Neumatica e hidráulica

Antoni Creus Solé

• Publisher: Marcombo
• Year: 2012
• ISBN:
  9788426718617
• Edition: 1
• Topic: Ciencias físicas
• Subtopic: Mecánica de fluidos

La evolución continua de la industria en la obtención de nuevas materias, su mecanización y la obtención de un producto final elaborado obliga a conocer y entender el funcionamiento de los dispositivos neumáticos e hidráulicos, su control, sus limitaciones y la forma de realizar un correcto diseño de las instalaciones. La obra estudia los actuadores y motores neumáticos, hidráulicos, elÚctricos y digitales, con sus válvulas distribuidoras y accesorios, y los mÚtodos de montaje y diseño de sus instalaciones, acompañando diagramas de cálculo de diversos fabricantes que permiten seleccionar el motor o el actuador más adecuado para las diversas aplicaciones que el usuario pueda requerir. En esta segunda edición hemos ampliado el capítulo 7 de instalaciones neumáticas e hidráulicas. TambiÚn hemos añadido un nuevo capítulo (8) de Centrales neumáticas e hidráulicas que describe los dispositivos y las características que deben reunir el aire y el fluido hidráulico para que la alimentación de los correspondientes actuadores y motores sea óptima.

1GENERALIDADES

Los sistemas de movimiento y control basados en fluidos pueden ser neumáticos, hidráulicos, eléctricos y mecánicos.

1.1 Neumática

La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire. Así, en sus comienzos el hombre utilizó el viento en la navegación y en el uso de los molinos para moler grano y bombear agua. En 1868 George Westinghouse fabricó un freno de aire que revolucionó la seguridad en el transporte ferroviario. Es a partir de 1950 cuando la neumática progresa ampliamente en la industria con el desarrollo paralelo de los sensores.

Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de cilindros y motores neumáticos, y se aplican en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, motores neumáticos, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, vibradores, frenos neumáticos, etc.

Las ventajas que presenta el uso de la neumática son el bajo coste de sus componentes, su facilidad de diseño e implementación y el bajo par o la fuerza escasa que puede desarrollar a las bajas presiones con que trabaja (típico 6 bar), lo que constituye un factor de seguridad. Otras características favorables son el riesgo nulo de explosión, su conversión fácil al movimiento giratorio así como al lineal, la posibilidad de transmitir energía a grandes distancias, una construcción y mantenimiento fáciles y la economía en las aplicaciones.

Entre las desventajas, figura la imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la compresibilidad del aire, los altos costes de la energía neumática y las posibles fugas que reducen el rendimiento.

La neumática precisa de una estación de generación y preparación del aire comprimido formada por un compresor de aire, un depósito, un sistema de preparación del aire (filtro, lubricador y regulador de presión), una red de tuberías para llegar al utilizador y un conjunto de preparación del aire para cada dispositivo neumático individual (Figura 1.1).

Figura 1.1. Preparación del aire.

Los sistemas neumáticos se complementan con los eléctricos y electrónicos, lo que les permite obtener un alto grado de sofisticación y flexibilidad. Utilizan válvulas de solenoide, señales de realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera. El PLC (Programmable Logic Controller) les permite programar la lógica de funcionamiento de un cilindro o de un conjunto de cilindros realizando una tarea específica.

En determinadas aplicaciones, tales como en movimientos de aproximación rápida y avance lento, típicos de las fresadoras y rectificadoras, en la sujeción de piezas utilizada en los cortes a alta velocidad sobre materiales duros y en la automatización de procesos de producción, se combinan la neumática y la hidráulica en un circuito oleoneumático, utilizando la parte neumática para el accionamiento y control y la parte hidráulica para el actuador.

1.2 Hidráulica

La hidráulica utiliza básicamente los fluidos hidráulicos como medios de presión para mover los pistones de los cilindros. En la figura 1.2 se representa el movimiento típico de un pistón dentro del cilindro gracias a la energía proporcionada por un sistema hidráulico formado por una bomba, un depósito y un conjunto de tuberías que llevan el fluido a presión hasta los puntos de utilización

Figura 1.2. Circuito típico de un pistón dentro del cilindro en un sistema hidráulico. LVDT (Linear Variable Differential Transformer) es un captador lineal de desplazamiento.

Dentro de estos sistemas se encuentran los motores hidráulicos con velocidades que abarcan desde 0,5 rpm hasta 10.000 rpm, y el par que proporcionan va desde 1 Nm (baja velocidad) hasta 20.000 Nm (alta velocidad).

Los sistemas hidráulicos se aplican típicamente en dispositivos móviles tales como maquinaria de construcción, excavadoras, plataformas elevadoras, aparatos de elevación y transporte, maquinaria para agricultura y simuladores de vuelo.

Sus aplicaciones en dispositivos fijos abarcan la fabricación y montaje de máquinas de todo tipo, líneas transfer, aparatos de elevación y transporte, prensas, máquinas de inyección y moldeo, máquinas de laminación y ascensores y montacargas.

Tienen las siguientes ventajas: Gran potencia transmitida con pequeños componentes; posicionamiento preciso; arranque con cargas pesadas; movimientos lineales independientes de la carga, ya que los líquidos son casi incompresibles y pueden emplearse válvulas de control; operación suave e inversa; buen control y regulación y disipación favorable de calor.

Y entre sus desventajas figuran: Polución del ambiente con riesgo de incendio y accidentes en el caso de fuga de aceite; sensibilidad a la suciedad; peligro presente debido a las excesivas presiones y dependencia de la temperatura por cambios en la viscosidad.

Análogamente a los sistemas neumáticos, los sistemas hidráulicos se complementan con los eléctricos y electrónicos mediante dispositivos tales como válvulas de solenoide, señales de realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera. Es fácil, en particular en sistemas complejos, acoplarles un PLC (Programmable Logic Controller) que les permite programar la lógica de funcionamiento de varios cilindros.

En determinadas aplicaciones, tales como en movimientos de aproximación rápida y avance lento, típicos de las fresadoras y rectificadoras, en la sujeción de piezas utilizada en los cortes a alta velocidad sobre materiales duros y en la automatización de procesos de producción, se combinan los sistemas neumático, hidráulico y eléctrico en la forma siguiente:

–Circuito electroneumático: Accionamient...