48761179 24044736 Tema Circuitos Hidraulicos y Neumaticos Elementos Compo

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Departamento de Tecnologa IES San Jos

TEMA 61. CIRCUITOS HIDRULICOS Y NEUMTICOS: ELEMENTOS COMPONENTES Y CIRCUITOS TPICOS DE POTENCIA Y CONTROL. NEUMTICA 1. CONCEPTOS PREVIOS. 1.1. Presin. 1.2. Caudal. 1.3. Humedad.

2. NEUMTICA APLICADA. 2.1. Produccin del aire comprimido. 2.1.1. Compresores volumtricos. 2.1.2. Turbocompresores. 2.1.3. Accionamiento del compresor.

3. DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO. 3.1. Acumulador. 3.2. Separador. 3.3. Red de aire. 3.4. Preparacin del aire. 4. COMPONENTES. 4.1. Cilindros neumticos. 4.2. Vlvulas. 4.3. Accesorios. 5. MANDO NEUMTICO. 6. INSTALACIONES NEUMTICAS. 7. CLCULOS. 8. DIAGRAMAS DE MOVIMIENTO.

Prof. Nino Gonzlez Haba Gil

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NEUMTICA

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Departamento de Tecnologa IES San Jos1. CONCEPTOS PREVIOS. El aire que se emplea en instalaciones neumticas es el aire corriente, el que respiramos. El aire, como todos los gases, es capaz de reducir su volumen cuando sufre una accin exterior. Otro fenmeno que observamos en los gases es, que al introducirlos en un recipiente elstico (en un neumtico, por ejemplo) tiende a repartirse por igual en el interior del mismo ya que todos los puntos representan igual resistencia ante una accin exterior tendente a disminuir su volumen. 1.1. PRESIN.

Se define como el cociente entre el valor de una fuerza que acta perpendicularmente a una superficie y el rea de dicha superficie.

P=Unidades:

F S 1Pascal =

1Newton 1m 2 1Dina En el sistema cegesimal (CGS): Baria; 1Baria = ; 1Bar = 106 Barias 1cm 2 1Kp En el sistema tcnico (MKS): Atmsfera; 1Atm = 1cm 2En el sistema internacional (SI): Pascal; En la prctica en aplicaciones neumticas se cumple que: 1 Bar = 1 Atm = 100 Kpa Presin relativa.- Presiones relacionadas con la atmosfrica. Presin absoluta.- Presiones referidas al cero absoluto.

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Departamento de Tecnologa IES San Jos1.2. CAUDAL. Se define el caudal como el volumen de fluido que atraviesa una determinada seccin transversal de una conduccin por cada unidad de tiempo.

Q=

v s l = = sv t t

El caudal se mide indistintamente en m3/h; l/min; l/s

1.3. HUMEDAD. Se llama humedad atmosfrica al contenido de vapor de agua del aire. La proporcin mxima (que aumenta con la temperatura) de vapor de agua que puede existir en el aire corresponde a la saturacin. El contenido de vapor se puede expresar de varias formas siendo las ms usuales las siguientes: a) Humedad absoluta: Es la masa de vapor de agua que tenemos en cada unidad de volumen (generalmente se expresa en g/m3). b) Humedad relativa. Se define como el cociente entra la masa de vapor de agua que existe en un volumen de aire (mv) y la que habra si ese volumen de aire estuviese saturado a igual temperatura (ms).

Hr =

mv ms

Si llamamos pv a la presin parcial del vapor de agua y ps a la presin de saturacin a la misma temperatura, y aplicamos la ley de los gases perfectos:

PV = nRTSiendo: P Presin en atmsferas. V Volumen en litros. n n de moles. R Cte de los gases perfectos = 0.082 Atml / K mol T Temperatura K

Entonces para la masa de vapor de agua, en gramos, contenida en 1 m 3 de aire (poniendo pv en mm Hg y siendo la masa molecular del agua 18 g/mol), se cumple que:

pV m 1000l = V 0.082 T 760mmHg 18

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Departamento de Tecnologa IES San JosSi tenemos vapor de agua, como es un gas, ocupa todo el volumen disponible, por ello, si tenemos un volumen de 1 m3, tambin tenemos en la ecuacin de arriba 1 m3 de vapor de agua. Despejando mV tenemos:

mV =

pV 1000 18 p = 290 V 760 0.082 . T T

pV mm HgT K

La mV sern gramos de agua en cada m3 de aire considerado. Anlogamente, si el vapor est saturado:

p m S = 290 S TDe esta forma se obtiene la expresin:

Hr =

mV p = V mS pS

que es otra manera de expresar la humedad relativa. Asimismo, tambin podramos calcular la cantidad de aire seco contenida en 1 m 3 de aire. Si llamamos p a la presin atmosfrica, se cumplir que la presin parcial del aire seco es1:

pa = p pv = p H r p s

La masa de aire hmedo (m) ser:

m = mV + m A.S .Siendo: mV masa de vapor de agua. mA.S. masa de aire seco.

c) Grado de humedad o humedad especfica. La Ley de Dalton de los gases nos dice que la suma de las presiones parciales que ejercera cada uno de los componentes de una mezcla gaseosa es igual a la presin total de la mezcla.1

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Departamento de Tecnologa IES San JosEs el cociente entre las masas de vapor de agua y de aire seco contenidas en un mismo volumen:

X =

mV m A.S .

Calculando la mA.S.2 :

p AS m A.S . atm l 1000l = 0.082 T 760mmHg 28,8 g / mol mol K m A.S . = p A.S . 1000 28,8 p = 445,8 A.S . 760 0.082 T T

De donde:

p 290 V mV pV 290 T X= = = p m A.S . 445,8 p pV 445,8 A.S . TEn esta expresin, se puede observar que el grado de humedad permanezca constante al variar la temperatura.

UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL.

2. NEUMTICA APLICADA.

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Masa molecular del aire seco = 28,8 g/mol -6-

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Departamento de Tecnologa IES San JosLa tcnica neumtica admite infinidad de aplicaciones en el campo de la mquina herramienta, especialmente en los trabajos de fijacin de piezas, bloqueo de rganos, alimentacin de mquinas y movimiento lineal de rganos que no requieran velocidades de actuacin rigurosamente constantes. 2.1. PRODUCCIN DEL AIRE COMPRIMIDO. El aire comprimido se obtiene por medio de compresores que son mquinas capaces de elevar la presin de una masa de aire hasta el valor conveniente. Los compresores son, en realidad, generadores de caudal, ya que para lograr aumentos de presin es necesaria una relacin determinada entre el caudal de entrada y el de salida, siendo este inferior a aqul. Los compresores no son verdaderos productores de energa, sino transmisores de la misma, ya que convierten la energa mecnica de su rbol motor en energa de presin. Existen dos procedimientos fundamentales de compresin: - Compresin volumtrica. Se obtiene por la admisin del aire en un recinto hermtico, donde se le reduce de volumen. Es el sistema del compresor de pistn. - Turbocompresin. Obedece a los principios de la mecnica de fluidos. El aire, aspirado por el propio sistema, aumenta su velocidad de circulacin a travs de varias cmaras, impulsado por paletas giratorias. La energa cintica de stas se transforma en energa elstica de compresin. En la figura se puede apreciar una relacin de los principales tipos de compresores, atendiendo a la divisin fundamental explicada, con las subdivisiones que hacen al caso. Tanto el compresor de mbolo como el rotativo son compresores volumtricos.

2.1.1. Compresores volumtricos.

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Departamento de Tecnologa IES San JosDentro de este grupo destacan los compresores de pistn que son los ms difundidos. Se construyen de baja, media y alta presin, aunque en este caso deben disponer de varias etapas compresoras. La figura 6.2 muestra un compresor de pistn clsico de una sola etapa. El aire aspirado por el pistn en su carrera descendente penetra en la cmara de compresin a travs de la vlvula de admisin y despus es inmediatamente comprimido hasta la presin de trabajo, momento en el que se abre la vlvula de escape. Durante el trabajo de compresin se genera calor - segn previene la ley de Gay-Lussac lo que obliga a una refrigeracin del cilindro proporcional a la cantidad de calor producida. En los compresores pequeos bastan las aletas que lleva el cilindro por la parte exterior. En los mayores se instala adems un ventilador y en los de alta presin es necesaria la refrigeracin por agua.

En la figura 6.3 aparece un compresor de pistn de dos etapas y montaje en V. El aire comprimido en el primer pistn, despus de refrigerado, se introduce en un segundo

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Departamento de Tecnologa IES San Joscilindro de volumen inferior que lo vuelve a comprimir. As se obtienen presiones de 1 a 20 bar y con tres etapas se puede llegar hasta 220 bar. El compresor rotativo, basado tambin en la compresin volumtrica, consiste esencialmente (fig. 6.4) en un rotor excntrico provisto de paletas que giran en el interior de un crter cilndrico, con un orificio de entrada y otro de salida. Al girar el rotor, las paletas, que actan por la fuerza centrfuga, forman clulas de volumen variable que encierran aire cada vez ms comprimido hasta que lo impulsan al conducto de salida. Es un compresor muy silencioso y de dimensiones reducidas aunque su capacidad compresora no excede de 8 bar. 2.1.2. Turbocompresores. Existen dos modelos de turbocompresores, ambos aptos para tratar grandes caudales. Uno es el turbocompresor radial (fig. 6.5), llamado as porque la aceleracin del aire se produce de cmara a cmara en sentido radial. El segundo es el turbocompresor axial, en el que el aire circula paralelamente al eje del mismo (figura 6.6).

2.1.3. Accionamiento del compresor. El accionamiento de un compresor se realiza indistintamente por medio de un motor elctrico o de un motor de combustin interna, segn las exigencias de cada caso. Cuando se trata de compresores fijos, el motor preferido es el elctrico, mientras que los compresores mviles llevan motor de explosin, por razones obvias. La conexin del motor y el compresor se confa normalmente a una transmisin de correas trapeciales.

3 . DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO.

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Departamento de Tecnologa IES San JosEl aire comprimido generado por el compresor no es