Accionamientos Neumaticos E Hidraulicos

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Web Docente del Área de Ingeniería Mecánica 344, Ampliación de Diseño de Máquinas Ingeniería Industrial

Accionamientos neumáticos e hidráulicos 1. 2. 3. 4. 5.

Tipos de accionamientos Aplicaciones Ventajas e inconvenientes de su utilización Teoría Enlaces de interés

Tipos de accionamientos Accionamientos lineales

Accionamientos rotativos

Cilindro de simple efecto Movimiento continuo http://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/344AmplDisMaq/Curso_02-03/webs_Alumnos/Web1_0203/Pagina_Web/principal.html (1 of 9)13/06/2006 12:16:50 p.m.

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Cilindro de doble efecto

Cilindros especiales Movimiento discreto

Cilindro de simple efecto Dispone de una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido ● ●

Con recuperación por fuerza no definida (Figura 1: elevación hidráulica de tractor agrícola) Con recuperación por resortes ❍ Resortes exteriores (Figura 2: gato hidráulico) ❍ Resortes interiores (Figura 3: transmisión "power shift", R: resortes de recuperación, D: discos de embrague)

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Figura 1

Figura 2

Cilindro de doble efecto Dispone de dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso. ● ● ● ●

Cilindro de vástago simple (Figura 4: Cilindro con dos carreras motrices) Cilindro de vástago doble pasante (Figura 5: Cilindro con dos carreras motrices) Cilindro de camisa móvil y vástago fijo (Figura 6) Cilindro diferencial (Figura 7: Cilindro con dos carreras motrices. La superficie del pistón es igual al doble de la del vástago)

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Figura 3

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Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Cilindros especiales ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

Cilindro telescópico Cilindro electrohidráulico lineal con servomando Cilindro de suspensión Cilindro telescópico especial Cilindro de cable Cilindro con unidad de bloqueo Cilindro de vástagos paralelos Cilindro con vástago antigiro Cilindro plano Cilindro tándem Cilindro multiposicional Unidad deslizante Mesa lineal de traslación Cilindro de tope Cilindro compacto Unidad hidroneumática Cilindro sin vástago

Movimiento continuo http://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/344AmplDisMaq/Curso_02-03/webs_Alumnos/Web1_0203/Pagina_Web/principal.html (4 of 9)13/06/2006 12:16:50 p.m.

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Motor hidráulico de pistones ❍ Radiales ■ Con bloque de cilindros giratorios ■ Con cilindros fijos ❍ Axiales ■ Con bielas y eje inclinado ■ Con platillo inclinado y eje en línea ■ Con platillo inclinado giratorio, eje en línea y tambor fijo ■ Con cilindro fijo (son los menos abundantes en el mercado) Motor hidráulico de engranajes ❍ Motor hidráulico de engranajes con dentado exterior ■ Con dientes rectos ■ Con dientes oblicuos ■ Con dientes en forma de V ❍ Motor hidráulico de engranajes con dentado interior Motor hidráulico de paletas ❍ Motores sin equilibrar ❍ Motores equilibrados

Movimiento discreto ● ● ●

Cilindro de paleta (simple o doble) Cilindro de cremallera (simple o doble) Cilindro de tornillo o rampa helicoidal (simple o doble)

Aplicaciones ●

HIDRÁULICA ❍ Vehículos de obras públicas ❍ Elementos de manutención ❍ Ascensores o montacargas hidráulicos ❍ Máquinas vibradoras para ensayos dinámicos

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NEUMÁTICA ❍ Prensas neumáticas ❍ Pulverización / Atomización (industria textil, del papel...) ❍ Herramientas neumáticas ❍ Máquinas de moldear ❍ Vacío

Ventajas e inconvenientes ●

HIDRÁULICA Ventajas ❍ ❍

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Inconvenientes

Consiguen fuerzas estáticas elevadas con relativamente poco espacio La conversión de energía es mediante mecanismos mecánicos, por tanto, no existen problemas eléctricos Existe un amplio rango de potencias La incompresibilidad del aceite lo hace ideal para mantener posiciones de presión durante tiempos elevados

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Son accionamientos caros Son pesados porque tienen sistemas mecánicos rígidos para poder aportar fuerzas elevadas Son sensibles a la suciedad. Pueden dar problemas de mantenimiento, por gripaje de los vástagos Necesitan muchas medidas de seguridad por las fuerzas elevadas con las que trabajan

NEUMÁTICA Ventajas ❍ ❍

Su instalación es fácil de realizar y económica El fluido que se maneja es gratuito y las posibles fugas no suponen ningún problema grave

Inconvenientes ❍ ❍

No se alcanzan presiones tan elevadas Normalmente se descuida el mantenimiento (por no necesitarlo en exceso) y la instalación acaba fallando porque se alcanzan frecuencias muy elevadas y la vida de las válvulas y de los cilindros está limitada

Teoría http://www.emc.uji.es/d/IngMecDoc/344AmplDisMaq/Curso_02-03/webs_Alumnos/Web1_0203/Pagina_Web/principal.html (6 of 9)13/06/2006 12:16:50 p.m.

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Los accionamientos neumáticos e hidráulicos se emplean fundamentalmente para accionamientos lineales, aunque, como se vio, existen también motores. Los sistemas hidráulicos permiten un mejor control de la posición y la velocidad del accionamiento que los neumáticos, debido a la incompresibilidad del fluido. En el caso de los accionamientos neumáticos lo más importante del accionamientos es el mando (paso de una posición a la otra), siendo difícil la regulación de la posición y velocidad. En ambos casos la velocidad de desplazamiento es directamente proporcional al caudal entrante al cilindro. En efecto:

En el caso de los accionamientos neumáticos la expresión no es del todo correcta pues , por lo que en la fase transitoria inicial no será válido lo anterior. Esto hace además que el tiempo de respuesta no sea tan rápido como en los sistemas hidráulicos. Sin embargo, una vez el pistón empieza a desplazarse la variación de la densidad es despreciable, por lo que la velocidad, es también proporcional al caudal entrante. La velocidad del pistón es controlable: por tanto regulando el caudal entrante al cilindro o saliente, mediante una válvula de estrangulación. Sin embargo, el caudal entrante o saliente no depende sólo de la posición de la válvula de estrangulación, sino también de la carga pues debe cumplirse:

Con lo cual, como una de las presiones Pi o Pd será fija (Pi=Pe con estrangulación en la salida, Pd=Ps con estrangulación en la entrada), la otra dependerá de la carga F y por tanto el valor de F afectará al caudal circulante. ●

Escape estrangulado Si la carga es constante: Cuando se conmuta alimentando Pi=Pe (presión alimentación) y en el instante inicial Pd=Pe pues estaba a presión. El pistón empezará a moverse cuando Pd=Pe-F/a y el caudal saliente dependerá de la relación Pd/Ps=(Pe-F/a)/Ps. Dicho caudal puede calcularse empleando la Ec. de Saint-Vanante para flujo compresible:

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Si se varía la carga F cambiará la relación Pd/Ps y por tanto también lo hará el caudal, a no ser que se esté en la zona de flujo crítico, en cuyo caso no variará el caudal ni la velocidad. ●

Admisión estrangulada Al alimentar con la presión Pe a la izquierda tenemos que Pi será inicialmente inferior a Pe por la estrangulación y Pd=Ps. El pistón empezará a moverse cuando Pi, que va creciendo sea: Pi=Ps+F/A y el caudal entrante dependerá de la relación Pi/Pe=(Ps+F/A)/Pe. Si se varía la carga cambiará la relación Pi/Pe y por tanto el caudal, a no ser que se esté funcionando en la zona de flujo crítico. Sin embargo hay que señalar que en este caso será menos normal esta situación (flujo crítico). En efecto, como ejemplo supongamos F/A=4 bar, Pe=7bar, Ps=1 bar. Para estrangulación en la salida la relación crítica da Pdcri=Ps/0.528=1.89, pero Pd=Pe-F/A=3, luego se trabaja en zona crítica. Para estrangulación en la entrada la relación crítica da Picri=Pe·0.528=3.7, pero Pi=Pd+F/A=5, luego se trabaja en zona subcrítica.

Como conclusión, para una mejor regulación de la velocidad independientemente de la carga se usa estrangulación en el escape de forma que se mantenga siempre una presión Pd superior a los 2 bar. En el caso de cilindros de simple efecto el muelle activa modificando la carga por lo que la regulación para conseguir velocidad constante es más difícil. Una opción para conseguir velocidades más controladas es el uso de una regulación hidroneumática. Para ello se acopla un cilindro hidráulico de freno en paralelo al neumático. En cuanto a la regulación de las posiciones límite, el recorrido del pistón puede variarse usando topes ajustables que impidan una carrera completa o bien fines de carrera que marcan la posición límite, dando la orden correspondiente para detener el pistón.

Enlaces de interés ●

Catálogos con información técnica sobre accionadores lineales

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Suministradores de accionadores lineales

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Enciclopedias técnicas y Buscadores sobre hidráulica y neumática

Bibliografía ● ● ● ●

Neumática (SMC International Training). Paraninfo (Thomson Learning) Tecnología de los circuitos hidráulicos (J.P. de Groote). Biblioteca Ceac del automóvil Sistemas industriales accionados por aire comprimido (E. Carnicer Royo). Biblioteca del Instalador Hydraulics and pneumatics. A technician's and engineer's guide. (Andrew Parr). Butterworth Heinemann

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Motor hidráulico de pistones radiales ●

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Los motores radiales pueden estar construidos de forma que sus pistones realicen una o varias carreras por cada giro, con lo que se consigue una multiplicación del par de salida (gran cilindrada). La concepción radial está reservada a los motores llamados "lentos"; algunos pueden girar con régimen inferior a una vuelta por minuto. Estos motores realizan con frecuencia el papel de reductor.

Funcionamiento:

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La excentricidad del cigüeñal corresponde a la semi-carrera de los pistones (1: punto del centro del cigüeñal) Los tapones (2 y 3) obturan los taladros de mecanizado para la alimentación y salida del fluido y van montados en la parte posterior del cigüeñal. Estos taladros desembocan en la parte delantera del cigüeñal (6). Se ha indicado con una flecha el sentido de giro, siendo (4) las bielas, (5) los ejes de pistones, todos ellos de la misma longitud y (7) los pistones. El pistón (8) se encuentra en la carrera ascendente, aproximándose a su punto muerto superior. En su movimiento crea una depresión en la canalización de alimentación, que hace que el aceite penetre en el cilindro. Al mismo tiempo, el pisón (9) se encuentra en su carrera descendente. Se aproxima a su punto muerto inferior y manda el aceite hacia el conducto de presión, es decir, hacia el distribuidor de la instalación hidráulica. Debido a la rotación del bloque de pistones y a la excentricidad del cigüeñal, todos los pistones están animados con un movimiento alternativo. El pistón (10) se encuentra en su punto muerto superior. Ha terminado su fase de admisión y va a comenzar la de impulsión. El pistón (11) se encuentra en su carrera descendente, está pues en la fase de impulsión. Lo mismo ocurre con el pistón (12), pero éste está a punto de terminar la impulsión y de comenzar su alimentación. El pistón (13) se encuentra en plena alimentación y el pistón (14) está a punto de terminarla.

Marcas de motores lentos:

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