Anexos unidad neumatica e hidraulica

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TECNOLOGÍA 4º ESO

Neumática e Hidráulica

Índice de Anexos Anexo I. Video 1 ........................................................................................................... 3 Anexo II. Neumática ..................................................................................................... 4 Anexo III. Evaluación 1 ................................................................................................. 7 Anexo IV. Principios físicos de los fulidos ..................................................................... 9 Anexo V. Evaluación 2 ................................................................................................ 11 Anexo VI. Actividad de investigación 1 ...................................................................... 13 Anexo VII. Elementos neumáticos 1 ........................................................................... 14 Anexo VIII. Evaluación 3 ............................................................................................. 19 Anexo IX. Válvulas ...................................................................................................... 22 Anexo X. Evaluación 4 ................................................................................................ 26 Anexo XI. Actividad de investigación 2 ....................................................................... 30 Anexo XII. Elementos neumáticos 2 ........................................................................... 31 Anexo XIII. Evaluación 5 ............................................................................................. 35 Anexo XIV. Actividad de investigación 3 .................................................................... 38 Annex XV. Technology and society ............................................................................ 39 Anexo XVI. Hidráulica ................................................................................................. 41 Anexo XVII. Propiedades hidráulicas .......................................................................... 43 Anexo XVIII. Evaluación 6 ........................................................................................... 47 Anexo XIX. Actividad de investigación 4 ..................................................................... 50 Anexo XX. Elementos hidráulicos 1 ............................................................................ 51 Anexo XXI. Evaluación 7 ............................................................................................. 56 Anexo XXII. Actividad de investigación 5 .................................................................... 59 Anexo XXIII. Elementos hidráulicos 2. Válvulas .......................................................... 60 Anexo XXIV. Evaluación 8 ........................................................................................... 63 Anexo XXV. Actividad de investigación 6 ................................................................... 66 Anexo XXVI. actuadores y circuitos ............................................................................ 67 Anexo XXVII. Evaluación 9 .......................................................................................... 73 Anexo XXVIII. Actividad de investigación 7 ................................................................ 77 Annex XXIX. Simulation activity .................................................................................. 78 Anexo XXX. Lectura-­‐debate ........................................................................................ 79 Annex XXXI. Video 2 ................................................................................................... 81

2

ANEXO I. VIDEO 1 Ecociudad Valdespartera se ha convertido en un referente mundial, reconocida con varios premios por su nuevo modelo de urbanismo sostenible. El barrio de Valdespartera, está ubicado en la periferia de la ciudad de Zaragoza. Entre las muchas medidas sostenibles que en su diseño se han contemplado, como la orientación sur de sus fachadas que incorporan galerías acristaladas que actúan como invernaderos, se encuentra un sistema neumático de recogida de basuras que recoge los residuos generados por 16.500 viviendas a través de 10 km de tuberías, lo que equivale a un mínimo de 10 toneladas diarias de basura.

Ver video del Anexo I

3

ANEXO  II.  NEUMà TICA  1. INTRODUCCIÓN  A  LA  NEUMà TICA  En las instalaciones de las industrias se utilizan muchos sistemas automåticos. Estos sistemas trabajan realizando movimientos y operaciones que son llevados a cabo por sistemas elÊctricos, neumåticos y oleohidråulicos. Los sistemas neumåticos se basan en la utilización del aire, que actúa como fluido de trabajo. Sus principales características son: • • • •

El fluido de trabajo es el aire. El aire se transporta a travĂŠs de tuberĂ­as o canalizaciones. Son circuitos sencillos de automatizar. Los costes son mucho mĂĄs bajos que otros sistemas.

Una de las ventajas de los sistemas neumĂĄticos es la utilizaciĂłn del aire como materia prima, es abundante, gratuito y no existe lĂ­mite en su utilizaciĂłn. Entre las aplicaciones mĂĄs destacadas de los circuitos neumĂĄticos cabe destacar la apertura y el cierre de puertas de autobuses y de trenes, los frenos de los vehĂ­culos, mĂĄquinas excavadoras, brazos grĂşa o sistemas de empaquetado. A lo largo de la unidad se describen los principios bĂĄsicos que rigen el funcionamiento de los sistemas neumĂĄticos y los componentes mĂĄs utilizados.

2. MAGNITUDES Â FUNDAMENTALES Â PRESIĂ“N Â La utilizaciĂłn de aire comprimido para el funcionamiento de los dispositivos neumĂĄticos obliga a tomar en consideraciĂłn algunas magnitudes bĂĄsicas relacionadas entre sĂ­. La presiĂłn se define como la fuerza que se ejerce por unidad de superficie: đ??Š=

đ??… đ??’

La unidad de presiĂłn en el Sistema Internacional es el pascal, que se obtiene asĂ­: ! Â !"#$%! ! Â !"#$% Â !"#$%#$&

Â

= 1 Â pascal

! Â ! ! Â ! Â !

4 Â

= 1 Â Pa

Un pascal es la presiĂłn ejercida por una fuerza de un newton (N) cuando se aplica perpendicularmente a una superficie de un metro cuadrado (m2). El pascal es una unidad muy pequeĂąa para las aplicaciones industriales, por lo que se suele trabajar con una unidad llamada bar. La equivalencia es la siguiente: 1 bar = 100.000 Pa = 105 Pa

Unidades  de  presiĂłn  [1] Â

Ademås del pascal y del bar, en neumåtica se suele trabajar con otras unidades de medida: Kilopondio por centímetro cuadrado (kp/cm2). El kilopondio es una unidad de fuerza que equivale a 9,8 N (que es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto de 1 kg de masa). • Kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2). En este caso es la presión que ejerce una masa de un kilogramo sobre una superficie de un centímetro cuadrado. • Newton por milímetro cuadrado (N/mm2). La equivalencia entre las principales unidades en cålculos industriales es la siguiente: •

đ?&#x;?  đ??›đ??šđ??Ť ≈ đ?&#x;Ž, đ?&#x;—đ?&#x;–đ?&#x;•  đ??šđ??­đ??Ś = đ?&#x;•đ?&#x;”đ?&#x;Ž  đ??Śđ??Śđ??‡đ?? ≈ đ?&#x;?, đ?&#x;Žđ?&#x;?đ??¤đ??Š/đ??œđ??Śđ?&#x;?  =105Pa  El aire comprimido que se utiliza en las industrias proviene del exterior. Éste se suele comprimir hasta una presiĂłn de 12 bares con respecto a la presiĂłn atmosfĂŠrica (presiĂłn relativa). No obstante, la mayorĂ­a de las instalaciones trabajan con una presiĂłn de entre 6 y 8 bar. AsĂ­ pues, la presiĂłn absoluta se define como: Pabsoluta = PatmosfĂŠrica + Prelativa Donde la presiĂłn absoluta es la presiĂłn referida al vacĂ­o. Cuando se mide la presiĂłn con un manĂłmetro, se conoce el valor de la presiĂłn relativa que se utiliza.

   Â

Â

5 Â

Â

CAUDAL Â Caudal: Es el volumen de fluido que atraviesa una secciĂłn de un conductor en una unidad de tiempo. đ???=

đ??• đ??­

MĂĄs  informaciĂłn  sobre  el  caudal    [2] Â

Donde el volumen estĂĄ en metros cĂşbicos (m3) y el tiempo en segundos (s). TambiĂŠn se puede definir en litros (l) en vez de metros cĂşbicos por segundo. El volumen tambiĂŠn puede expresarse como el producto de la longitud por la superficie de secciĂłn S: đ???=

đ??• đ??‹âˆ™đ??’ = đ??­ đ??­

!

Como la velocidad es v = ! , sustituyendo estos valores en la fĂłrmula del caudal y simplificando, se obtiene: đ???=

đ??• đ??‹âˆ™đ??’ = =đ?‘şâˆ™đ?’— đ??­ đ??­

TEMPERATURA Â Temperatura: en fĂ­sica se define como una magnitud escalar relacionada con la energĂ­a interna de un sistema termodinĂĄmico. Se puede medir, entre otras unidades, en grados Celsius (C) o Kelvin (K). đ??Š = đ??‚ + đ?&#x;?đ?&#x;•đ?&#x;‘, đ?&#x;?đ?&#x;“

POTENCIA Â Potencia: La cantidad de trabajo realizado en la unidad de tiempo. đ???=

đ??– đ??­

[1]Unidades de presiĂłn. Obtenido de Recursos Tic en: http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/presion/unidades.htm [2] Leyes del aire comprimido. Obtenido de Parker Hannifin EspaĂąa en: http://www.parkertransair.com/jahia/Jahia/filiale/spain/lang/es/home/TechnicalCenter/LawsOfCompressedAi

Â

6 Â

Â

ANEXO III. EVALUACIÓN 1 1. CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN 1.

Define el principio de Pascal.

2.

¿Qué magnitudes físicas relaciona la ley de Boyle y Mariotte?

3. ¿Cuál es la unidad de temperatura en el SI? Define la ecuación de los gases ideales. 4. Halla el caudal que circula por un tubo de 0,02 m de diámetro, si la velocidad es de 4 m/s. 5. Halla el caudal que circula por un tubo si tiene un radio de 0,05 m y la velocidad del fluido es de 3 m/s. 6. Una cantidad de aire ocupa 0,1 m3 a 700.000 N/m2 de presión. Calcula el volumen a una presión de 300.000 N/m2. 7. Una cantidad de aire ocupa 0,3 m3 a 500.000 N/m2 de presión. Calcula el volumen a una presión de 200.000 N/m2. 8. En una máquina industrial se dispone a 1 m3 de aire a 200.000 N/m2 de presión. ¿Cuánta presión se necesitará para hacer que este aire ocupe 0,8 m3? 9. Halla la presión de un fluido cuando ejerce una fuerza de 1.500 N sobre una superficie de 0,01 m2. 10. Halla la superficie sobre la que un fluido que está a una presión de 500.000 N/m2 ejerce una fuerza de 2.000 N. 11. Un fluido tiene como presión absoluta 300.000 N/m2. ¿Cuál es su presión relativa? 12. La presión absoluta de un fluido es de 8 atm. ¿Cuál es su presión relativa?

2. SOLUCIÓN A LA AUTOEVALUACIÓN

1 La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente indeformable se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. 2 El producto del volumen V que ocupa un gas por la presión p a la que está sometido permanece constante si no se producen variaciones de temperatura” p·V=cte Por lo que en dos estados distintos se tiene: P1·V1 = P2 ·V2 3 La unidad de temperatura en el SI es el Kelvin (K). La ley de los gases ideales relaciona el volumen, la temperatura y la presión: p·V=n·R·T 4

Q=S·v=(Π·d^2)/4·v=(Π·〖0,02〗^2)/4·4=0,00125 m3/s

5

Q=S·v=(Π·〖(r·2)〗^2)/4·v=(Π·〖(2·0,05)〗^2)/4·3=0,023562 m3/s

6 P_1 〖·V 〗_1=P_2·V_2; 700000·0,1=300000·V_2 por lo que V_2=0,233 m3

despejando

7 P_1 〖·V〗_1=P_2·V_2; V_2=0,75 m3

500000·0,3=200000·V_2 por lo que despejando

8 P_1 〖·V〗_1=P_2·V_2 P_2=250.000N/m2

200000·1=P_2·0,8

9

por

p=F/S=1500/(0,01)=150.000 N/m2

10 S=F/p=2000/(500.000)=0,004 m2 11

Prelativa = 300.000-100.000 ≈ 200.000 N/m2

12 Prelativa = 8-1 ≈ 7 atm

8

lo

que

despejando

ANEXO Â IV. Â PRINCIPIOS Â FĂ?SICOS Â D E Â L OS Â F ULIDOS Â 1. L EY Â DE Â LOS Â GASES Â IDEALES Â Las relaciones matemĂĄticas utilizadas para presiones del aire inferiores a los 12 bares, son las que corresponden a los gases ideales. Se llaman asĂ­ porque se considera que estĂĄn formados por partĂ­culas puntuales que se mueven libremente sin direcciĂłn preferente. Las partĂ­culas que lo forman pueden colisionar elĂĄsticamente con las paredes del recipiente que contiene el gas y con otras partĂ­culas, sin experimentar atracciĂłn o repulsiĂłn. La ley de los gases ideales relaciona el volumen, la temperatura y la presiĂłn:

Ley  de  los  gases   [1] Â

đ??Šâˆ™đ??•=đ??§âˆ™đ??‘∙đ??“

Â

p: presiĂłn (atm) V: volumen (L) n: nĂşmero de moles del gas. !"#∙!

R: constante de los gases. 0,082 !∙!"# T: TÂŞ en grados Kelvin (K). La relaciĂłn entre Kelvin y ÂşC es T(C) = T (ÂşC) + 273

2. LEY  DE  BOYLE  Y  MARIOTTE  “El producto del volumen V que ocupa un gas por la presiĂłn p a la que estĂĄ sometido permanece constante si no se producen variaciones de temperaturaâ€? đ??Š ∙ đ??• = đ??œđ??­đ??ž

Ley  de  Boyle  y  Mariotte   [2] Â

Por lo que en dos estados distintos se tiene: P1∙V1 = P2  ∙V2 P1: presiĂłn en el estado inicial (Pa) V1: volumen en el estado inicial (m3) Â

P2: presiĂłn en el estado final (Pa) V2: volumen en el estado final (m3)

Â

9 Â

3. Principio de pascal

“La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo”.

Principio de Pascal [3]

Así que si se tiene aire a presión, este tratará de expandirse hacia donde pueda hacerlo. Si hay aire a presión dentro de un globo y se abre su boca, todo el aire empezará a salir por ella y no se detendrá hasta que se haya igualado la presión atmosférica con el exterior. [1] Ley de los gases. Obtenido de IES Al-Ándalus en: http://www.iesalandalus.com/joomla3/images/stories/FisicayQuimica/flash/fq3eso/mov_gas_tcm.swf [2] Ley de Boyle y Mariotte. Obtenido de Averroes en: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/ley_boyle.html [3] Principio de Pascal. Obtenido de Recursos TIC en: http://recursostic.educacion.es/eda/web/eda2010/newton/materiales/rodriguez_jesus_practica_32/estatica%20flui dos/principio_de_pascal_aplicaciones.html

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ANEXO V. EVALUACIÓN 2 1. CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN 1. Expresa las siguientes temperaturas en Kelvin: a. b. c. d. e. f. g.

40ºC -7ºC -3ºC -23ºC 0ºC 1ºC 10ºC

2. Expresa los siguientes caudales en m3/s: a. b. c. d. e. f. g.

20 l/s 100.000 l/s 40 m3/s 500 cm3/s 11 m3/min 150 cm3/s 0,5 m3/min

3. Pasa las siguientes expresiones a bares: a. b. c. d. e. f. g.

100 Pa 1.000.000 Pa 0,1 Mpa 10 Mpa 50.000 N/m2 200.000 N/m2 600.000 Pa

11

2. SOLUCIÓN A LA AUTOEVALUACIÓN 1. a. b. c. d. e. f. g.

313,15 K 266,15 K 270,15 K 250,15 K 273,15 K 274,15 K 283,15 K

a. b. c. d. e. f. g.

0,02 100.000 40 0,0005 0,1833 0,00015 0,00833

a. b. c. d. e. f. g.

0,001 bar 10 bar 1 bar 10 bar 0,5 bar 2 bar 6 bar

2.

3.

12

ANEXO VI. ACTIVIDAD DE I NVESTIGACIÓN 1 •

OBJETIVO

1.- ¿Qué es el proyecto Reinassance?

Conocer el proyecto Reinaissance en el que participó activamente el proyecto de la Ecociudad de Valdespartera en Zaragoza.

2.- ¿Qué premio o reconocimiento obtuvo la Ecociudad Valdespartera?

DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

3.-Cita las principales características bioclimáticas del proyecto de Valdespartera.

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen.

[1] Proyecto Reinaissance. Obtenido de Unizar: http://renaissance.unizar.es/index.php/inicio

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ANEXO VII. ELEMENTOS NEUMÁTICOS 1 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO Un circuito neumático es un sistema formado por un conjunto de elementos unidos entre sí, a través de los cuales puede circular aire comprimido y que realiza una determinada función. Un circuito neumático está formado, fundamentalmente, por: • un generador de aire comprimido • los actuadores: cilindros y motores • las tuberías y los conductos • los elementos de control y mando

2. ACTUADORES 2.1 CILINDROS Los cilindros son los actuadores más utilizados en neumática. Se utilizan cuando se necesita obtener fuerza en un sistema. Un cilindro es un tubo circular con sección constante, formado por una cámara por la que se mueve un pistón o émbolo. Se utilizan juntas de goma para garantizar el cierre hermético del mismo, que se denominan juntas de estanqueidad.

Imagen: partes de un cilindro neumático.

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2.1.1 T IP O S D E C IL IN D R O S Existen dos tipos de cilindros, los de simple efecto y los de doble efecto. •

Cilindros de simple efecto. Sólo realizan trabajo en su carrera de salida, el retorno lo realizan mediante un muelle o con una carga externa.

La fuerza que puede desarrollar en el avance es: F!" = p ∙ S!" − F!"#$$# = p ∙

•

π ∙ D! − F!"#$$# 4

Cilindros de doble efecto. A diferencia de los cilindros de simple efecto, éstos realizan trabajo en la carrera de salida y en la carrera de retorno.

Funcionamiento del cilindro doble efecto [1] El cilindro de doble efecto realiza fuerzas en cada una de sus carreras de trabajo: -Carrera de avance: F!" = p ∙ S!" Fav: fuerza de avance P: presión Sav: superficie de avance (superficie del émbolo) S!" = Donde D es el diámetro del émbolo. -Carrera de retroceso: F!"# = p ∙ S!"!

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!∙!! !

Fav: fuerza de retroceso P: presiĂłn Sav: superficie de retroceso (superficie del ĂŠmbolo menos lo que ocupa el vĂĄstago) Ď€ S!"# = D! − d! 4 Donde D es el diĂĄmetro del vĂĄstago. Debido a que la superficie de retroceso es menor en el retroceso que en el avance, sus fuerzas son proporcionales, por lo que: S!" > S!"#

2.1.2  CONSUMO  DE  AIRE  DE  UN  CILINDRO  AdemĂĄs de las fuerzas que realizan los cilindros con sus avances, hay que tener en cuenta el aire que consumen en cada una de las fases. Ese aire es suministrado por un componente llamado compresor, que tendrĂĄ unas caracterĂ­sticas especĂ­ficas en cada caso. El consumo de aire comprimido depende de su volumen y el nĂşmero de ciclos que realiza en ese tiempo: -Volumen de un cilindro de simple efecto. Es igual a la superficie del cilindro (s) por su carrera (c): V=S∙c=Π∙

D! ∙c 4

-Volumen de un cilindro de doble efecto. En este caso, en cada una de las fases (avance y retroceso) se vacĂ­an y se llenan las dos cĂĄmaras de aire. V = S!" ∙ c +  S!"# ∙ c Sustituyendo las superficies de avance y retroceso queda asĂ­ la expresiĂłn: D! D! − d! 2D! − d! đ?‘‰ =Π∙ ∙ c +  Π∙ ∙c=Π∙ ∙c 4 4 4 DespuĂŠs de calcular el volumen V de cada uno de los cilindros se multiplica por el nĂşmero de ciclos nc y se obtiene el consumo de aire C. C = V ∙ n! Una vez calculado el volumen de aire comprimido, se aplica la ley de Boyle y Mariotte para conocer el volumen de aire tomado de la atmĂłsfera: đ?‘‰!"#  ∙ đ?‘?!"# = đ?‘‰!"#$ ∙  đ?‘?!"#$ Â

16 Â

Vatm: volumen a presión atmosférica. Patm: presión atmosférica absoluta. Vcomp: volumen a presión de trabajo. Pcomp: presión de trabajo absoluta.

2.2

M O T O R E S N E U M Á T IC O S [2]

Los motores neumáticos son unos elementos capaces de transformar la energía neumática en energía mecánica. Nos podemos encontrar muchas herramientas que funcionan con aire comprimido y necesitan un motor, por ejemplo, una taladradora. Sin embargo, nos encontraremos otro tipo de herramientas que no necesitan un motor neumático, por ejemplo, una pistola de clavar clavos, grapas, etc. Los motores neumáticos no solamente son útiles como herramientas de trabajo, también tienen un uso industrial, aunque no sea lo más común, porque ya existen los motores eléctricos, entre otras cosas. Sin embargo, en ciertas industrias, pueden llegar a ser necesario, como las industrias alimentarias y las farmaceúticas. En este tipo de industria, la higiene es una cuestión vital, y en determinados procesos productivos, el motor eléctrico ensucia.

Motor neumático de engranajes [2]

Como se puede observar, el motor está compuesto de dos engranajes, uno de ellos está conectado con el eje del motor, y el otro, transmite movimiento al otro engranaje. Este tipo de motor es de bajo rendimiento, porque consume más energía que la que transmite. Pero, es capaz de dar 60 cv de potencia.

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Simbología del grupo compresor:

Motor neumático

Motor neumático de paleta [2]

Es el tipo de motor que se usan en las herramientas, como lijadoras y taladradoras. Dan una potencia máxima de 20 cv, y tienen unas velocidades de 3000 hasta 9000 r.p.m. Existen otros tipos de motores neumáticos como el de pistones, los cuales están construidos con varios pistones. Se logran potencias del orden de 30 cv.

[1] Funcionamiento del cilindro doble efecto. Obtenido de Neumaticar en: http://www.neumaticar.com/web/img_xtras/didactica/didactica_11.htm [2]Tipos de motores neumáticos:

http://sitioniche.nichese.com/motores.html

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ANEXO VIII. EVALUACIÓN 3 1. C UESTIONES DE EVALUACIÓN 1. Halla la potencia desarrollada por un cilindro que trabaja a una presión de 500.000 N/m2 que se expande en 100 segundos 0,03 m3.

2.

Halla la fuerza que ejerce un cilindro de simple efecto si la superficie del émbolo es de 16 cm2 y trabaja a una presión de 5 kp/cm2.

3. Halla la fuerza que ejerce un cilindro de simple efecto de 5 cm de diámetro y la presión es de 5 kp/cm2. 4. Halla la fuerza que ejerce un cilindro de simple efecto de 7,5 cm de diámetro y si la presión de trabajo de 6 kp/cm2. 5. Halla la fuerza que ejerce en el avance y en el retroceso un cilindro de doble efecto de 6 cm de diámetro y 0, 4 cm de diámetro de vástago. La presión de trabajo es de 5 kp/cm2. 6. Halla la fuerza que ejerce en el avance y en el retroceso un cilindro de doble efecto de 8 cm de diámetro y 0, 5 cm de diámetro de vástago. La presión de trabajo es de 9 kp/cm2.

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7. Halla el volumen de aire comprimido que consume un cilindro de simple efecto en un ciclo, sabiendo que el diámetro es de 3 cm y la carrera de 5 cm. 8. Halla el volumen de aire comprimido que consume un cilindro de simple efecto en 10 ciclos, sabiendo que el diámetro es de 3 cm y la carrera de 8 cm. 9. Halla el volumen de aire comprimido que consume un cilindro de simple efecto en una hora, sabiendo que realiza 20 ciclos por hora. El diámetro es de 10 cm y la carrera de 20 cm. 10. Un cilindro consume 250 cm3 de aire cuando existe una presión de 3 kp/cm2. ¿Qué volumen consume a presión atmosférica?

20

2. S OLUCIÓN DE LA EVALUACIÓN 1. 𝐏 =

𝐩∙∆𝐕 𝐭

=

𝟓𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎∙𝟎,𝟎𝟑

= 150 W

𝟏𝟎𝟎

2. 𝐅 = 𝐩 ∙ 𝐒 = 𝟏𝟔 ∙ 𝟓 = 80 Kp 3. 𝐅 = 𝐩 ∙ 𝚷 ∙ 4. 𝐅 = 𝐩 ∙ 𝚷 ∙

𝐃𝟐

=𝟓∙𝚷∙

𝟒 𝐃𝟐

=𝟔∙𝚷∙

𝟒

𝟓𝟐 𝟒

=98,17 Kp

𝟕,𝟓𝟐 𝟒

= 265,07 Kp

5. En el avance: 𝐅=𝐩∙𝚷∙

𝐃𝟐

=𝟓∙𝚷∙

𝟒

𝟔𝟐 𝟒

= 141,3 Kp

En el retroceso: 𝐅=𝐩∙𝚷∙

𝐃𝟐 !𝐝𝟐 𝟒

=𝟓∙𝚷∙

𝟔𝟐 !𝟎,𝟒𝟐 𝟒

= 140,74 Kp

6. En el avance: 𝐅=𝐩∙𝚷∙

𝐃𝟐 𝟒

=𝟗∙𝚷∙

𝟖𝟐 𝟒

= 452,16 Kp

En el retroceso: 𝐅=𝐩∙𝚷∙ 7. 𝐕 = 𝚷 ∙ 8. 𝐕 = 𝚷 ∙

𝐃𝟐 𝟒 𝐃𝟐 𝟒

𝐃𝟐 !𝐝𝟐 𝟒

=𝟗∙𝚷∙

∙𝐜=𝚷∙ ∙𝐜=𝚷∙

𝟑𝟐 𝟒 𝟑𝟐 𝟒

𝟖𝟐 !𝟎,𝟓𝟐 𝟒

= 450,39 Kp

∙ 𝟓 = 35,34 cm3 ∙ 𝟖 = 56,54 cm3 en un ciclo

En 10 ciclos = 10 ∙ 56,54 = 565,4 cm3 9. 𝐕 = 𝚷 ∙

𝐃𝟐 𝟒

∙𝐜=𝚷∙

𝟏𝟎𝟐 𝟒

∙ 𝟐𝟎 = 1570,8 cm3 en un ciclo

En 20 ciclos 20 ∙ 1570,8 = 31416 cm3 10. Presión absoluta 3 Kp/cm2 + 1 Kp/cm2 = 4 Kp/cm2 𝟒 ∙ 𝟐𝟓𝟎 = 𝟏 𝐕𝐚𝐭𝐦 Por lo que 𝐕𝐚𝐭𝐦 = 1000 cm3

21

ANEXO IX. VÁLVULAS En los circuitos neumáticos, las válvulas son elementos esenciales que controlan, ordenan y limitan la entrada y salida de aire por los conductos y el resto de elementos. Las válvulas se pueden clasificar en tres grupos: distribuidoras (o direccionales), de control y reguladoras de flujo.

1. VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

Válvulas distribuidoras:

Su función es dejar pasar, interrumpir o desviar el aire comprimido hacia una parte determinada del circuito. Para representar e identificar una válvula según la norma ISO o la UNE-101, hay que tener en cuenta:

-Tipo de válvula: Su representación simbólica se determina mediante dos cifras. La primera indica el número de orificios (número de vías) y la segunda indica el número de posiciones de trabajo.

Válvula 3/2 en posición cerrada

Válvula 4/2

Válvula 5/2

-El sentido de circulación del aire en el interior. Indicado mediante flechas. -Tipos de conexiones a tuberías. Identificando una fuente de aire comprimido o una salida libre. -Modo de mando y retorno. Se representan de izquierda a derecha y se simbolizan de manera distinta según el tipo.

Válvula 5/2 posición cerrada

Cada una de las posiciones de la válvula tiene un determinado número de orificios de entrada y/o salida del fluido. Los cierres de paso se representan mediante símbolos en forma de T y el sentido de flujo del aire lo indican las flechas.

22

Válvula 5/3 posición de escape

A, B ó 1, 2… Indican las líneas de trabajo. P indica la línea de presión R indica el retorno.

• • •

Simbología de accionamientos:

2. VÁLVULAS DE CONTROL Este tipo de válvulas tienen como función la regulación y el control del fluido. Existen también varios tipos que podemos clasificar en: antirretorno, selectoras de circuito y las de simultaneidad. •

Válvula antirretorno o bloqueo: Permiten la circulación del aire en un sentido y la impiden en el otro. Dispone de un resorte unido a la pieza de cierre. En el sentido de circulación del aire indicado en la figura la presión vence la resistencia del muelle y se abre la conducción. Cuando el aire fluye en el sentido contrario el paso del aire está bloqueado.

Mando manual, pulsador

Botón pulsador, seta

•

Mando con bloqueo, control manual

[3]

Válvula selectora: Tiene de un pistón en el interior que bloquea una de las dos entradas de aire que se dispone en el interior. Si el aire entra por el orificio A, entonces obliga a desplazarse al pistón y sale por el orificio B. En cambio, si el aire entra por el orificio C, el pistón se desplaza en sentido contrario y se bloquea el orificio A, saliendo el aire por el B de nuevo.

Mando por palanca

Muelle, control mecánico

•

Válvula “O” (OR)

Válvula de simultaneidad: Esta válvula sólo permite la salida del aire cuando a la vez entra aire por las dos entradas. La parte central tiene forma de H y es móvil, si por uno de los orificios de entrada no entra aire, el otro queda bloqueado por el propio aire que inyecta.

Rodillo palpador, control mecánico

Presurizado neumático

23

Válvula “Y” (AND)

3. VÁLVULAS REGULADORAS DE FLUJO Este tipo de válvula también realiza funciones de control y regulación. Se suelen instalar en a la salida de las cámaras de los cilindros para regular la velocidad del émbolo cuando avanza. Se pueden clasificar en: válvulas reguladoras de caudal bidireccionales y válvulas reguladoras de caudal unidireccional. •

•

Regulación válvula 2/2 [1]

Válvula unidireccional: Regula el caudal de aire comprimido en una sola dirección. La regulación se hace mediante un tornillo que aumenta o disminuye la sección del conducto. Válvula bidireccional: Regula el caudal de aire comprimido en dos direcciones.

Regulación del flujo [2] a) válvula estranguladora bidireccional b) válvula estranguladora unidireccional Otro tipo de válvulas son las válvulas de escape rápido y los eyectores de vacío.

4. APLICACIÓN DE VÁLVULAS Y CILINDROS -Control de un cilindro de simple efecto. El cilindro sólo tiene una cámara por lo cual sólo tiene un conducto. Mediante la válvula 3/2 se controla el cilindro. En la posición de reposo permite la salida de aire. Cuando se aprieta el pulsador, se conecta el conducto de presión con la cámara y el aire sale. Al soltar, la válvula vuelve a su posición de reposo.

Regulación del flujo [2]

24

-Control de un cilindro de simple efecto. El cilindro tiene dos cámaras por lo cual tiene dos conductos, de entrada y salida de aire. Mediante la válvula 5/2 (1.1) se controla el cilindro. La válvula 5/2 vías está gobernada por dos válvulas 3/2 (1.2 y 1.3) vías con mando con bloqueo alimentadas desde la unidad de mantenimiento (0.1).

[3] [1] Regulación válvula 2/2. Obtenido de Neumaticar en: http://www.neumaticar.com/web/img_xtras/didactica/didactica_3.htm [2]Regulación del flujo. Obtenido de Neumaticar en: http://www.neumaticar.com/web/img_xtras/didactica/didactica_17.htm [3] Portaeso.com http://www.portaleso.com

25

ANEXO X. EVALUACIÓN 4 1. P REGUNTAS DE EVALUACIÓN 1. ¿Qué es una válvula?, ¿para qué sirve? (1 punto)

2. ¿Qué tipos de válvulas hay en el mercado? Nómbralas. (1 punto)

3. Representa gráficamente: (1 punto) a. Válvula 2/2 b. Válvula 3/2 cerrada. c. Válvula 4/2 d. Válvula 5/2 cerrada. e. Válvula 5/3. 4. Dibuja los siguientes accionamientos de válvulas: (1 punto) a. Pulsador. b. Palanca. c. Mando con bloqueo. d. Palpador. e. Muelle. 5. Dibuja y explica cómo funciona una válvula selectora. (2 puntos) 6. Representa gráficamente las siguientes válvulas junto a sus accionamientos (2 puntos): a. Válvula 2/2 con accionamiento por mando por bloqueo y retorno por muelle. b. Válvula 2/2 con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

26

2. S OLUCIÓN DE LA EVALUACIÓN 1. Las válvulas son elementos esenciales en los circuitos neumáticos. Son elementos que controlan, ordenan y limitan la entrada y salida de aire por los conductos y elementos. 2. Las válvulas se pueden clasificar en tres grupos: distribuidoras, de bloqueo y reguladoras de flujo. 3. a. Válvula 2/2

b. Válvula 3/2 cerrada.

c. Válvula 4/2

d. Válvula 5/2 cerrada.

e. Válvula 5/3.

27

4. Dibuja los siguientes accionamientos de válvulas: a. Pulsador.

b. Palanca.

c. Mando con bloqueo

d. Palpador.

e. Muelle.

5. Válvula selectora: Tiene una bola en el interior que bloquea una de las dos entradas de aire que se dispone en el interior. Si el aire entra por el orificio A, entonces obliga a desplazarse al pistón y sale por el orificio B. En cambio, si el aire entra por el orificio C, el pistón se desplaza en sentido contrario y se bloquea el orificio A, saliendo el aire por el B de nuevo.

28

6. Representa gráficamente las siguientes válvulas junto a sus accionamientos: a. Válvula 2/2 con accionamiento por mando por bloqueo y retorno por muelle.

b. Válvula 2/2 con accionamiento por pulsador y retorno por muelle.

29

ANEXO XI. ACTIVIDAD DE I NVESTIGACIÓN 2

• OBJETIVO Ampliar los conocimientos relacionados con la neumática a lo largo de la historia. DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

1.- ¿Cómo ha evolucionado las redes de distribución de aire comprimido en los últimos años?. Realiza un esquema de las mejoras que ha supuesto la introducción de nuevos materiales en las redes [1].

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen. MATERIALES Ficha

[1] Evolución del aire comprimido. Obtenido de Parker transair: http://www.parkertransair.com/jahia/Jahia/filiale/spain/lang/es/home/TechnicalCenter/CompressedAirPipeSystem

30

ANEXO XII. ELEMENTOS NEUMÁTICOS 2 1. CONDUCCIONES Son los conductos que forman la red de distribución de aire a todo el sistema. Suelen ser metálicos o de plásticos, y pueden ser rígidos o flexibles. Se instalan con una ligera inclinación de 1,5º para facilitar que el agua producida por la condensación no se acumule en ningún punto del circuito. Los conductos flexibles que tienen poca longitud se llaman latiguillos. Su representación en los esquemas neumáticos es la siguiente:

2. COMPRESORES Para aumentar la presión del aire recogido de la atmósfera se utilizan los motocompresores que están formados por: el compresor, el depósito y el equipo acondicionador de aire. Las principales características que definen un motocompresor son las siguientes: -La potencia del motor medida en watios, (W). -El voltaje de alimentación del motor en voltios, (V). -La presión máxima en Newtons por metro cuadrado, (N/m2).

31

-La capacidad del depósito en metros cúbicos, (m3). -El caudal del aire aspirado en metros cúbicos por segundo, (m3/s).

Simbología del grupo compresor:

Compresor

Depósito

Imagen: Grupo compresor.

El motor puede ser eléctrico o térmico según el tipo de instalación. Se encarga de comunicar el movimiento de rotación al eje del compresor. Los motores eléctricos se usan en instalaciones fijas y los térmicos en instalaciones que no disponen de tomas de corriente.

Filtro

El compresor, es el elemento básico del conjunto. Su función es comprimir el aire que obtiene de la atmósfera que se encuentra a una presión absoluta de 1atm y que expulsa a una presión superior. Toma el movimiento del motor y transforma la energía cinética en presión. Hay varios tipos de compresores en el mercado:

Secador

-Compresores rotativos, que están formados por una cámara de compresión y un rotor. -Compresores alternativos, son similares a los motores de combustión interna, se pueden fabricar en distintos tamaños y proporcionan distintos grados de compresión. El depósito es el lugar donde se almacena el aire a presión procedente del compresor y lo suministra cuando es necesario. Para controlar el estado del aire del interior del depósito se instalan manómetros, termómetros y válvulas de escape por si se quiere vaciar al exterior y no al sistema. El filtro se utiliza para limpiar el aire de partículas en suspensión que pueden dañar el sistema acumulándose en el interior. Se colocan a la entrada de la instalación reteniendo las impurezas.

32

Unidad de mantenimiento

El secador o deshumidificador elimina la humedad del aire absorbido de la atmósfera para evitar que el vapor se condense en el interior debido a los cambios de presión. El agua condensada se extrae a través de un orificio denominado purgador.

Animación Filtro de aire [1]

3. DISEÑO DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS Cilindro doble efecto comandado desde un punto. El cilindro doble efecto se moverá mediante el efecto de una válvula distribuidora 5/2 monoestable, pilotada por aire y retorno por muelle. Con el accionamiento de la otra válvula 3/2 activada por pulsador y retorno por muelle, se dará la señal para pilotar la válvula que mueve el cilindro. El cilindro saldrá al apretar el pulsador y entrará al dejar de pulsarlo.

33

Apertura y cierre de las dos hojas de la puerta de un garaje. Consta de dos cilindros de doble efecto y permite ser activado para la apertura y cierre, tanto desde el interior como desde el exterior.

[1] Animación del filtro de aire. Obtenido de Neumaticar en: http://www.neumaticar.com/web/img_xtras/didactica/didactica_14.htm

34

ANEXO XIII. EVALUACIÓN 5 1. P REGUNTAS DE EVALUACIÓN 1. ¿Qué es una conducción?, ¿para qué sirve? (2 puntos) 2. Representa con símbolos: (2 puntos) a. Unión de tuberías b. Fuente de presión c. Escape con rosca d. Conexión de presión cerrada 3. ¿Qué es un motocompresor? Define sus principales características. (2 puntos) 4. Define y representa simbólicamente: (2 puntos) a. Motor neumático. b. Compresor. c. Filtro. d. Secador. e. Depósito. 5. Explica el siguiente circuito: Cilindro doble efecto comandado desde dos puntos. (2 puntos)

35

2. S OLUCIÓN DE LA EVALUACIÓN 1. Son los conductos que forman la red de distribución de aire a todo el sistema. Suelen ser metálicos o de plásticos, y pueden ser rígidos o flexibles. Se instalan con una ligera inclinación de 1,5º para facilitar que el vapor de agua no se acumule en ningún punto. Los conductos flexibles con poca longitud se llaman latiguillos. 2.

3. Para aumentar la presión del aire recogido de la atmósfera, se utiliza de forma conjunta, el motor, el compresor, el depósito y el equipo acondicionador de aire. Al conjunto se le denomina motocompresor. Las principales características que definen un motocompresor son las siguientes: -La potencia del motor medida en watios, W. -El voltaje de alimentación del motor en voltios, V. -La presión máxima en Newtons por metro cuadrado, N/m2. -La capacidad del depósito en metros cúbicos, m3. -El caudal del aire aspirado en metros cúbicos por segundo, m3/s. 4. a. Motor. Se encarga de comunicar el movimiento de rotación al eje del compresor. Los motores eléctricos se usan en instalaciones fijas y los térmicos en instalaciones que no disponen de tomas de corriente.

36

b. Compresor. Su función es comprimir el aire que obtiene de la atmósfera que se encuentra a una presión absoluta de 1atm y que expulsa a una presión superior. Toma el movimiento del motor y transforma la energía cinética en presión.

c. Filtro. Se utiliza para limpiar el aire de partículas en suspensión que pueden dañar el sistema acumulándose en el interior. Se colocan a la entrada de la instalación reteniendo las impurezas.

d. Secador. Elimina la humedad del aire absorbido de la atmósfera para evitar que el vapor se condense en el interior debido a los cambios de presión. e. Depósito. Es el lugar donde se almacena el aire a presión procedente del compresor y que lo suministra cuando es necesario

5. El cilindro doble efecto se moverá mediante el efecto de una válvula distribuidora 5/2 monoestable, pilotada por aire y retorno por muelle. Con el accionamiento de la otra válvula 3/2 accionada por pulsador, se dará la señal para activar la válvula que mueve el cilindro. El cilindro saldrá al apretar el pulsador y entrará al dejar de pulsarlo.

37

• •

ANEXO XIV. ACTIVIDAD DE I NVESTIGACIÓN 3 Regulación de un cilindro simple efecto:

OBJETIVO Incrementar la interpretación de neumáticos y conocimientos funcionamient.

capacidad de los circuitos mejorar los sobre su

DESARROLLO Monta el circuito neumático propuesto en la actividad y explica el funcionamiento del mismo.

Dibuja en el simulador [1] cómo gobernarías un cilindro doble efecto utilizando dos válvulas 3/2 vías. Explica el funcionamiento del circuito. ¿Cómo regularías la velocidad de salida?. Nota de funcionamiento: La velocidad de un cilindro puede ser disminuida por medio de un regulador en un solo sentido, con efecto de estrangulación de la alimentación del aire a la entrada del cilindro.

[1] Simulador. Obtenido de Portal ESO en: http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/neuma.ehidra/simulador/simulador.html

38

ANNEX XV. TECHNOLOGY A ND SOCIETY 1. P NEUMATIC TUBE SYSTEMS Administrations, must work quickly and efficiently. The ideal transport guarantees fast and reliable performance of all tasks, is the pneumatic tube system for administrative offices. The area of application. Pneumatic tube systems are well suited for a variety of businesses and offices: In administrations, logistics centers, banks, printing plants, publishing houses and shipping companies, pneumatic tube systems connect departments and decentralized offices in other buildings via buried or exposed tubes. Even secured areas and sterile rooms can be integrated into the system. Installation is possible at any time, either during construction of a new building or later in an existing structure, and interrupting ongoing operations is not necessary. The transport load. Pneumatic tube systems are well suited for a variety of businesses and offices: In administrations, logistics centers, banks, printing plants, publishing houses and shipping companies, pneumatic tube systems connect departments and decentralized offices in other buildings via buried or exposed tubes. Even secured areas and sterile rooms can be integrated into the system. Installation is possible at any time, either during construction of a new building or later in an existing structure, and interrupting ongoing operations is not necessary. The system:

Station Diverter Central Control Blower System Coupling Device

The automatic station. This station's features are especially user-­‐friendly, such as its dispatch magazine, destination selection keypad, name index and plaintext display. When a carrier arrives at the station, an air cushion slows it down to protect fragile transport loads and a signal automatically announces its arrival. After the transport load is removed, an automatic destination selection system returns the empty carrier. The mail station. A company's mail room is often a busy place. Therefore, these stations are equipped with at least three dispatch magazines; large mail stations require six, nine or even more. Conveyor belts are also installed for receiving a large number of carriers. The administration specific demands. Fast and efficient administration is vital to a company's smooth operation. For this reason, administrative pneumatic tube system fulfills certain specific requirements.

39

• • • • •

Arriving carriers are braked carefully upon arrival and sent directly into the tube without a jolt. The system functions silently and is user-­‐friendly. Transport loads with restricted access can be secured by means of a code. To ensure the sterility of certain rooms and for reasons of comfort, air is not passed between stations. The computerized control system permits statistical evaluations of the traffic data, e.g. the number of transports, for itemized cost analysis and billing.

The components: The plain text display can boast of a number of user-­‐friendly features: • • • • •

easy-­‐to-­‐read, illuminated display. indication of destination name and number. search key and address list. individually programmable destination numbers and addresses. indication of system status and operating sequence.

The blower: One or more three-­‐phase blowers propel the carrier by means of compression or a vacuum created via a centrally controlled air switch. Self-­‐adjusting Teflon gaskets in all system components guarantee airtight seals.

The three way diverter: With a standardized offset transfers the carriers to the desired tube. Its construction provides airtight, silent connection of the tubes.

2. D ISCUSSION : Do you know any business in your city which uses this system? Do you think that this system is really useful? You can watch this video. [1] Pneumatic tube systems. Obtenido de Sumetzberger en: http://www.sumetzberger.at/en/home/ [2] Hospital pneumatic system. Obtenido de Youtube en: http://www.youtube.com/watch?v=94E5pU47xvM

40

ANEXO XVI. HIDRÁULICA En el mundo de la industria muchos mecanismos funcionan con distintos tipos de energía como la eléctrica, en motores eléctricos, o la energía térmica, en motores de combustión. En esta parte de la unidad se muestra como muchos otros sistemas funcionan gracias a líquidos que, sometidos a presiones elevadas, realizan un determinado trabajo. Se denominan sistemas hidráulicos o automatismos hidráulicos. Realizando una breve comparativa entre la hidráulica y la neumática, se puede deducir que son muy similares entre sí, ya que los dos utilizan fluidos como elemento de transmisión y en ambas técnicas se utiliza la presión para desarrollar su actividad. Sin embargo, los circuitos neumáticos utilizan aire y los hidráulicos utilizan, normalmente, aceite mineral. Las principales ventajas de la hidráulica u oleohidráulica son: •

• • • • •

Utilización de aceite que lubrica y refrigera el sistema, y lo protege contra la oxidación. Además, puede conducir el calor generado hacia un intercambiador. El aceite prácticamente no se puede comprimir, por lo que se puede controlar mejor la velocidad y posición de los elementos de trabajo. Regulación: las fuerzas pueden regularse de manera continua. Fuerza: no existe apenas límite en la fuerza o momentos de giro que se puede obtener en los elementos de trabajo. En los elementos de trabajo pueden realizarse cambios rápidos de sentido. El aceite se impulsa mediante una bomba, la presión que así se ejerce en los elementos de trabajo es la necesaria para accionar a cada uno de ellos, por eso se denomina presión máxima de trabajo. Así mismo, se puede establecer, de forma sencilla, protección contra las sobrecargas.

También existen desventajas en la utilización de este tipo de sistemas: •

• •

El coste, en general, es mayor que el de un sistema eléctrico o neumático semejante que cumpla la misma función. Las bombas y válvulas son caras, así como el fluido empleado. La potencia hidráulica no está tan fácilmente disponible, en comparación con la potencia eléctrica. La alta presión a la que se trabaja exige revisiones periódicas y un buen mantenimiento del sistema, por lo que es necesario disponer de personal especializado para el mantenimiento.

41

Ampliación Neumática e Hidráulica [1]

•

En estos circuitos es necesario disponer de tuberías de retorno y un depósito para almacenar el aceite.

Las aplicaciones de los sistemas oleohidráulicos son muy variadas y están presentes en el día a día de los ciudadanos, como son las puertas de apertura y cierre de autobuses, los frenos en los automóviles y dispositivos específicos en tractores, grúas, máquinas excavadoras, montacargas, máquinas herramientas, etc.

[1] Introducción a la hidráulica. Obtenido de Recursos Tic en: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena9/index_4quincena9.htm

42

Â

ANEXO Â XVII. Â PROPIEDADES Â HIDRĂ ULICAS Â Â

1. CAUDAL Â Es el volumen de fluido que atraviesa una secciĂłn de un conductor en una unidad de tiempo. đ???=

đ??• đ??­

Donde el volumen estĂĄ en metros cĂşbicos (m3) y el tiempo en segundos (s). TambiĂŠn se puede definir en litros (l) en vez de metros cĂşbicos por segundo.

2. POTENCIA  Es la presiĂłn ejercida por el caudal. Tabla  de  viscosidad  de  fluidos  hidrĂĄulicos  [1] Â

đ??? = đ??Š  ∙  đ??? Potencia de la bomba:

đ??Š  ∙  đ??? !

đ?‘ƒ = potencia en W đ?‘? = velocidad del fluido en N/m2 đ?‘„ = caudal en m3/s đ?œ‚= rendimiento de la bomba en tanto por uno Â

3. DENSIDAD Â La densidad es la propiedad de la materia que relaciona la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. La masa se mide en kg y el volumen en m3. Por lo que la densidad se medirĂĄ en kg/m3. Suponiendo el fluido homogĂŠneo, la densidad vendrĂĄ expresada por:

đ???= Â

đ??Ś đ??•

Km/m3

43 Â

4. VISCOSIDAD Â La viscosidad es debida al roce entre las molĂŠculas de un fluido. Por lo tanto, se define como la resistencia que ofrece un material al fluir. El aceite, a diferencia del agua lĂ­quida, es bastante viscoso y, como en todos los lĂ­quidos, su viscosidad disminuye con la temperatura. Para medir la viscosidad se utiliza un aparato denominado viscosĂ­metro. El Ă­ndice de viscosidad indica la variaciĂłn de la viscosidad con la temperatura y se expresa en una escala de 0 a 100. Los aceites que se usan en instalaciones hidrĂĄulicas convienen que tengan un Ă­ndice de viscosidad de 75 o superior. Punto de fluidez viene caracterizado por la temperatura mĂĄs baja a la que un lĂ­quido puede fluir.

5. RESISTENCIA Â A Â LA Â OXIDACIĂ“N Â Los aceites derivados del petrĂłleo son compuestos orgĂĄnicos formados por carbono e hidrĂłgeno que, al reaccionar con el oxĂ­geno atmosfĂŠrico, se degradan considerablemente. No obstante lo dicho, esta oxidaciĂłn no es muy significativa para temperaturas inferiores a 50ÂşC.

6. FLUJOS .  RÉGIMEN  LAMINAR  Y  TURBULENTO .  La forma de circular de un líquido dentro de un conducto depende de la viscosidad y de la velocidad del mismo, así como de la geometría del conducto. Cuando se mueve a gran velocidad se producen turbulencias, que implican pÊrdidas de presión; y cuando el líquido se desplaza lentamente, circula como si estuviese compuesto de låminas que se deslizan unas sobre otras. Se ha obtenido, de forma exprimental, que para un número de Reynols (Re) < 2000 el líquido se desplaza con rÊgimen laminar y para un Re > 2000 lo hace con rÊgimen turbulento. Para una sección circular: �� =

AnimaciĂłn  de  flujo  laminar  vs  turbulento   [2] Â

đ?œŒâˆ™đ?‘Łâˆ™đ??ˇ đ?œ‡

đ?œŒ = densidad en g/cm3 đ?‘Ł = velocidad del fluido en cm/s

Â

đ??ˇ = diĂĄmetro del tubo en cm đ?œ‡ = viscosidad del fluido en Poisses [gr/cms] Para evitar las turbulencias, las velocidades en las tuberĂ­as de presiĂłn deben estar por debajo de los 2,5-5m/s, dependiendo de la secciĂłn del conducto.

Â

44 Â

7. PÉRDIDA  DE  CARGA   Debido a la fricción del líquido en el interior del conducto, se producen pÊrdidas de presión que se denominan pÊrdidas de carga. Para minimizarlas hay que tener en cuenta varios factores como evitar conductos excesivamente largos o buscar recorridos que no tengan demasiados empalmes ni codos, lo que se traduce en utilizar recorridos mås uniformes. La pÊrdida de carga depende de la viscosidad del fluido, la rugosidad del conducto, la velocidad a la que fluye y la longitud del tubo que atraviesa.

8. CAVITACIĂ“N Â La cavitaciĂłn es un efecto hidrodinĂĄmico que se produce cuando un lĂ­quido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresiĂłn del lĂ­quido. Entonces puede ocurrir que se forme una bolsa de vapor de ese lĂ­quido que despuĂŠs vuelve a condensarse. Este fenĂłmeno erosiona las partes metĂĄlicas que tiene a su alrededor, sometiĂŠndolas a altos gradientes de presiĂłn.

9. LEY Â DE Â CONTINUIDAD Â La ley de continuidad establece que para un fluido incomprensible, como el agua o el aceite, el caudal (Q) que circula por un conducto es el mismo en todo momento en todas sus secciones, aunque el conducto se ensanche o se estreche en alguno de sus tramos. Q1=Q2

Considerando que el caudal es igual al producto de la superficie atravesada por la velocidad del fluido: đ??’đ?&#x;? ∙ đ??•đ?&#x;?  =  đ??’đ?&#x;? ∙ đ??•đ?&#x;?  Por lo que se deduce que cuanto menor es la secciĂłn mayor serĂĄ la velocidad del fluido en ese tramo.

Â

45 Â

10. PRINCIPIO Â DE Â PASCAL Â

Prensa  hidrĂĄulica  [3] Â

“La presiĂłn aplicada en un punto de un lĂ­quido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismoâ€?. El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuaciĂłn fundamental de la hidrostĂĄtica y de la cualidad incompresible de los lĂ­quidos. Una forma sencilla de entender el principio es viendo cĂłmo funciona la prensa hidrĂĄulica:

Â

Es un dispositivo como el que se muestra en la figura. Cuando se ejerce una fuerza F1 sobre el ĂŠmbolo de menor secciĂłn S1, la presiĂłn resultante p1 sobre el lĂ­quido, se transmite instantĂĄnea e Ă­ntegramente a todo el resto del lĂ­quido; por lo que serĂĄ igual a la presiĂłn p2 que ejerce el lĂ­quido sobre el ĂŠmbolo PresiĂłn  hidrostĂĄtica  de mayor secciĂłn S2. en  lĂ­quidos  [4]  P1=P2 Consecuentemente, si la secciĂłn S2 es 30 veces mayor que la secciĂłn S1, la fuerza F1 aplicada en el ĂŠmbolo pequeĂąo se ve multiplicada 30 veces en el ĂŠmbolo grande. đ??š! đ??š! đ??š! =   ;   đ??š! = đ?‘†!  đ?‘†! đ?‘†! đ?‘†! Â

[1] Tabla de viscosidad de fluidos. Obtenido de HidrĂĄulica prĂĄctica en: http://hidraulicapractica.com/es/educacion/tabla-de-viscosidad-de-fluidos-hidraulicos [2] Flujo laminar y turbulento. HRS heat exchangers: http://www.hrs-heatexchangers.com/es/recursos/videos/flujo-laminar-vs-flujo-turbulento.aspx [3] Laboratorio virtual, prensa hidrĂĄulica. Obtenido de Educarex: http://conteni2.educarex.es/mats/14363/contenido/ [4] PresiĂłn hidrostĂĄtica en lĂ­quidos. Obtenido de Aytolacoruna: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/applets/Fendt/physesp/prhidrost.htm

Â

46 Â

ANEXO XVIII. EVALUACIÓN 6 1. P REGUNTAS DE EVALUACIÓN

1. ¿Cómo se define la presión? Defínela junto con las unidades. (2 puntos) 2. Escribe una tabla relacionando las medidas: bar, pascal, kg/cm2 y atmósferas. (2 puntos) 3. Define y explica el principio de Pascal. Para ello, aplica este principio para explicar el funcionamiento de la prensa hidráulica. (2 puntos) 4. En una tubería por la que fluye agua, el primer tramo es de sección cuadrada y el segundo es circular. Calcula la velocidad del fluido en el segundo tramo sabiendo que:

Lado sección 1: 3 cm Radio sección 2: 0,5 cm Velocidad tramo 1: 3 km/h (2 puntos) 5. Define pérdida de carga y explica de qué depende. (2 puntos)

47

2. S OLUCIĂ“N Â DE Â LA Â EVALUACIĂ“N Â 1. PresiĂłn: Se define como la fuerza que se ejerce por unidad de superficie. đ??… đ??? = Â đ??’ Donde la presiĂłn se mide en Pascales (Pa), la fuerza en Newtons (N) y la superficie en metros cuadrados (m2). 1 Pa=1 N / 1 m2

2. 1 bar = 105 Pa = 100000 Pa 1 atm = 1,013 bar = 101300 Pa 1 kg/cm2 = 9,8 104 Pa = 0,97 atm 3. “La presiĂłn aplicada en un punto de un lĂ­quido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismoâ€?. El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuaciĂłn fundamental de la hidrostĂĄtica y de la cualidad incompresible de los lĂ­quidos. Una forma de entender el principio es explicando la prensa hidrĂĄulica: EstĂĄ formada por dos cilindros de diferente secciĂłn comunicados entre sĂ­ por un lĂ­quido, que puede ser agua o aceite. Dos ĂŠmbolos de distintas secciones ajustados respectivamente a cada uno de los cilindros, de modo que estĂŠn en contacto con el lĂ­quido. Cuando se ejerce una fuerza F1 sobre el ĂŠmbolo de menor secciĂłn S1 la presiĂłn p1 sobre el lĂ­quido, se transmite instantĂĄnea e Ă­ntegramente a todo el resto del lĂ­quido; por lo que serĂĄ igual a la presiĂłn p2 que ejerce el lĂ­quido sobre el ĂŠmbolo de mayor secciĂłn S2. P1=P2 De este modo, si la secciĂłn S2 es 30 veces mayor que la secciĂłn S1, la fuerza F1 aplicada en el ĂŠmbolo pequeĂąo se ve multiplicada 30 veces en el ĂŠmbolo grande. đ?‘­đ?&#x;? đ?‘­đ?&#x;? đ?‘­đ?&#x;? =    ; đ?‘­đ?&#x;? = đ?‘şđ?&#x;? ∙ đ?‘şđ?&#x;? đ?‘şđ?&#x;? đ?‘şđ?&#x;?

Â

48 Â

4. SecciĂłn del cuadrado = L2 = 32 = 9 cm2 SecciĂłn del cĂ­rculo =  đ?šˇ ∙ đ??Ť đ?&#x;? = đ?šˇ  âˆ™ đ?&#x;Ž, đ?&#x;“đ?&#x;? = đ?&#x;Ž, đ?&#x;•đ?&#x;–đ?&#x;“  đ??œđ??Śđ?&#x;? v1: 3 km/h đ??’đ?&#x;? ∙ đ??Żđ?&#x;? = đ??’đ?&#x;? ∙ đ??Żđ?&#x;? ; đ?&#x;— ∙ đ?&#x;‘ = đ?&#x;Ž, đ?&#x;•đ?&#x;–đ?&#x;“ ∙ đ??Żđ?&#x;? ; đ??Żđ?&#x;? = đ?&#x;‘đ?&#x;’, đ?&#x;‘đ?&#x;—  đ??¤đ??Ś/đ??Ą 5. Debido a la fricciĂłn del lĂ­quido en el interior del conducto, se producen pĂŠrdidas de presiĂłn que se denominan pĂŠrdidas de carga. Para minimizarlas hay que tener en cuenta varios factores como evitar conductos excesivamente largos o buscar recorridos que no tengan demasiados empalmes ni codos, lo que se traduce en utilizar recorridos mĂĄs uniformes. La pĂŠrdida de carga depende de la viscosidad del fluido, la rugosidad del conducto, la velocidad a la que fluye y la longitud del tubo que atraviesa.

Â

Â

49 Â

• •

ANEXO XIX. ACTIVIDAD DE I NVESTIGACIÓN 4 OBJETIVO Ampliar los conocimientos relacionados con la hidráulica en el mundo real. DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen.

Los líquidos son indispensables en la hidráulica. Eligiendo bien las características de los mismos evitaremos problemas tales como la inflamación, las fugas o las fluctuaciones de temperatura. Realiza una investigación y explica las características de cada uno de ellos. También, elige cual es el líquido idóneo para un sistema oleohidráulico como el que llevan los cambiones de recogida de basura.

[1] Fluidos en hidráulica. Obtenido de Hidráulica Práctica: http://hidraulicapractica.com/es/educacion/tipos-de-fluidos-aplicados-comunmente-en-sistemas-hidraulicos

50

ANEXO XX. ELEMENTOS HIDRÁULICOS 1

Un circuito hidráulico es un dispositivo formado por un conjunto de elementos unidos entre sí, a través de los cuales puede circular un líquido. A continuación se representa la estructura de bloques de una instalación oleohidráulica:

1. ELEMENTOS DE MANTENIMIENTO Filtro: Retiene las partículas que arrastra el aceite y evita que entren en el circuito. Se suelen colocar en la admisión y en el retorno al depósito. Funcionamiento de un filtro [1]

Manómetro: Se utiliza para indicar la presión del líquido en un punto de la instalación. Se instala después de la bomba y nos marca la presión de trabajo.

51

DepĂłsito: Contiene el lĂ­quido y lo pone a disposiciĂłn de la bomba que serĂĄ la encargada de impulsarlo al circuito. Su misiĂłn es mantener un nivel de lĂ­quido adecuado al uso de la instalaciĂłn y recuperarlo despuĂŠs de usarlo.

SĂ­mbolo  de  la  bomba  hidrĂĄulica Â

Â

Red de distribuciĂłn: en las instalaciones oleohidrĂĄulicas es necesario establecer un circuito de retorno al depĂłsito, ya que el aceite se vuelve a utilizar mientras conserva sus propiedades fĂ­sicas. La red de tuberĂ­as tambiĂŠn debe garantizar que resiste la presiĂłn de trabajo y debe hacer posible que la velocidad del aceite sea la deseada en todos los puntos de uso.

Â

2. BOMBAS  En los circuitos oleohidrĂĄlicos, las bombas son los elementos que suministran un caudal de aceite, lo mĂĄs constante posible, y lo impulsan por el circuito. La presiĂłn, se eleva cuando el caudal suministrado por la bomba tiene que vencer una resistencia. Las caracterĂ­sticas de una bomba son las siguientes: • PresiĂłn nominal (p). PresiĂłn de trabajo de la bomba. Se mide en pascales (Pa). • Caudal (Q). El volumen de lĂ­quido que puede impulsar. (m3/s). • Potencia (P). Se mide en watios (W), y es igual a la presiĂłn por el caudal. đ???=đ??Šâˆ™đ??? • Velocidad de rotaciĂłn. Es la velocidad a la que puede trabajar la bomba. • Rendimiento volumĂŠtrico (Ρv). Es el cociente entre el volumen impulsado realmente, Vreal, y el volumen teĂłrico, VteĂłrico. Siempre existen fugas que hay que tener en cuenta. đ?‘˝đ?’“đ?’†đ?’‚đ?’? đ?œźđ?’— = đ?‘˝đ?’•đ?’†Ăłđ?’“đ?’Šđ?’„đ?’? • Rendimiento total (Ρ). Es el cociente entre la potencia hidrĂĄulica, PhidrĂĄulica y la potencia elĂŠctrica aportada, PelĂŠctrica: đ?›ˆ=

Â

Otras  bombas: Â

đ???đ??Ąđ??˘đ???đ??ŤĂĄđ??Žđ??Ľđ??˘đ??œđ??š đ??Šâˆ™đ??? = đ???đ??žđ??ĽĂŠđ??œđ??­đ??Ťđ??˘đ??œđ??š đ???đ??žđ??ĽĂŠđ??œđ??­đ??Ťđ??˘đ??œđ??š

52 Â

Bomba  de  accionamiento  manual Â

 Bomba  con  caudal  cte. Â

 Bomba  con  caudal  variable Â

 Bombas  en  paralelo Â

• Cilindrada. Es el volumen de fluido desplazado en una rotación completa del eje de la bomba y se expresa en cm3/rev:

3. TIPOS DE BOMBAS Entre las diferentes formas que podemos clasificar las bombas lo haremos en dos grandes grupos: 1.3.1 Bombas de volumen fijo: estas bombas se caracterizan por entregar un caudal fijo a velocidad constante. Se usan normalmente en los circuitos industriales básicos. • De engranajes. La forman dos engranajes colocados dentro de una carcasa. Uno de los piñones es movido por el motor y arrastra al otro, que girará en sentido contrario. Es una de las más utilizadas porque la simplicidad de su construcción permite su adquisición sin grandes costos. Otra de sus características es que la pulsación en el volumen de líquido ofrecido es relativamente pequeña.

Imagen: [4] Bomba hidráulica de engranajes externos. Obtenida de: www.e-ducativa.catedu.es

• De tornillo. Funciona de una manera similar al anterior, pero en vez de usar engranajes se usan dos o tres tornillos helicoidales colocados dentro de una carcasa.

53

Imagen: [5] Bomba hidráulica de tornillo. Obtenida de: www.portaleso.com

• De paletas de eje excéntrico. Consiste en una pieza con paletas (rotor) deslizantes en sentido radial que gira dentro de una carcasa. El rotor está montado excéntrico con respecto al eje de la carcasa. La rotación dextrógira del rotor producirá un vacío en la admisión y la entrada de aceite en los espacios formados entre paletas.

Funcionamiento de la bomba de paletas [2]

Imagen [6]: Bomba de paletas. Obtenida de: www.e-ducativa.catedu.es

• De pistones. Están consideradas como de alto rendimiento y eficacia volumétrica en las aplicaciones mecánicas de la hidráulica. Las bombas de pistón axial son las más comunes, en ellas varios émbolos o pistones impulsan el aceite dentro de los cilindros. En este tipo de bombas los pistones se mueven paralelamente al eje de la impulsión del aceite. Otros tipos de bomba de pistón, son las de pistones radiales y las de pistón de barril angular (Vickers). 1.3.2 Bombas de volumen variable: son las que desplazan una cantidad variable de líquido dependiendo de la presión del sistema. Cuanta mayor presión menor será la cantidad de líquido que desplace. La forma de trabajar de estas bombas es, a grandes rasgos, bastante parecida a las de caudal constante. No obstante, en general, podemos decir que para conseguir caudales variables, las bombas de pistón son las que mejor

54

Funcionamiento de la bomba de pistones [3]

se adaptan a este requerimiento siendo consideradas las de pistones axiales como las más eficientes.

[1] Funcionamiento de un filtro. Obtenido de UPM en: http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Func4.htm [2] Funcionamiento de la bomba de paletas. Obtenido de Hidráulica Práctica en: hidraulicapractica.com/es/eq-movil/como-funciona-la-bomba-hidraulica-de-paletas [3] Funcionamiento de la bomba de pistones. Obtenido de Hidráulica Práctica en: http://hidraulicapractica.com/es/eq-movil/como-funciona-una-bomba-de-pistones-hidraulica [4] Bomba hidráulica de engranajes externos. http://www.e-ducativa.catedu.es [5] Bomba hidráulica de tornillo. http://www.portaleso.com [6]: Bomba de paletas. http://www.e-ducativa.catedu.es

55

ANEXO XXI. EVALUACIÓN 7 1. PREGUNTAS DE EVALUACIÓN

1. ¿Cuáles son los elementos de mantenimiento en una instalación hidráulica? Cita cada uno de ellos y explica cómo funcionan. (2 puntos) 2. Representa con símbolos (2 puntos): a. Bomba de accionamiento manual b. Bomba de caudal constante c. Bomba de caudal variable 3. ¿Qué tipos de bombas existen en el mercado? Nombra, al menos, tres y haz un croquis en el que expliques el funcionamiento de una de ellas. (2 puntos) 4. ¿Cómo funciona una bomba de pistones?. (2 puntos) 5. Una bomba aspirante está instalada en un pozo a 6 metros sobre el nivel del agua. El 10% del agua que impulsa se pierde por razones técnicas del aparato, pudiendo impulsar 2 m3 por minuto. Si tiene una potencia de 35 kW. Hallar: (2 puntos). a. Rendimiento volumétrico b. Presión nominal

56

2. SOLUCIÓN DE LA EVALUACIÓN 1. Filtro: Retiene las partículas que arrastra el aceite y evita que entren en el circuito. Se suelen colocar en la admisión y en el retorno al depósito. Manómetro: Se utiliza para indicar la presión del líquido en un punto de la instalación. Depósito: Contiene el líquido y lo pone a disposición de la bomba que será la encargada de impulsarlo al circuito.

2. a. Bomba de accionamiento manual

b. Bomba con caudal constante

c. Bomba con caudal variable

3. De engranajes. La forman dos engranajes colocados dentro de una carcasa. Uno es movido por el motor que arrastra al otro. De tornillo. Funciona de una manera similar al anterior, pero en vez de usar engranajes se usan dos o tres tornillos helicoidales colocados dentro de una carcasa. De paletas. Consiste en una pieza con paletas deslizantes en sentido radial que gira dentro de una carcasa. Impulsan el aceite hacia delante.

57

Imagen: bomba de paletas. 4. Una serie de émbolos impulsan el aceite dentro de los pistones o cilindros. Las válvulas impiden que el aceite retroceda.

5. a. !!"#$

η! =

!!"ó$%&'

Donde el Vreal es el 90% del teórico

V!"#$ = 90% ∙ 2 = 1,8 m3/s !!"#$

η! = !

!"ó!"#$

!,!

=

!

= 0,9

b. P = p ∙ Q ; 35 kW = p ∙ 2 ; p = 17500 Pa

58

ANEXO XXII. ACTIVIDAD D E INVESTIGACIÓN 5 • • OBJETIVO

1.- ¿Qué es la cavitación?

Ampliar los conocimientos relacionados con la hidráulica y las técnicas utilizadas en la industria. DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

2.- ¿Cómo se puede paliar sus efectos?

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen.

[1] Cavitación en bombas hidráulicas.

[1] Cavitación en bombas hidráulicas. HIDRÁULICA PRÁCTICA: http://hidraulicapractica.com/es/educacional/cavitacion-­‐en-­‐bombas-­‐hidraulicas

59

ANEXO XXIII. ELEMENTOS HIDRÁULICOS 2 . VÁLVULAS

Las válvulas en hidráulica, igual que ocurre en las instalaciones neumáticas, tienen varios cometidos y según su función se les denomina de una u otra forma: Válvulas de secuencia o distribuidoras: sirven para forzar al aceite a discurrir en una u otra dirección y suelen ser de dos o más posiciones teniendo dos o más vías (orificios). La forma de representarlas es mediante cuadros adyacentes, así una válvula de dos posiciones tendrá dos cuadrados juntos:

Válvula 4/2

Válvula 5/2

Cada una de las posiciones tiene un determinado número de orificios de entrada y/o salida del fluido. La denominación de estas válvulas se realiza con dos números separados por una barra: el primero indica el número de vías y el segundo el número de posiciones (Ej. 3/2). Los cierres de paso se representan mediante símbolos en forma de T y el sentido de flujo del aceite lo indican las flechas. • A, B… Indican las líneas de trabajo. • P indica la línea de presión • R indica el retorno. Válvulas de presión también llamadas limitadoras de presión: son las encargadas de mantener la presión de trabajo en el circuito dentro de un valor predeterminado, limitan la presión de la bomba y pueden funcionar como elemento de seguridad.

60

Funcionamiento de una válvula [1]

Válvulas de cierre: estas válvulas tienen como misión impedir el paso del fluido o permitirlo únicamente en un sentido.

Válvulas de flujo: se emplean para controlar el caudal que va a una parte del circuito, por ejemplo cuando deseamos variar la velocidad de un cilindro.

Ejemplo de válvula limitadora con regulación interna [2]

Accionamientos: Los accionamientos de las válvulas son los encargados de que la válvula ocupe las distintas posiciones, canalizando la fuerza hacia el interior. Existen muchos tipos de accionamientos y su simbología es la misma que los de neumática: •

Manuales y mecánicos:

Imagen obtenida de [3].

61

•

Eléctricos: por electroimán.

•

Hidráulicos: por pilotaje hidráulico.

[1] Funcionamiento de una válvula. Obtenido de Atepega.com en: http://www.apetega.org/imaxes/Animation2.gif [2] Válvula limitadora con regulación interna. Obtenido de Hidráulica Niche en: http://sitioniche.nichese.com/limitadora-hidra3.html [3] Catedu: http://e-ducativa.catedu.es/

62

ANEXO XXIV. EVALUACIÓN 8

1. P REGUNTAS DE EVALUACIÓN

1. ¿Qué son las válvulas distribuidoras? (2 puntos) 2. ¿Cómo funciona una válvula distribuidora? (2 puntos) 3. ¿Qué tipos de accionamientos de válvulas existen en el mercado? Nombra al menos tres y represéntalos gráficamente (2 puntos) 4. Representa gráficamente: (2 puntos) a. Una válvula 3/2 b. Una válvula 4/2 c. Una válvula 5/2 5. Explica el significado de la nomenclatura de la válvula 3/2 (2 puntos)

63

2. S OLUCIÓN A LA EVALUACIÓN 1. Las válvulas que se comportan como interruptores se denominan de secuencia o distribuidoras. Sirven para forzar al aceite a discurrir en una u otra dirección y suelen ser de dos o más posiciones teniendo dos o más vías (orificios). 2. Click en la imagen para ver cómo funciona

3. -Manual. -Mecánico. -Neumático. -Eléctrico.

Accionamiento por electroimán (eléctrico). 4. Representa gráficamente: a. Una válvula 3/2

b. Una válvula 4/2

c. Una válvula 5/2

64

5. La válvula 3/2. El primer número siempre indica el número de vías, en este caso son 3. El segundo número nos está diciendo el número de posiciones, en este ejemplo son 2.

65

ANEXO XXV. ACTIVIDAD D E INVESTIGACIÓN 6 OBJETIVO

Ampliar los conocimientos relacionados con la hidráulica relacionándolos con el mundo de la construcción y la ingeniería. DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen.

El desarrollo de la hidráulica se aplica directamente al mundo de la construcción. Para realizar grandes construcciones se utilizan máquinas que generan potencias enormes. Aquí se exponen diferentes modelos de máquinas hidráulicas gigantes que se utilizan en la actualidad. Realiza una investigación para saber qué fuerza genera cada una de las máquinas que se exponen a continuación. Escoge una y describe los principales elementos hidráulicos que la componen.

[1] Las máquinas de construcción más grandes del mundo. Obtenido de Interoxio: http://www.interoxio.com/2012/12/las-maquinas-de-construccion-mas-grandes-del-mundo.html

66

ANEXO XXVI. ACTUADORES Y CIRCUITOS

1. ACTUADORES En los circuitos hidráulicos, los elementos de actuación son los componentes que transforman la energía hidráulica en energía mecánica de movimiento. Se pueden clasificar en lineales y rotativos. Los actuadores lineales más utilizados son los cilindros, que transforman la energía hidráulica en energía mecánica de un movimiento lineal. Los motores hidráulicos transforman la energía hidráulica en energía mecánica de rotación.

1.1

C IL IN D R O S

Los cilindros se utilizan cuando se quiere obtener un movimiento rectilíneo alternativo. Su funcionamiento es similar al de los cilindros neumáticos. No obstante, hay dos características que les diferencia: los cilindros hidráulicos pueden desarrollar más fuerza que los neumáticos y, respecto a los materiales de construcción, los cilindros neumáticos se suelen construir de aluminio, mientras que para los hidráulicos se emplea el acero inoxidable y el acero cromado. Un cilindro está constituido por un tubo circular de sección constante (camisa), en cuyo interior se desliza un émbolo (4) solidario a un vástago (1) que atraviesa uno de los fondos (culata). El émbolo divide al cilindro en su interior en dos volúmenes llamados cámaras (2 y 3) en las que hay aberturas por las que puede entrar y salir aceite. Para garantizar el cierre hermético entre el émbolo y las paredes, se utilizan juntas de goma (5), llamadas juntas de estanqueidad.

Construcción de un cilindro hidráulico [1]

67

La capacidad de trabajo que tienen los cilindros depende de dos magnitudes: la carrera y el diåmetro. • •

El diĂĄmetro determina la superficie del ĂŠmbolo. (D) La carrera (e) es el desplazamiento del ĂŠmbolo en el interior. De ella depende la longitud (L) del vĂĄstago.

Dada una determinada presiĂłn del aceite (P), cuanto mĂĄs grande sea la superficie (S) del ĂŠmbolo, mayor serĂĄ la fuerza (F) ejercida por el vĂĄstago: đ??š =đ?‘ƒâˆ™đ?‘† =

đ?œ‹ ∙ đ??ˇ! 4

Los cilindros se pueden dividir en dos grandes grupos: los cilindros de simple efecto y los cilindros de doble efecto. Otras caracterĂ­sticas bĂĄsicas que hay que tener presentes al adquirir un cilindro son: el rango de presiones en que puede trabajar el cilindro, el diĂĄmetro y secciĂłn del vĂĄstago, la velocidad de entrada y salida mĂĄxima del vĂĄstago y el tipo de sujeciĂłn del cilindro.

SimbologĂ­a  de  los  cilindros  de  simple  efecto: Â

 De  simple  efecto  con  retorno  p or  efecto  externo Â

Tipos de cilindros De simple efecto. Son aquellos que realizan trabajo en la carrera de avance. El retorno debe hacerse usando un muelle que previamente se ha comprimido en el avance o con algĂşn tipo de fuerza externa. Estos cilindros sĂłlo tienen una vĂ­a para la entrada y evacuaciĂłn del aceite.

 De  simple  efecto  con  retorno  p or  muelle Â

Cilindro  doble  efecto  [2]

 Imagen: cilindro de simple efecto conectado a una vålvula.

Las aplicaciones mĂĄs frecuentes de este tipo de cilindros son: la elevaciĂłn, descenso, bloqueo y desplazamiento de cargas. Otra aplicaciĂłn de estos cilindros son los volquetes de los camiones, donde la caja se empuja hacia arriba al salir el vĂĄstago del cilindro por la presiĂłn del aceite. El movimiento descendente se realiza por gravedad.

Â

68 Â

Cilindro de simple efecto con retorno por muelle. Obtenida de [3]

El cálculo de la fuerza que puede ejercer en la carrera de avance, se realiza como en los cilindros neumáticos. Así mismo, hay que tener presente que cuando el retorno del cilindro es por muelle habrá que restarle la fuerza de éste, ya que se opone al avance del vástago. De doble efecto. Son aquellos que generan una acción en dos sentidos, tanto en el avance como en el retroceso del pistón. Son más utilizados en la industria ya que son más ventajosos que los de simple efecto. Se utilizan, por ejemplo, en las palas excavadoras, donde es necesario que la pala pueda ejercer fuerza en ambos sentidos.

Simbología de los cilindros de doble efecto:

De doble efecto con vástago simple

De doble efecto con doble vástago

Cilindro de doble efecto. Obtenida de [3]

No obstante, recuerda que a igual presión la fuerza en el avance es mayor que en el retroceso, por disponer una mayor superficie activa. Otros tipos de cilindros: son los cilindros telescópicos y los cilindros de doble efecto con amortiguación ajustable en ambos extremos.

Cilindro telescópico [4]

1.2

M O T O R E S

Los motores hidráulicos son elementos de actuación que transforman la energía hidráulica en energía mecánica de rotación. Se emplean, sobre todo porque son

69

Cilindros de doble efecto con amortiguación ajustable

capaces de suministrar un par de giro muy grande con velocidades muy pequeùas. Sus aplicaciones son muy variadas: en la transmisión de grúas y tornos, en torres de perforación y zanjadoras, laminadoras, trituradoras de chatarra, dumpers, mezcladoras, etc. La construcción de los mismos se parece mucho a la de las bombas. Pero, en vez de suministrar fluido como hacen las bombas, son impulsados por Êste y desarrollan un par y un movimiento continuo de rotación. El funcionamiento óptimo de los motores estå determinado por: •

SĂ­mbolos: Â

La capacidad de soportar altas presiones y fuerzas.

 Motor  hidrĂĄulico  con  un  sentido  de  giro  Â

 Motor  con  dos  sentidos  de  giro  Imagen: motor hidråulico.

• • • • •

Velocidad de giro. Depende su secciĂłn y del volumen del fluido que se le suministra. Par motor. Es el componente de fuerza a la salida del motor. Depende de la presiĂłn del aceite. PresiĂłn. La presiĂłn necesaria para que el motor desarrolle su funciĂłn. Depende del par y del desplazamiento. Desplazamiento. Es la cantidad de fluido requerida por el motor para que su eje gire a unas determinadas revoluciones. Rendimiento Ρ. Es la relaciĂłn entre la potencia mecĂĄnica producida (PmecĂĄnica) y la potencia hidrĂĄulica consumida (PhidrĂĄulica). Se miden ambas en watios (W). đ???đ??Śđ??žđ??œĂĄđ??§đ??˘đ??œđ??š đ?›ˆ= đ???đ??Ąđ??˘đ???đ??ŤĂĄđ??Žđ??Ľđ??˘đ??œđ??š

Tipos de motores hidrĂĄulicos En la industria se utiliza un amplio abanico de motores hidrĂĄulicos. Para escoger el tipo de motor idĂłneo es necesario conocer las necesidades de cada aplicaciĂłn. A continuaciĂłn se relacionan los mĂĄs comunes: -Motores de engranajes: son de tamaĂąo reducido y pueden girar en los dos sentidos, pero el par que suministran es pequeĂąo y son ruidosos. Pueden trabajar a altas velocidades.

Â

70 Â

 Bomba  motor  h idrĂĄulico  regulable Â

Funcionamiento  de  motor  hidrĂĄulico  de  engranajes  [5] Â

Â

-Motores de paletas: tienen la misma estructura constructiva que las bombas de paletas y son usados para conseguir altas velocidades de giro. -Motores de pistones axiales: los pistones están dispuestos en la dirección del eje del motor. El líquido, empujado por la bomba, entra por la base del pistón y le obliga a desplazarse hacia afuera. Pero, como la cabeza del pistón apoya sobre una superficie inclinada, variando el ángulo de esta placa o el vasculamento entre el eje de entrada y salida, se puede modificar la cilindrada y con ella el par y la potencia. -Motores de pistones radiales: En estos motores los pistones están dispuestos de forma perpendicular al eje del motor. El principio de funcionamiento es muy parecido al de los motores axiales y son los que más se emplean porque se pueden conseguir grandes potencias trabajando con altas presiones.

2. CIRCUITOS OLEOHIDRÁULICOS Al igual que en neumática, al representar un circuito oleohidráulico cada elemento debe ocupar una determinada posición según la tarea que desempeña. De forma general, se representarán, de arriba hacia abajo, de la siguiente manera: -

Acatadores: cilindros y motores. Elementos de control: válvulas distribuidoras. Funciones lógicas: válvulas and, or... Emisores de señal: señales de control. Equipo oleohidráulico: depósito, bomba, válvula limitadora, filtro y manómetro.

Mando de un cilindro de simple efecto

Mando de un cilindro de doble efecto

71

Más símbolos Neumáticos e Hidráulicos [6]

[1] Construcción de un cilindro hidráulico. Obtenido de Hidráulica Práctica: http://hidraulicapractica.com/es/educacional/como-se-construye-y-funciona-un-cilindro-hidraulico [2] Cilindro de doble efecto. Obtenido de Apetega: http://www.apetega.org/imaxes/doblef.gif

[3] Portal ESO http://www.portaleso.com [4] Tipos de cilindros: http://www.sapiensman.com/ [5]Funcionamiento de motor hidráulico de engranajes. Obtenido de Hidráulica Práctica: http://hidraulicapractica.com/es/educacional/como-funciona-un-motor-hidraulico-de-engranajes [6] Simbología hidráulica y Neumática. Obtenido de REEA en: http://olmo.pntic.mec.es/~jmarti50/neumatica/neumatica.html

72

ANEXO XXVII. EVALUACIÓN 9

1. P REGUNTAS DE EVALUACIÓN

1. ¿De qué depende la capacidad de trabajo de un cilindro? (1 punto) 2. Explica y define la fuerza F ejercida por el vástago de un cilindro. (1 punto) 3. ¿En qué dos grandes grupos se dividen los cilindros? Define cada uno de ellos. (1 punto) 4. Representa gráficamente: (2 puntos) a. b. c. d.

Cilindro de simple efecto con retorno por fuerza externa Cilindro de simple efecto con retorno por muelle Cilindro de doble efecto con vástago simple Cilindro de doble efecto con doble vástago

5. ¿Qué características definen la capacidad de trabajo de un motor? Explica cada una de ellas. (2 puntos) 6. Nombra y define los tipos de motores hidráulicos que existen en el mercado. (1 punto) 7. Explica el siguiente circuito y nombra los elementos que lo componen. (2 puntos)

73

74

2. SOLUCIĂ“N Â A Â LA Â EVALUACIĂ“N Â 1. La capacidad de trabajo que tienen los cilindros depende de dos magnitudes: la carrera y el diĂĄmetro. El diĂĄmetro determina la superficie del ĂŠmbolo. (D) La carrera (e) es el desplazamiento del ĂŠmbolo en el interior. De ella depende la longitud (L) del vĂĄstago.

2. Dada una determinada presiĂłn del aire (P), cuanto mĂĄs grande sea la superficie (S) del ĂŠmbolo, mayor serĂĄ la fuerza (F) ejercida por el vĂĄstago: đ?œ‹ ∙ đ??ˇ! đ??š =đ?‘ƒâˆ™đ?‘† = 4 3. De simple efecto. Son aquellos que sĂłlo pueden realizar un trabajo cuando se desplaza su elemento mĂłvil (vĂĄstago) en un Ăşnico sentido, es decir en una sola carrera de ciclo. Por eso, el retorno debe hacerse usando un muelle que previamente se ha comprimido en el avance o con algĂşn tipo de fuerza externa. Estos cilindros evacĂşan el aire a presiĂłn de la parte posterior permitiendo al muelle devolver al vĂĄstago a su posiciĂłn inicial. De doble efecto. Son aquellos que generan una acciĂłn en dos sentidos, tanto en el avance como en el retroceso del pistĂłn. Son mĂĄs utilizados en la industria ya que son mĂĄs ventajosos que los de simple efecto. Se utilizan en las palas excavadoras, donde es necesario que la pala pueda ejercer fuerza en ambos sentidos. 4. a. Cilindro de simple efecto con retorno por fuerza externa

b. Cilindro de simple efecto con retorno por muelle

c. Cilindro de doble efecto con vĂĄstago simple

d. Cilindro de doble efecto con doble vĂĄstago

5. El motor hidrĂĄulico tiene las siguientes caracterĂ­sticas que definen su capacidad de trabajo: Â

75 Â

• • • • •

Velocidad de giro. Depende de su desplazamiento y del volumen del fluido que se le suministra.. Par motor. Es el componente de fuerza a la salida del motor. Depende de la presión del aceite. Presión. La presión necesaria para que el motor desarrolle su función. Depende del par y del desplazamiento. Desplazamiento. Es la cantidad de fluido requerida por el motor para que su eje gire a unas determinadas revoluciones. Rendimiento η. Es la relación entre la potencia mecánica producida (Pmecánica) y la potencia hidráulica consumida (Phidráulica). Se miden ambas en watios (W).

6. Motores de engranajes, motores de paletas, motores de pistones axiales y motores de pistones radiales 7.

-Mando de un cilindro de doble efecto con una válvula de 4 vías y 2 posiciones, accionada por pulsador y retorno por muelle. El cilindro tiene dos cámaras, por las que le llegan sendos conductos. El cilindro sale al accionar el pulsador de la válvula 4/2 y retorna al soltar dicho pulsador. Elementos que lo componen: cilindro de doble efecto, válvula 4/2, manómetro, conducciones y la unidad de mantenimiento formada por: depósito, motor, bomba, filtro y válvula limitadora de presión.

76

ANEXO XXVIII. ACTIVIDAD D E INVESTIGACIÓN 7 • •

OBJETIVO Ampliar los conocimientos relacionados con la recogida neumática de residuos en España. DESARROLLO ACTIVIDAD

DE

1.- ¿Cómo ha evolucionado la instalación de sistemas neumáticos de recogida en España? 2.- ¿Qué ciudades cuentan ya con este sistema? 3.- ¿Tiene algún tipo de limitación?

LA

Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con los hipervínculos incluidos en las imágenes [1,2].

[1] Recogida neumática de residuos. Obtenido de Eroski: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/urbano/2003/04/22/140056.php [2] El sistema neumático se extiende en España http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/urbano/2007/02/18/160006.php

77

ANNEX XXIX. SIMULATION A CTIVITY

•

TARGET Increase knowledge related to hydraulic simulation with an online resource. DEVELOPMENT Draw your hydraulic system and describe with your own words how it works. The text must be written in English.

Draw and describe with your words, how the circuit W orks. You should know these instructions before you make the activity: Using this simulator can define schemas and observe its operation in 3D. To do this you have a number of elements and options: 1. Devices 2. Cells where you place the devices To insert a device you must click on the cell and select the item. To observe the operation of the valves in the green button selects.

MATERIALS File Simulator [1]

[1] Simulador. Obtenido de Ministerio de Ecucación en: http://ares.cnice.mec.es/electrotecnia/a/generales/simulador_neumatica/simulador_neumatica.htm

78

ANEXO XXX. LECTURA -­‐ DEBATE Aceite usado industrial El negocio de los aceites en el mundo es grande, rentable y complejo. En los Estados Unidos se consumen unos 7,6 millones de Tm/año de lubricantes, en Japón 2,2 millones, en la Unión Europea 4,7 millones y en España unas 500.000 Toneladas. La demanda mundial de aceites lubricantes llega aproximadamente a 40 millones de toneladas año. Los aceites residuales generados representan más del 60% de los aceites lubricantes consumidos. Esto hace que los aceites usados sean uno de los residuos contaminantes más abundantes que se generan actualmente, pudiendo alcanzarse la cifra de 24 millones de Tm/año Los lubricantes se contaminan durante su utilización con productos orgánicos de oxidación y otras materias tales como carbón, producto del desgaste de los metales y otros sólidos, lo que reduce su calidad. Cuando la cantidad de estos contaminantes es excesiva el lubricante ya no cumple lo que de él se demandaba y debe ser reemplazado por otro nuevo. Estos son los llamados Aceites Usados, de Desecho o Residuales y deben ser recogidos y reciclados para evitar la contaminación del medio ambiente y para preservar los recursos naturales. Los aceites usados se están eliminando por procedimientos tales como el vertido en terrenos y cauces de agua o la combustión indiscriminada que no aprovechan su auténtico valor potencial, produciendo, por el contrario, peligrosas contaminaciones. El término reciclado se aplica a los procesos capaces de devolver a un residuo ciertas características que permitan una nueva utilización del mismo. Este es el camino que debe utilizarse siempre que sea posible para la eliminación de los Aceites Usados o Residuales. Un aceite usado, por su naturaleza y composición, se presta a ser utilizado como medio portador de cualquier producto orgánico tóxico o peligroso que de forma fraudulenta haya sido mezclado con el aceite para eliminarlo a un coste bajo. Esta es una práctica que se da con excesiva frecuencia, ocasionando contaminaciones en los aceites usados a todas luces imprevisibles.

Contaminación del aire La eliminación del aceite usado por combustión solo o mezclado con fuel-oil, también origina graves problemas de contaminación, a menos que se adopten severas medidas para depurar los gases resultantes. Los compuestos de cloro, fósforo y azufre, presentes en el aceite usado dan gases de combustión tóxicos que deben ser depurados por vía húmeda. Otro gran problema asociado al anterior lo crea el plomo que emitido al aire en partículas de tamaño submicrónico perjudica la salud de los seres humanos, sobre todo de los niños. El plomo es el más volátil de los componentes metálicos que forman las cenizas de los aceites usados, por lo que puede afirmarse que, prácticamente, cuando se quema aceite todo el plomo es emitido por !as chimeneas. La cantidad de plomo presente en el aceite usado oscilo del 1 al 1,5 por 100 en, peso y proviene de las gasolinas y de los aditivos. Estudios realizados en los Países Bajos han estimado que si llegaran a quemarse las 70.000 toneladas año de aceite usado que pueden recogerse, se recargaría la atmósfera con 350 toneladas adicionales de plomo, lo que representaría una tercera parte más de lo que actualmente emiten los escapes de los vehículos. Por tanto, las instalaciones donde haya de quemarse aceite usado deberán estar dotadas de un eficaz, pero muy costoso sistema depurador de gases. De lo contrario, antes de su combustión deberá someterse al aceite usado a un tratamiento químico de refino para eliminar previamente sus contaminantes, pero entonces el aceite que se obtiene es preferible,

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desde el punto de vista económico, utilizarlo para ser regenerado. Si optamos por quemar una lata de 5 litros de aceite usado, sola o con fuel, emitiríamos una contaminación atmosférica a través de la combustión incontrolado de los mismos, debido a que los componentes de metales, cloro, que contienen producen gases tóxicos que deben ser depurados que contaminarían un volumen de aire equivalente al que respira un adulto a lo largo de 3 años de su vida.

Contaminación del agua Los aceites no se disuelven en el agua, no son biodegradables, forman películas impermeables que impiden el paso del oxigeno y matan la vida tanto en el agua como en tierra, esparcen productos tóxicos que pueden ser ingeridos por los seres humanos de forma directa o indirecta. Los hidrocarburos saturados que contienen no son biodegradables (en el mar el tiempo de eliminación de un hidrocarburo puede ser de 10 a15 años). El aceite usado no puede verterse en el agua 1 l de aceite contamina 1.000.000 l de agua. 5 litros de aceite usado, capacidad corriente del cárter de un automóvil, vertidos sobre un lago cubriría una superficie de 5.000 m2 con un film oleoso que perturbaría gravemente el desarrollo de la vida acuática. Como vemos uno de los puntos ambientales donde puede producirse una polución muy importante es en el agua. El lubricante que se pierde de los mecanismos, el lubricante usado que se elimina a través de desagües y que alcanza las capas freáticas .El vertido de aceites usados en los cursos de aguas deteriora notablemente la calidad de las mismas, al ocasionar una capa superficial que impide la oxigenación de las aguas y produce la muerte de los organismos que las pueblan.

Contaminación del suelo Los aceites usados vertidos en suelos producen la destrucción del humus y contaminación de aguas superficiales y subterráneas. La eliminación por Vertido de los aceites usados origina graves problemas de contaminación de tierras, ríos y mares. En efecto, los hidrocarburos saturados que contiene el aceite usado no son degradables biológicamente, recubren las tierras de una película impermeable que destruye el humus vegetal y, por tanto, la fertilidad del suelo.

Referencias [1]La selección, recogida y traslado de los residuos. CATEDU: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//2500/2643/html/31_la_seleccin_recogida_y_traslado_de_los_residuos.html

[2] Depuroil SA. Reciclaje de aceites industriales. Obtenido de Euskalnet.net en: http://www.euskalnet.net/depuroilsa/

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ANNEX XXXI. VIDEO 2 In this activity, you have to watch the following video about the city of Zaragoza and its eco-city project Valdespartera

Video in Annex XXXI

[1] Zaragoza y la eco-ciudad Valdespartera. Valdespartera: http://www.valdespartera.es

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