, árbol de levas o el émbolo de los

cilindros. Se usan como captadores de señal.

Neumático: se usan como regulación de los

actuadores. El aire que las conmuta proviene de

válvulas más pequeñas

Eléctrico: un electroimán activado desde cualquier

circuito eléctrico de control, final de carrera, etc

desplazará la corredera. Esto permite líneas de

mando a largas distancias.

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29

Válvulas distribuidoras: simbología (III)

¿Cuál será la denominación de la siguiente válvula?

___EJERCICIO___

Será una válvula de 3 vías y 2 posiciones

accionada manualmente y con retorno por

muelle.

Como la posición de reposo es la que manda

normalmente el muelle, esta válvula

normalmente está cerrada en dicha posición

porque se bloquea el paso de la entrada de

aire (vía 1) y se comunica la vía 2 al escape 3.

Al presionar el pulsador manual, se activa la

otra posición, que transfiere el aire

comprimido de la vía 1 a la 2. En cuanto se

suelta el pulsador, el muelle retorna la válvula

a su posición de reposo. Por este motivo se

denomina normalmente «cerrada».

3/2 NC

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Válvulas distribuidoras: ejemplos de aplicación (I)

Control de un cilindro de doble efecto mediante una válvula 5/2 con

accionamiento por palanca y retorno por resorte

___EJERCICIO___

En reposo, la fuente de aire comprimido

introduce aire en la cámara anterior y el

cilindro no actúa.

Al accionar la palanca, se conectan las

vías 1 y 4 llegando el aire a la cámara

posterior del cilindro y éste avanza. La

conexión de las vías 2 y 3 permite la

salida del aire contenido en la cámara

anterior.

Cuando dejamos de actuar, el resorte retorna la válvula a su posición

de reposo original. El aire penetra en la cámara anterior a través de la

conexión 1-2 y origina la carrera de retroceso. La conexión 4-5 permite

la salida del aire de la cámara posterior.

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Válvulas distribuidoras: ejemplos de aplicación (II)

Control de un cilindro de doble efecto mediante una válvula 5/2 con

accionamiento y retornos neumáticos gracias a dos válvulas 3/2 con

accionamiento por pulsador y retorno por resorte

___EJERCICIO___

En reposo la situación es la misma que

en el caso anterior.

Al presionar la válvula A, damos una

señal de aire a la 5/2, que cambiará su

posición. El cilindre recibe el aire a

presión a través de la conexión 1-4 y se

produce la carrera de avance.

Al presionar la válvula B, damos a la 5/2

una nueva señal de aire, que la retorna a

su posición original. El cilindro recibe el

aire a través de la vía 2 y se produce su

carrera de retroceso.

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Válvulas distribuidoras: electroválvula

Es una válvula pilotada eléctricamente mediante la acción de una bobina

que, al circular corriente por ella, desplaza un vástago ubicado en su

interior.

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33

Válvulas distribuidoras: constitución (I)

Válvula distribuidora 2/2 NC.

Paso y cierre

Válvula distribuidora 3/2 NC.

Paso en una dirección y

cierre en la contraria

alternativamente. Gobiernan

cilindros de simple efecto

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Válvulas distribuidoras: constitución (II)

Válvula distribuidora 4/2.

Paso en ambas direcciones.

Válvula distribuidora 5/2.

Paso en ambas direcciones

con una segunda salida de

escape que permite que el

escape de cada lado del

cilindro sea independiente.

Gobiernan cilindros de

doble efecto

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35

Válvulas distribuidoras: constitución (III)

Válvula distribuidora 4/3. Se utilizan para

gobernar cilindros de doble efecto. Funcionan

como las válvulas 5/2 pero incorporan una

posición intermedia que permite otras

posibilidades de mando como un bloqueo o una

liberación del elemento de trabajo.

En la posición intermedia (a) el aire circula

de P a R, con lo que las salidas están

cerradas.

Estas válvulas no llevan muelle sino un

sistema mecánico o eléctrico de

enclavamiento para poder fijar las tres

posiciones.

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Válvulas de bloqueo: antirretorno o de retención

Es una válvula que permite la circulación

de aire en un solo sentido. La presión del

aire actúa sobre la pieza de bloqueo

reforzando el cierre. Un muelle impide la

abertura en un sentido.

Se utilizan para puentear elementos por

seguridad o para evitar la influencia

entre dos elementos del circuito.

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Válvulas de bloqueo: selectora (I)

Esta válvula cumple la función lógica O (OR o

suma lógica) en los circuitos neumáticos.

Tiene dos entradas y una salida. El bloqueo

siempre se realiza sobre la entrada con menor

presión, con que haya presión en alguna

entrada, habrá presión a la salida.

Se usa cuando un actuador o una válvula

distribuidora debe gobernarse indistintamente

desde dos puntos por separado, distantes

físicamente uno del otro, con dos

accionamientos diferentes.

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38

Válvulas de bloqueo: selectora (II)

Accionamiento de la puerta de un autobús desde la palanca del chófer

(siempre y cuando esté pulsado el freno de mano) o desde el pulsador de

emergencia. Además, tanto la velocidad de apertura como la de cierre están

reguladas.

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Válvulas de bloqueo: de simultaneidad

Esta válvula cumple la función lógica Y (AND o producto

lógico) en los circuitos neumáticos. Tiene dos entradas

y una salida. El bloqueo siempre se realiza sobre la

entrada que no está purgada.

En todo caso, lo interesante de esta válvula es que para

obtener señal a la salida debe haber señal en las dos

entradas. Por este motivo, se usa preferentemente en

equipos de enclavamiento y de control, como el

accionamiento de una prensa neumática por un

operario. Por razones de seguridad, sólo debe bajar la

prensa si el operario mantiene activadas dos válvulas a

la vez.

El circuito de la figura presenta este funcionamiento,

donde el vástago del cilindro de simple efecto es el

émbolo de la prensa. Para que el vástago del cilindro 1.0

salga, deben activarse las dos válvulas 3/2 NC

manuales. En cuanto una se desactive, conecta una

entrada de la válvula de simultaneidad a escape, con lo

que el cilindro recogerá su émbolo gracias a la acción

del resorte interno.

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Válvulas de bloqueo: reguladora de flujo o caudal

Las válvulas reguladoras de flujo ajustan el caudal

circulante a un valor fijo o variable. Su principio de

funcionamiento es la estrangulación del aire reduciendo

la sección de paso del aire y, por tanto, su caudal.

Existen dos tipos de válvulas de flujo:

Válvulas estranguladoras bidireccionales, que

actúan sobre el caudal en cualquiera de los dos

sentidos de flujo.

Válvulas estranguladoras unidireccionales, que

actúan sobre el caudal en un solo sentido de flujo.

El mecanismo de estrangulación puede ser por

diafragma o por estrechamiento del conducto de paso.

Los estrechamientos pueden ser constantes o variables.

En neumática sólo se usan en la práctica

estranguladores regulables, y sólo se reserva el ajuste

mecánico a los estranguladores unidireccionales.

También se pueden considerar válvulas de flujo los

silenciadores y reguladores de escape si actúan sobre

el caudal.

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41

Válvulas de bloqueo: estranguladora unidireccional

La válvula estranguladora unidireccional o

estranguladora de retención es una válvula

híbrida que reúne características del

funcionamiento de las válvulas del bloqueo y de

las de flujo. Se usan como válvulas de flujo, para

regular la velocidad de los actuadores, pero sólo

en un sentido de su movimiento.

Si interesa disponer de velocidades de avance y

retroceso diferentes y controladas, en los

cilindros de doble efecto, se disponen dos

válvulas, una en cada vía del cilindro. Si interesa

que la velocidad de avance y retroceso sea la

misma, basta con poner una válvula

estranguladora normal, no unidireccional; o

regular las dos de antes al mismo valor.

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Válvulas de bloqueo: reguladoras de presión (I)

Actúan sobre la presión del aire en circulación,

controlándola desde un valor nulo hasta el máximo

valor de alimentación. Pueden tener salida al exterior

o hacia otro elemento del circuito.

El ajuste del valor nominal de control se puede

realizar a mano o mediante electricidad (válvulas

proporcionales). Esta posibilidad de ajuste se refleja

con una flecha inclinada de los símbolos.

En general, se usan poco en neumática, aunque son

necesarias en los equipos de producción del aire

comprimido.

Según su colocación en el circuito cumplen

diferentes funciones:

Válvulas limitadoras de presión o de seguridad.

Válvulas de secuencia.

Válvulas reguladoras de presión o reductoras.

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43

Válvulas de bloqueo: reguladoras de presión (II)

Válvula limitadora de presión o de seguridad: La

válvula limitadora impide que la presión de un

sistema sea mayor que la fijada manualmente a

través de un tornillo. Al sobrepasarse esta presión

máxima permitida, la válvula abre la conexión con la

atmósfera, con lo que se reduce la presión hasta el

valor nominal. Entonces se vuelve a cerrar el orificio

de purga. Se usa en todo equipo productor de aire

como válvula de seguridad.

Válvula de secuencia: Se abre cuando se

alcanza una presión predefinida. El principio

de funcionamiento es el mismo que el de la

limitadora. La diferencia reside en que en vez

de conectar a escape, se conecta a una o

varias vías de trabajo. Se usa para detectar

cuando un cilindro alcanza una presión

prefijada y deja escapar el aire por seguridad.

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44

Válvulas de bloqueo: reguladoras de presión (III)

Válvula reductora: El movimiento de una

membrana se encarga de regular la presión de

salida, que siempre será menor que la de entrada.

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Este es otro tipo de válvula de secuencia

45

Válvulas de bloqueo: de escape rápido (I)

MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

Sirven para la rápida purga de cilindros y conductos;

sobre todo en cilindros de gran volumen. La

velocidad del embolo puede ser aumentada de

manera apreciable.

La junta del labio cierra el cilindro R cuando el aire

fluye de P hacia A abriéndose al lado de

estanqueidad. Al pulgar el aire, desciende la presión

en P, el aire comprimido de A impulsa la junta hasta

P, fluyendo todo el aire directamente por R hacia la

atmósfera.

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46

Válvulas de bloqueo: de escape rápido (II)

MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

Ejemplo de aplicación de purgado de cilindros. Al pulsar, hay presión en P

y se llenan de aire los cilindros. Cuando no se pulsa, se purgan los

cilindros por la vía R

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47

Detectores neumáticos

Detectores: captan la posición o presencia de un objeto o detectancambios de magnitudes físicas (normalmente presión).

Captadores de presión

Presostatos

Captadores de umbral de presión

Captadores de posición

Por contacto

microrruptores

Microválvulas neumáticas

Captadores de fuga

Sin contacto

Captadores de proximidad o réflex

Captadores de paso o barrera de aire

Amplificadores de señal

Contadores neumáticos

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48

Detectores: microválvulas neumáticas (I)

Son captadores de posición por contacto físico del objeto a detectar,

normalmente el vástago del cilindro.

Normalmente son válvulas 3/2 pequeñas y su función es gobernar a las válvulas

distribuidoras mediante señales neumáticas.

Suelen ser accionadas por pulsadores, o rodillo y el retorno por muelle.

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49

Detectores: microválvulas neumáticas (II)

Son muy utilizadas como final de carrera en el avance de un cilindro.

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50

Detectores: microrruptores eléctricos

Son electroválvulas con accionamiento y retorno mediante bobinas.

Tienen las mismas funciones que las microválvulas pero las señales que utilizan

son eléctricas y los elementos de gobierno son electroválvulas.

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51

Detectores: de paso (I)

Son captadores de posición sin contacto físico.

Constan de dos elementos independientes de

captación de una señal neumática de baja presión

y poco caudal; uno será el emisor y el otro el

receptor. Su función es detectar presencia o

ausencia de un objeto.

La presencia de objeto

implica ausencia de señal

neumática en X

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52

Detectores: de paso (II)

El ejemplo muestra un circuito

para accionar un cilindro de

doble efecto cuando en la zona

de influencia del detector T se

interpone la pieza A.

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53

Detectores: de proximidad (I)

Son captadores de posición sin contacto físico.

Aprovechan la reflexión de aire en el objeto a detectar.

A diferencia de los detectores de paso, emisor y receptor

están integrados en el mismo elemento.

Su función es detectar presencia o ausencia de un objeto.

La presencia de objeto a una distancia d, implica presencia de señal

neumática en X

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54

Detectores: de proximidad (II)

El ejemplo muestra un circuito

para accionar un cilindro de

doble efecto cuando un objeto

se acerca frontalmente al

detector. La distancia de

detección suelen ser 20mm.

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55

Detectores: presostatos (I)

Detectan cambios de presión y lo transforman en una

señal eléctrica. Por tanto, su función es contraria a la

de una electroválvula.

El aire a presión empuja una membrana que pone en

contacto los puntos M y D (pulsador eléctrico),

cerrando un circuito eléctrico. (contactos 1 y 3).

Pueden ser de membrana o de pistón.

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56

Detectores: presostatos (II)

En el ejemplo, cuando la presión que existe en

la entrada de avance del cilindro es aquella

fijada en el presostato, éste cambia a la

posición 3 cambiando la posición de la

electroválvula y accionando de nuevo el

retroceso del cilindro.

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57

Producción de aire comprimido: compresores (I)

COMPRESOR es una máquina que

toma aire con unas condiciones y

lo impulsa a una presión superior

a la de entrada.

Son accionados por motores

eléctricos o térmicos.

Se caracterizan por su caudal y

por su relación de compresión

(relaciona la presión de entrada

con la de salida).

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58

Compresores: tipos

Según su forma de trabajo existen

compresores de émbolo o rotativos.

Los primeros funcionan de forma similar a

un motor de térmico. Son más baratos pero

más ruidosos. Se refrigeran por aire o por

aceite

Los segundos aumentan la presión del aire

mediante el giro de un rotor. El aire se

comprime en una cámara de compresión.

Pueden ser de paletas o de tornillo.

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59

Red de distribución y tratamiento de aire comprimido (I)

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

60

Red de distribución y tratamiento de aire comprimido (II)

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61

Maniobras con circuitos neumáticos (I)

Mando básico de cilindros (directo e indirecto)

Mando de cilindros desde diversos puntos

Regulación de velocidad

Control de la carrera

Control de la fuerza del vástago

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Maniobras con circuitos neumáticos (II)

Mando básico de cilindros (directo)

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Maniobras con circuitos neumáticos (III)

Mando básico de cilindros (indirecto)

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Maniobras con circuitos neumáticos (IV)

Mando de cilindros desde diversos puntos

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Maniobras con circuitos neumáticos (V)

Regulación de velocidad

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

66

Maniobras con circuitos neumáticos (VI)

Regulación de velocidad

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

67

Maniobras con circuitos neumáticos (VII)

Control de la carrera

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

Retroceso automático

68

Maniobras con circuitos neumáticos (VIII)

Control de la carrera

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Maniobras con circuitos neumáticos (IX)

Control de la fuerza del vástago

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Ejemplos de aplicación de circuitos neumáticos (I)

Regulación de la longitud de la carrera de un cilindro de doble efecto mediantemicroválvulas 3/2 con detección por rodillo fijo y retorno por muelle. El controldel cilindro se hará mediante una válvula 5/2 con accionamientos neumáticos yla maniobra de inicio mediante una válvula 3/2 accionada por pulsador y retornopor resorte. Se regulará, también, las velocidades de avance y retroceso delcilindro.

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Ejemplos de aplicación de circuitos neumáticos (II)

Control neumático de uncilindro con funcionamientoautomático mediante válvula5/2. Realiza un movimientorápido hasta la mitad delrecorrido y un trabajo lentohasta el final, durante la carrerade avance. La carrera deretroceso no tiene ajustes develocidad.

Válvula para el accionamientoautomático: 3/2 NC conpulsador manual conenclavamiento. Los finales decarrera utilizados, seránválvulas 3/2 NC. Pilotadas porrodillos, monoestables. En elcaso del final de carrera S2,deberá actuar en el sentido deavance.

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Ejemplos de aplicación de circuitos neumáticos (III)

Circuito automático de uncilindro de doble efectomediante válvula 5/2. Al pulsarun pulsador de Marcha elcilindro comienza a realizarciclos hasta que es accionadoel pulsador de Paro, momentoen el que realiza el ciclo y separa en el estado inicial. Conla pulsación al botón Reset, seinterrumpe el ciclo y el cilindroretorna a su posición inicial.

Válvulas para elaccionamiento de pulsadores:3/2 NC. Pulsador manual,monostable. Los finales decarrera utilizados, seránválvulas 3/2 NC. Pilotadas porrodillos, monoestables.

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Fluidos oleohidráulicos

Los más utilizados son los aceites minerales debido a su elevado

poder lubricante que permite una buena conservación de los

elementos de la instalación. No obstante, en instalaciones con riesgo

de incendio se sustituyen por esteres fosfatados o emulsiones de

agua en aceite (proporciones de 40% de agua es suficiente).

En todo caso, el fluido utilizado debe cumplir las siguientes funciones:

Actuar como agente de transporte

Lubricar los diversos elementos y partes del circuito

Actuar como anticorrosivo

Arrastrar impurezas en las canalizaciones, que serán filtradas

Evacuar el calor generado por fricción

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Circuitos oleohidráulicos: elementos (I)

Los elementos que forman un circuito oleohidráulico utilizan aceite

como agente de transporte para obtener energía mecánica, es decir,

trabajo útil.

Unidad hidráulica o de presión: está formada por:

Depósito de aceite

Filtros de aceite para eliminar partículas sólidas

Bomba que hace circular el aceite gracias a la acción de un motor

eléctrico

Válvula reguladora de presión para descargar el aceite hacia el

depósito cuando se sobrepasa la presión adecuada.

BombaDepósito Filtros

Al circuitoAl depósito

Válvula reguladora

de presión

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Circuitos oleohidráulicos: elementos (II)

Elementos de trabajo: convierten la energía de presión en trabajo.

Cilindros: generan movimiento rectilíneo alternativo

Motores: generan movimiento circular

Elementos de mando: son las válvulas de distribución, dirigen y

gobiernan los elementos de trabajo.

Elementos auxiliares: preparan el aceite en condiciones óptimas de

limpieza, presión y caudal para conseguir el máximo rendimiento.

Válvulas de bloqueo

Filtros

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Circuitos oleohidráulicos: ventajas frente a la neumática

Fácil regulación de velocidad, ya que los aceites son fluidos

incompresibles

Los accionamientos hidráulicos se pueden invertir instantáneamente,

sin punto muerto

El uso de una válvula limitadora de presión protege al circuito frente a

sobrecargas.

Un actuador hidráulico puede detenerse en cualquier posición sin

riesgo de fugas o sobrecalentamientos, gracias a la incompresibilidad

de los líquidos

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

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Bomba hidráulica (I)

Aspiran aceite del depósito y lo impulsan a

una determinada presión y caudal hacia

las conducciones y el resto de elementos,

trasformando la energía mecánica en

hidráulica.

Se caracterizan por su caudal,

rendimiento, régimen de giro y presión

nominal.

Según su forma de trabajo existen

diversos tipos: de engranajes, de tornillo,

de pistones o de paletas.

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Válvulas distribuidoras

Tienen las mismas funciones de control del paso de aceite y gobiernode elementos de trabajo que las válvulas neumáticas.

Trabajan a presiones mucho mayores que las neumáticas.

La simbología es idéntica salvo:

las conexiones de las vías

Los órganos de accionamiento y retornos intercambian lasposiciones

Las vías se nombran con letras (P para presión; R,S,T para escapesy A,B,C para salidas de uso)

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Elementos de trabajo: cilindros

Transforman la energía de presión del aceite en energía mecánicamediante un movimiento rectilíneo alternativo.

Son muy similares a los neumáticos; existiendo los mismos dos tipos:de doble y simple efecto. Su funcionamiento es el mismo.

Los parámetros de los cilindros oleohidráulicos son los mismos que losde los neumáticos y las ecuaciones físicas que rigen su funcionamientotambién lo son.

Trabajan con presiones mayores que los neumáticos y tienen mayoresdimensiones y mayor longitud del vástago. Esto hace que generenmayores fuerzas tanto en avance como en retroceso.

También se componen de los mismos elementos constructivos, si bienañaden algunos que garantizan su óptimo funcionamiento:

Juntas de estanqueidad que, colocadas en el émbolo, evitanpérdidas de aceite.

Anillo limpiador, situado en el extremo opuesto del émbolo,mantiene limpio el vástago.

Dispositivo de purga, elimina bolsas de aire que se forman en elaceite y provocan pérdidas de presión.

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Elementos de trabajo: motores

Transforman la energía de presión del aceite en energía mecánicamediante un movimiento de giro continuo.

Su acción es inversa a la realizada por las bombas.

Existen dos tipos de motores oleohidráulicos:

Motor de engranajes: el aceite entra a presión en el motor haciendogirar los engranajes, de los cuales solo uno se conecta al eje degiro. Para invertir el sentido de giro se invierte el sentido de flujo delaceite.

Motor de paletas: el aceite entra por dos entradas opuestas en elinterior del motor ejerciendo un par de fuerzas sobre las paletas delrotor ranurado.

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Elementos auxiliares: válvulas de bloqueo

Las más utilizadas son las válvulasantirretorno, selectoras de circuito,reguladoras de caudal y limitadoras depresión. No obstante, existen las mismasválvulas que en neumática.

Su funcionamiento y simbología es elmismo que las válvulas neumáticas.

Trabajan a mayores presiones por lo queconstructivamente son más robustas.

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Elementos auxiliares: filtros

El aceite utilizado en los circuitos oleohidráulicos tiene que ser limpioya que cualquier partícula disuelta puede obstruir las vías de loselementos impidiendo su correcto funcionamiento.

Los filtros retienen y retiran impurezas de hasta 1.5μ.

Suelen ubicarse a la entrada y salida de la bomba y en la conducción deretorno de aceite.

Existen dos tipos de filtros:

Filtros de aspiración: se sitúan a la entrada de la bomba.

Filtros de presión: se sitúan a la salida de la bomba y su poder defiltrado es mayor que en los anteriores.

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Maniobras (I)

Accionamiento de un cilindro desimple efecto mediante válvula 3/2.

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

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Maniobras (II)

Accionamiento de un cilindro dedoble efecto mediante válvula 4/2.

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

Accionamiento de un cilindro dedoble efecto mediante válvula 4/3.(parada intermedia

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Maniobras (III)

Regulación de la velocidad de avance

de un cilindro de doble efecto

mediante válvula de regulación de

caudal. Regulación de la fuerza del

vástago para evitar bandazos

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

Regulación de la velocidad de avance

de un cilindro de doble efecto

mediante válvula de regulación de

caudal.

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Maniobras (IV)

Regulación de fuerza del vástago en el avance de un cilindro de dobleefecto mediante válvula limitadora de presión.

CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS