3 t tema6-neumatica e hidraulica

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TEMA : HIDRAULICA Y NEUMATICACOLEGIO DIVINA PROVIDENCIA

1.1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOSSISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS

ÍndiceÍndice

2.2. LA NEUMÁTICALA NEUMÁTICA

3.3. LA HIDRÁULICALA HIDRÁULICA


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COLEGIO DIVINA PROVIDENCIA

Como ya se sabe, en la naturaleza existen varios tipos de estados de la materia, como por ejemplo: Líquido, Gas, Sólido, Plasma y Condensado de Bose-Einstein.

TEMA : HIDRAULICA Y NEUMATICA

Los 2 primeros se les suelen denominar genéricamente como fluidos, y no tienen forma definida. Adoptan la forma del recipiente que las contiene.

El funcionamiento de los sistemas hidráulicos y neumáticos se basa en aprovechar la energía acumulada y transmitida por un fluido. En el 1er caso se utiliza un líquido, mientras que en el 2º se utiliza un gas.

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Un fluido encerrado en un recipiente ejerce una fuerza sobre las paredes del mismo. La relación entre la fuerza (F) que actúa sobre las paredes de una superficie y el área (S) se denomina presión (P).

1.1- CARACTERÍSTICAS



FF

Superficie

S

FP

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Un ejemplo sería la presión sufrida por un submarino:




ProfundidadF

S

La presión sufrida por el submarino será mayor cuanta mayor sea la fuerza ejercida sobre el. Y esta fuerza aumentara con la profundidad ya que depende de la masa de agua que hay sobre el submarino.

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La unidad de presión en el S.I. es el pascal (N/m2). Otras unidades utilizadas son las siguientes:




1 bar = 105 Pa = 0.987 atm = 750 mmHg

Al tratarse de fluidos, los gases y los líquidos pueden circular fácilmente a través de tuberías o conducciones. La cantidad de fluido (V) que atraviesa una sección por unidad de tiempo (t) se denomina caudal (Q). Y se obtiene de la siguiente forma:

t

VQ

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La Neumática es la rama de la ciencia y la técnica que se ocupa del estudio de las propiedades y aplicaciones de aire comprimido.

La utilidad del aire comprimido es algo conocido desde la antigüedad. Uno de los primeros tratados sobre sistemas neumáticos fue el atribuido a Herón de Alejandría y titulado Pneumatica, que data del siglo I.

Pero realmente se empezó a utilizar el aire comprimido para el control de procesos, principalmente de tipo industrial, fue a partir de 1950.

Herón de Alejandría

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2.1- AIRE COMO FLUIDO PRINCIPAL

El aire comprimido se obtiene directamente a partir del aire atmosférico. La tierra está envuelta en una capa gaseosa que constituye la atmósfera.

La presión debida a esta masa de gas se conoce con el nombre de presión atmosférica (el valor que, a nivel del mar es de 1 atm = 101.300 Pa)



La presión por tanto es la fuerza que ejerce el aire que está sobre nosotros:

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P

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Al comprimir, y aumentar, la presión del aire, éste acumula una energía que podrá ser convertida posteriormente en energía mecánica para producir un trabajo. Estos sistemas neumáticos suelen emplear aire comprimido del orden de 6 bar.


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Las ventajas de usar el aire comprimido frente a la utilización de otros gases son:


• Se puede comprimir tanto en tuberías como en recipientes de forma no peligrosa ni explosiva.• No genera sobrepresiones, pudiéndose regular fácilmente y de forma continua.• Los cambios de temperatura no alteran sustancialmente sus características de volumen y densidad.• Su adquisición no requiere coste alguno.

• El aire comprimido es limpio, por lo que resulta adecuado en circuitos empleados por ejemplo, en la industria de la alimentación.

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2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES

Para estudiar las aplicaciones del aire comprimido se considera que se comporta como un gas ideal. Podemos decir que:


Un gas ideal posee moléculas que se encuentran muy separadas unas de otras, por tanto, el gas se puede

comprimir o expandir con facilidad.

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Este tipo de gases cumplirán las siguientes leyes:


• Ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el producto de la masa del gas por la presión del mismo se mantiene constante.

2211 VPVPcteVP

• P1 y V1 son los valores iniciales

• P2 y V2 son los valores finales

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• Ley de Gay-Lussac: A presión constante, el cociente entre el volumen de un masa de gas y su temperatura se mantiene constante.

2

2

1

1

T

V

T

Vcte

T

V

• T1 y V1 son los valores iniciales

• T2 y V2 son los valores finales

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2

21

1

11

T

VP

T

VPcte

T

VP

• T1 , P1 y V1 son los valores iniciales

• T2 , P2 y V2 son los valores finales


• Ecuación de estado de los gases ideales: Se obtiene a a partir de la combinación de las dos leyes enunciadas anteriormente.

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• Ecuación de estado de los gases ideales: Este producto es igual al producto de dos números, n (número de moles) y R (constante propia de los gases). De tal forma que la ecuación quedaría:

RnT

VP

T

VPRn

T

VP

2

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1

11

moles de número Kmol

082.0

n

latmR

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Video: Los Gases Ideales

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2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO


El esquema básico de un sistema constituido por un circuito neumático es el siguiente:

Compresor

Aire

El compresor aspira el aire atmosférico, aumentando su presión y generando aire comprimido.

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Compresor Conducciones

Aire

Este aire alimenta el resto de la instalación a través de un conjunto de conducciones diseñadas para tal fin.

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Compresor Conducciones Válvulas

Aire

La circulación del aire comprimido se controla a través de un conjunto de válvulas.

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Compresor Conducciones Válvulas Actuadores

Aire

Las válvulas regulan el funcionamiento de los actuadores, en los que se transforma la energía acumulada por el aire comprimido en energía mecánica.

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Compresor Conducciones Válvulas Actuadores

Proceso

Aire

El proceso final depende del sistema mecánico sobre el que actúe, ya sea un martillo neumático, etc.

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2.4- COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS NEUMÁTICOS


Los elementos principales que componen un circuito neumático son:

•COMPRESORES: El aire comprimido se obtiene a partir de una máquina que se llama compresor.

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• COMPRESORES

• CONDUCCIONES: El aire alimenta el resto de la instalación a través de un conjunto de conducciones diseñadas para ese fin.

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• COMPRESORES

• CONDUCCIONES

• VÁLVULAS: La circulación del aire comprimido se controla a través de un conjunto de válvulas.

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• COMPRESORES

• CONDUCCIONES

• VÁLVULAS

•ACTUADORES: Son regulados por las válvulas, transforman la energía acumulada por el aire comprimido en energía mecánica.

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2.5- DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO


El aire comprimido producido en el compresor se distribuye hacia el resto de los elementos que configuran el sistema a través de un conjunto de tuberías. Este conjunto de tuberías constituye una red o circuito de aire comprimido.

Las redes utilizadas se dividen en dos tipos:• Red Abierta: La tuberías que alimentan los diferentes actuadores están en contacto con la presión atmosférica. Se suelen utilizar para limpieza de alta presión o trabajos similares.

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El aire comprimido producido en el compresor se distribuye hacia el resto de los elementos que configuran el sistema a través de un conjunto de tuberías. Este conjunto de tuberías constituye una red o circuito de aire comprimido.

Las redes utilizadas se dividen en dos tipos:• Red Cerrada: Los circuitos de esta red están estancos, es decir, manteniendo en su interior aire a presión sin estar en contacto con el aire.

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Generalmente suelen existir en los circuitos neumáticos un conjunto de elementos destinados a acondicionar el aire comprimido que circula por la red de distribución. Algunos son:

• Filtros: Se encargan de eliminar las impurezas que pudiera arrastrar el aire, ya que el aire procede de la atmósfera.

• Reguladores de presión: Mantienen el valor de la presión constante en todo el circuito.

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Los sistemas hidráulicos son semejantes a los neumáticos descritos anteriormente, pero en lugar de emplear aire comprimido utilizan un liquido, normalmente aceite, para acumular energía y posteriormente transformarlo en energía mecánica. Por esta razón se suelen llamar sistemas oleohidráulicos.

Los automatismos hidráulicos disponen también de dispositivos destinados a aumentar la presión del aceite, denominados bombas hidráulicas, cuya misión es muy parecida a los compresores neumáticos.

Las principales diferencias existentes con respecto a los sistemas neumáticos provienen de las particularidades que presenta el trabajar con un líquido en lugar de con un gas. Los líquidos, a diferencia de los gases, son prácticamente incompresibles.

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La presión que ejerce el líquido sobre las paredes de un recipiente se denomina presión hidrostática y actúa igual en todas las direcciones dentro del líquido. Esta característica se expresa en la ley de Pascal, que se enuncia así:

LA PRESIÓN EJERCIDA POR UN LÍQUIDO EN REPOSO SE TRANSMITE INTEGRAMENTE A TODOS LOS PUNTOS DEL LÍQUIDO.

AGUA

F1

S1S2

F2

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P1=S1

F1

P2=S2

F2

P1= P2

S1

F1

S2

F2

=

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Otra diferencia fundamental entre los sistemas neumáticos y las hidráulicos es que en estos últimos el sistema de distribución necesariamente tienen que ser cerrado. Si fuera abierto habría fugas.

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La Ley de continuidad de los fluidos incompresibles intenta explicarnos el comportamiento de los líquidos en el seno de un circuito hidráulico. Esta ley nos dice que:

EL CAUDAL DE UN FLUIDO INCOMPRESIBLE SE MANTIENE CONSTANTE EN LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS QUE TENGAN SUS

COMPONENTES CONECTADOS EN SERIE

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Ley de Continuidad

S1

S1

V1

V1

S1 V1 = S2 V2

Q1 = Q2 = constante

S2

S1 .V2 = V1

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