SISTEMAS NEUMATICOS E HIDRAULICOS

JUAN FELIPE ARIAS MARTINEZ

LUIS FERNANDO MONTOYA

LAURA MARCELA PRIETO

ANYI RAMIREZ

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

INGENIERIA MECATRONICA

INTRODUCCN A MECATRONICA

PEREIRA

2015

SISTEMAS NEUMATICOS E HIDRAULICOS

JUAN FELIPE ARIAS MARTINEZ

LUIS FERNADO MONTOYA

LAURA MARCELA PRIETO

ANYI RAMIREZ

LIC. HUMBERTO GIRALDO

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

INGENIERIA EN MECATRONICA

INTRODUCCIN A MECATRONICA

PEREIRA

2015

Sistemas Neumticos

Los sistemas neumticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como

medio para la transmisin de seales y/o potencia. Dentro del campo de la

neumtica la tecnologa se ocupa, sobre todo, de la aplicacin del aire

comprimido en la automatizacin industrial (ensamblado, empaquetado, etc.)

Los sistemas neumticos se usan mucho en la automatizacin de mquinas y

en el campo de los controladores automticos. Los circuitos neumticos que

convierten la energa del aire comprimido en energa mecnica tienen un

amplio campo de aplicacin (martillos y herramientas neumticas, dedos de

robots, etc.) por la velocidad de reaccin de los actuadores y por no necesitar

un circuito de retorno del aire.

En los sistemas neumticos, el movimiento del mbolo de los cilindros de los

ac-tuadores es ms rpido que en los mecanismos hidrulicos. (Por ejemplo, el

taladro y el martillo neumtico, responden muy bien a las exigencias requeridas

en estos casos).

Un circuito neumtico bsico puede representarse mediante el siguiente

diagrama funcional.

Los circuitos neumticos utilizan aire sometido a presin como medio para

transmitir fuerza. Este aire se obtiene directamente de la atmsfera, se

comprime y se prepara para poder ser utilizado en los circuitos.

Vlvula

Los actuadores neumticos, dispositivos que convierten energa neumtica

en energa mecnica, pueden ser de dos tipos: cilindro neumtico (para

movimientos lineales) y motor neumtico (para movimiento rotatorio continuo).

Elementos de un sistema neumtico

En todo sistema neumtico se pueden distinguir los siguientes elementos:

Elementos generadores de energa. En los sistemas neumticos se

utiliza un compresor, mientras que en el caso de la hidrulica se recurre

a una bomba.

Elemento de tratamiento de los fluidos. Los sistemas hidrulicos

trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un

depsito de aceite y tambin, al igual que en los sistemas neumtica

Elementos de mando y control. Tanto en sistemas neumticos como

en hidrulicos, se encargan de conducir de forma adecuada la energa

comunicada al fluido en el compresor o en la bomba hacia los elementos

actuadores.

Elementos actuadores. Son los elementos que permiten transformar la

energa del fluido en movimiento, en trabajo til.

Los dispositivos neumticos

Ofrecen varias ventajas por sobre los dispositivos estndar de dinmica de

fluidos. Si bien son ms seguros y ms confiables que su contraparte

hidrulica, sufren la falta de energa necesaria para algunas operaciones

basadas en la fuerza.

Ejemplo de la Neumtica

Simbologa

Sistemas Hidrulicos

Los fluidos, ya sean lquidos o gases son importantes medios para transmitir

seales y/o potencias, y tienen un amplio campo de aplicacin en las

estructuras productivas. Los sistemas en el que el fluido puesto en juego es un

lquido se llaman sistemas hidrulicos. El lquido puede ser, agua, aceites, o

substancias no oxidantes y lubricantes, para evitar problemas de oxidacin y

facilitar el desplazamiento de las piezas en movimiento.

Los sistemas hidrulicos tienen un amplio campo de aplicacin, podemos

mencionar, adems de la prensa hidrulica, el sistema hidrulico de

accionamiento de los frenos, elevadores hidrulicos, el gato hidrulico, los

comandos de mquinas herramientas o de los sistemas mecnicos de los

aviones, etc., en estos casos el lquido es aceite. Estos mecanismos constan

de una bomba con pistn de dimetro relativamente pequeo, que al trabajar

genera una presin en el lquido, la que al actuar sobre un pistn de di-metro

mucho mayor produce una fuerza mayor que la aplicada al pistn chico, y que

es la fuerza utilizable.

Los circuitos hidrulicos bsicos estn formados por cuatro componentes: un

depsito para guardar el fluido hidrulico, una bomba para forzar el fluido

a travs del circuito, vlvulas para controlar la presin del fluido y su

flujo, y uno o ms actuadores que convierten la energa hidrulica en

mecnica. Los actuadores realizan la funcin opuesta a la de las bombas. El

depsito, la bomba, las vlvulas de control y los actuadores son dispositivos

mecnicos.

En los circuitos hidrulicos el fluido es un lquido, que es capaz de transmitir

presin a lo largo de un circuito cerrado (En los circuitos hidrulicos el

liquido retorna al depsito despus de realizar un trabajo).

Ventajas y desventajas de los sistemas hidrulicos

Algunas ventajas:

El fluido hidrulico acta como lubricante y adems puede transportar el

calor generado hacia un intercambiador.

Los actuadores, aun pequeos, pueden desarrollar grandes fuerzas o

pares.; operar en forma continua sin daarse; etc.

Algunas desventajas:

La potencia hidrulica no es tan fcilmente disponible, en comparacin

con la potencia elctrica.

El costo de un sistema hidrulico en general es mayor que el de un

sistema elctrico semejante que cumpla la misma funcin; etc.

Elementos de trabajo y control hidrulico

Elementos actuadores. Son los elementos que permiten transformar

la energa del fluido en movimiento, en trabajo til. Son los elementos de

trabajo del sistema y se pueden dividir en dos grandes grupos: cilindros,

en los que se producen movimientos lineales y motores, en los que

tienen lugar movimientos rotativos.

Elementos de mando y control. Tanto en sistemas neumticos como

en hidrulicos, se encargan de conducir de forma adecuada la energa

comunicada al fluido en el compresor o en la bomba hacia los

elementos actuadores.

Clasificacin de los elementos hidrulicos y sus partes

En todo sistema neumtico o hidrulico se pueden distinguir los siguientes

elementos:

Elementos generadores de energa. En los sistemas neumticos se

utiliza un compresor, mientras que en el caso de la hidrulica se recurre

a una bomba. Tanto el compresor como la bomba han de ser

accionados por medio de un motor elctrico o de combustin interna.

Elemento de tratamiento de los fluidos. Los sistemas hidrulicos

trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un

depsito de aceite y tambin, al igual que en los sistemas neumticos,

debern ir provistos de elementos de filtrado y regulacin de presin.

Elementos de mando y control. Tanto en sistemas neumticos como

en hidrulicos, se encargan de conducir de forma adecuada la energa

comunicada al fluido en el compresor o en la bomba hacia los elementos

actuadores.

Elementos actuadores. Son los elementos que permiten transformar la

energa del fluido en movimiento, en trabajo til. Son los elementos de

trabajo del sistema y se pueden dividir en dos grandes grupos: cilindros,

en los que se producen movimientos lineales y motores, en los que

tienen lugar movimientos rotativos

Simbologa

Este es un ejemplo de elevador hidrulico:

Aplicacin de la Primera Ley de Newton:

La aplicacin ms importante de la primera ley de Newton es encontrar el valor de fuerzas que actan sobre una partcula, a partir de la condicin deequilibrio.

En la primera ley, se plantea que si una partcula est en equilibrio, se cumple que: F = 0. Como la fuerza es una cantidad vectorial, podemos plantear que:

Fx = 0 y Fy = 0 (Componentes rectangulares de las fuerzas).

Ejemplo:

Un cuadro de 2 Kg se cuelga de un clavo como se muestra en la figura, de manera que las cuerdas que lo sostienen forman un ngulo de 60.Cul es la tensin en cada segmento de la cuerda?

Se debe determinar la situacin del problema. Una cuerda sostiene un

cuadro de 2 Kg, en dos segmentos, cada segmento tiene una tensin Ta y Tb respectivamente, como se ilustra en el diagrama de cuerpo libre.

De las tres fuerzas planteadas, solamente se puede determinar el

valor de su peso w.

Fy = 0 = Ta sen 60 + Tb sen 60 - w;

Ta sen 60 + Tb sen 60 = w = mg (1)

Luego, Fx = 0 = - Ta cos 60 + Tb cos 60

Ta cos 60 = Tb cos 60, entonces Ta = Tb (2)

Sustituyendo (2) en (1):

2 Tb sen 60 = mg

Despejando Tb:

Problemas de Aplicacin de la Segunda Ley de Newton

sta ley centra su aplicacin en la dinmica de partculas, en los que se analizan cuerpos con aceleracin. En ste caso, la fuerza neta que acta sobre una partcula no es cero, sino:

F = m*a.

Al igual que en la primera ley, sto se puede plantear por medio de las componentes de los vectores:

Fx = m*ax y Fy = m*ay

Ejemplo. Qu fuerza neta se requiere para impartir a un refrigerador de 125 Kg una aceleracin de 1.20 m/s^2?

Los datos son la masa y la magnitud de aceleracin, y solamente se pide encontrar la magnitud de la fuerza que se le debe aplicar al refrigerador.

Por la 2a ley de Newton:

Fneta = (125 Kg) (1.20 m/s^2) = 150 N

Ejemplo. Un carrito de juguete de 3 Kg parte del reposo y se mueve una distancia de 4 m en 2 s bajo la accin de una fuerza constante nica.

Encuentre la magnitud de la fuerza.

Se sabe que la fuerza que impulsa al carrito es constante; por lo tanto, su aceleracin tambin lo es.

Se pueden aplicar las frmulas de M.R.U.A. (aceleracin constante y movimiento rectilneo) para encontrar la aceleracin del juguete y luego se multiplica por la masa para obtener la magnitud de la fuerza. De la ecuacin:

Despejamos a. Adems Vo = 0 m/s, entonces:

Y de la 2da. Ley:

F = (3 Kg) (2 m/s^2) = 6 N.

Problemas de Aplicacin de la Tercera Ley de Newton

A partir de sta tercera ley del movimiento se definen dos fuerzas de uso comn en el estudio de la cintica.

La fuerza de contacto entre dos cuerpos siempre puede representarse en trminos de la fuerza normal N perpendicular a la superficie de interaccin.

Generalmente sta fuerza se utiliza cuando un cuerpo est en contacto con una superficie plana o inclinada, entonces, el vector de la fuerza normal es perpendicular a sa superficie.

Cuando un cuerpo se desplaza haciendo contacto con una superficie, sta, por sus propiedades fsicas, realiza una fuerza que se opone al movimiento, la cual es conocida como fuerza de friccin Ff.

stas dos fuerzas tienen una relacin que se estudiar en lecciones posteriores.

Ejemplo. Dos bloques, con masa m1 = 4.6 Kg y m2 = 3.8 Kg, estn unidos por un resorte ligero sobre una mesa horizontal sin friccin.

En cierto instante, m2 tiene una aceleracin a2 = 2.6 m/s^2. a) Cul es la fuerza sobre m2?; b) Cul es la aceleracin de m1?.

a) La nica fuerza que acta sobre m2 en el sentido del movimiento (en el eje x) es la del resorte (haga el DCL para comprobarlo). Por la segunda ley de Newton:

F = m2*a = (3.8 Kg)(2.6 m/s^2) = 9.88 N.

b) La nica fuerza que acta en el sentido del movimiento sobre m1 es la del resorte. Pero el resorte hace una fuerza sobre m2 y ste hace una fuerza sobre el resorte, por accin y reaccin. Suponiendo que el resorte no se deforma, ste hace una fuerza sobre m1 igual a la fuerza que hace sobre m2.

Entonces:

a = F / m1 = 9.88 N / 4.6 Kg = 2.14 m/s^2.

Ley de las Palancas