Tema 61 – Circuitos hidráulicos y neumáticos

1.- INTRODUCCIÓ

2.- CONCEPTES GENERALS DE MECÀNICA DE FLUIDS.

2.1.- Concepte de pressió

2.2.- Unitats

3.- COMPONENTS CIRCUITS PNEUMÀTICS

3.1.- COMPRESSOR

3.2.- preparació del fluid (aire comprimit).

El manómetre

el filtre

el regulador

El lubrificaNT

3.3.- DIPÒSIT

3.4.- VÀLvULES

Vàlvules distribuidores

vàlvules de bloqueig

Vàlvules de control de cabal

Vàlvules de control de pressió

3.5.- TUBS DE DISTRIBUCIÓ

3.6.- ACTUADORS PNEUMÀTICS

Cilindres

Motors

4.- COMPONENTS CIRCUITS HIDRÀULIC

4.1.-GRUP D’ACCIONAMENT O GRUP DE PRESSIÓ

Bomba hidràulica

motor D’ARROSSEGAMENT

4.2.- preparació del fluid (l’oli)

FILTRES D’ASPIRACIÓ I RETORN

4.3.- DIPÒSIT

4.4.- VÀLVULes

Vàlvules distribuidores

vàlvules de bloqueig

Vàlvules de control de cabal

Vàlvules de control de pressió

4.5.- TUBS DE DISTRIBUCIÓ (CANONADES)

4.6.- ACTUADORS hidraulics

CILINDRE

MOTORS

5.- CIRCUITS TÍPICS DE POTÈNCIA I CONTROL

1.- INTRODUCCIÓ

L’automatització es pot considerar com el pas més important del procés de l’evolució industrial en el segle XX, al permetre l’eliminació total o parcial de la intervenció humana, obtenint els avantatges següents:

– Reducció dels costos de la mà d’obra directes.

– Uniformitat de la producció i estalvi de material.

– Augment de la productivitat

– Major control de la producció al poder introduir en el procés sistemes automàtics de mostreig.

– Augment de la qualitat del producte final

En tot procés d’automatització es distingeixen tres parts:

– Elements d’entrada, a través dels quals arriba al sistema la informació.

– Unitat central de tractament de la informació.

– Element perifèric de sortida, que d’acord amb les ordres elaborades per l’unitat central, governen els elements de potència.

Hi han diverses tècniques d’automatització. En aquest tema es parlarà de la pneumàtica i hidràulica; però també n’hi han altres com són els sistemes electrònics, electromecànics, etc.

Tant la hidràulica com la pneumàtica tenen en comú que ambdues tracten amb uns fluids (líquids en l’hidràulica i gasos en la pneumàtica) fàcilment deformables, que no suporten esforços tallants i que tendeixen a ocupar el recipient que contenen. Tenen la capacitat de poder treballar a pressió la qual cosa els fa interessants com a elements controladors.

Definició de fluid: Els fluids són substàncies capaces de “fluir” i que s’adapten a la forma dels recipients que els contenen. Quan estan en equilibri, els fluids no poden suportar forces tangencials o tallants. Tots els fluids són compressibles en cert grau i ofereixen poca resistència als canvis de forma. Els fluids poden dividir-se en líquids i gasos.

Diferències essencials entre líquids i gasos:

1) Els líquids són pràcticament incompressibles i els gasos son fàcilment compressibles.

2) Els líquids ocupen un volum definit i tenen superfícies lliure, mentre que un gas s’expansiona fins ocupar totes les parts del recipient que el contingui.

3) Els sistemes hidràulics proporcionen molta força i poca velocitat però perfectament controlable, això succeeix perquè el fluid, oli, pot treballar a pressions elevades de fins a 200 Kg /cm2.

4) Els sistemes pneumàtics proporcionen poca força a gran velocitat, difícilment controlable per ser el fluid l’aire, compressible i per treballar a 6 Kg/ cm2 de pressió.

5) Els dispositius hidràulics es poden aturar en qualsevol posició. No així els neumàtics.

6) Les instal·lacions hidràuliques poden ser de major longitud.

2.- CONCEPTES GENERALS DE MECÀNICA DE FLUIDS

Les magnituds que s’utilitzen més són la pressió i el cabal, encara que també es necessari conèixer la teoria dels gasos perfectes, per considerar l’aire com a tal, la qual cosa serà especialment important en pneumàtica.

P.V= n.R.T

Q(caudal m3/s) = S (m2). v(m/s)

2.1.- Concepte de pressió

Pressió. Conceptes fonamentals.

La pressió exercida per un fluid sobre una superfície i a l’inversa és el quocient entre la força i la superfície que rep l’acció: P=F/S

Si la força no és uniforme: P = dF/dS

2.2.- Unitats

1 psi (libra/ polzada2)= 7.000 Pa = 7.000 (N/m2); 1 bar = 100.000 Pa = 750mmHg = aprox (1 atm)

1 atm = 760 mmHg.

3.- COMPONENTS CIRCUITS PNEUMÀTICS

Composició d’una instal·lació pneumàtica:

1) Part d’abastiment d’energia: producció i condicionament d’aire comprimit: dipòsit, compressor, filtre, regulador, lubrificant…

2) Part de comandament (regulació): Vàlvules, accionadors…

3) Part de treball: cilindres, motors…

Normalització dels dispositius: 1: cilindres, 2 : vàlvules de control, 3: vàlvules antiretorn, 4: instruments de mesura.

Simbologia:

clip_image002

clip_image004

3.1.- COMPRESSOR

És un element que transforma l’energia mecànica d’un motor en energia de pressió del fluid aire.

L’element central d’una instal·lació productora d’aire comprimit és el compressor. La funció del compressor pneumàtic és aspirar aire a pressió atmosfèrica i comprimir-lo a una pressió més elevada. Les característiques principals dels compressors són el cabal i la relació de compressió

Tipus:

· Compressors de pistó: És el compressor més utilitzat. La compressió s’obté en un o dos cilindres, en els quals, els pistons comprimeixen l’aire. Poden ser:

– Compressors d’una etapa: La pressió final requerida la proporciona un sol pistó. Obtenint pressions de 8 bars.

– Compressors de dos etapes: pressions de fins a 50 bars.

– Compressors de tres i quatre etapes: pressions de fins a 250 bars.

Per obtenir relacions de pressió més elevades amb un sol pistó, no seria possible perquè les temperatures augmentarien. Llavors el procés de compressió es realitza en dos o més pistons (etapes). L’aire comprimit en una etapa és refredat abans de tornar-se a comprimir. Entre els pistons s’intercalen els refredadors adequats, anomenats refredadors intermitjos. I al final hi ha el refredador final.

· Compressor de membrana: és una variant d’un compressor alternatiu convencional. La compressió del gas es produeix pel moviment d’una membrana flexible, en comptes de fer servir el moviment lineal d’un èmbol. El moviment endins i enfora de la membrana és produït per una biela i un cigonyal. Només hi ha contacte entre la membrana i les parets del compressor quan el gas s’està comprimint.

Els compressors de membrana es fan servir per a instal·lacions d’hidrogen i gas natural comprimit, així com a altres aplicacions.

· Compressor ROOTS: és un compressor volumètric, el qual disposa d’un engranatge tancat en una carcassa i en girar, les dues rodes dentades, anomenades rotors, van transportant el fluid per la perifèria des de la cambra d’entrada a la de sortida. El reflux a la zona central s’impedeix pel, contacte entre els rotors, i per això el perfil dels rotors s’escull de manera que garanteixin l’estanquitat en el contacte.

· Compressor rotatiu multicel·lular: on un rotor excèntric gira a l’interior d’un carter cilíndric proveït de ranures d’entrada i sortida. L’avantatge d’aquest compressor és que és de mides molt reduïdes, el seu funcionament és silenciós i el seu cabal és pràcticament uniforme i sense batzegades.

· Turbocompressors: Són màquines tèrmiques que comprimeixen gasos amb relacions de compressió majors amb l’ajuda d’una turbina. Segons la disposició i la forma d’interaccionar amb el flux d’aire poden ser radials o centrífugs, diagonals (semiaxials o de flux mixt) i axials, sent els primers i els últims els més importants. Tot i que, en el camp de les pressions elevades, el compressor alternatiu és insubstituïble, l’evolució dels turbocompressors fa possible la seva aplicació a pressions cada vegada més elevades, amb grans cabals, assolint màquines de major potència unitària i de millor rendiment.

3.2.- preparació del fluid (aire comprimit).

Impureses: Es troben en l’aire comprimit en forma de partícules d’òxid, brutícia, residus d’oli lubricant i humitat.

El manÒmetre: El manòmetre ens marca la pressió a la que es troba l’aire.

el filtre: Serveix per filtrar les partícules indesitjables

el regulador: Regula l’aire a una pressió constant

el lubrificant: Lubrifica l’aire perquè aquest lubrifiqui la resta d’elements

3.3.- DIPÒSITS

La funció que compleix un dipòsit d’aire comprimit és múltiple:

1. Amortir les pulsacions de cabal de sortida dels compressors alternatius.

2. Permetre que els motor d’arrossegament dels compressors no tinguin que treballar de manera contínua, sinó de manera intermitent.

3. Subministrar les demandes puntes de cabal sense que provoquin caigudes de pressió en la xarxa.

Els dipòsits són generalment cilíndrics, de xapa d’acer, i disposen de diversos accessoris tals com un manòmetre, vàlvula de seguretat i una clau de purga per evacuar els condensats. També un pressòstat d´arranc i d´aturada del motor.

Els dipòsits per petits cabals solen anar muntats sota del mateix compressor i en horitzontal.

Per grans volums solen estar separats, muntats després del refrigerador i en sentit vertical.

Els factors que influeixen en el dimensionat dels dipòsits són:

– El cabal del compressor.

– Les variacions de la demanda.

– El tipus de refrigeració que determina uns períodes aconsellables d’atur o marxa en buit.

Com a principi, el cabal del compressor multiplicat pel factor d’utilització aconsellable, ha de superar el valor mig de la demanda i la pressió ha de superar la d’utilització.

3.4.- VÀLvULES

La vàlvula és una peça que serveix per tancar o obrir orificis o conductes, són les encarregades de mantenir o canviar segons les ordres o senyals rebudes, les fases de treball entre els conductors, a fi d’aconseguir respostes de sortida d’acord el programa establert.

El canvi de senyals de resposta donades per la vàlvula, a través dels elements auxiliars, es projecten sobre la pressió i cabal.

Les vàlvules neumàtiques, així com les hidràuliques realitzen les mateixes funcions, només es diferencien en que unes han de treballar amb aire i les altres amb un fluid oleo-hidràulic.

Classificació de les vàlvules:

Vàlvules distribuidores

Són els elements encarregats de governar el pas del fluid cap els actuadors. El primer nº ens indica el nº d’entrades/sortides que té per quadre. El segon nº ens indica el nº de quadres.

· Vàlvula distribuïdora 2/2

· Vàlvula distribuïdora 3/2

· Vàlvula distribuïdora 4/2

· Vàlvula distribuïdora 5/2….

·

Exemple de vàlvula distribuïdora 3/2

clip_image006

Accionaments:

Muscular: general, palanca, polsador, pedal.

Mecànic: lleva, rodet escamotejable, palanca amb rodet, rodet d’impuls curt.

Pressió: directe, servopilotat.

Elèctric: directe, servopilotat.

Els accionaments se’ls anomena directes si poden actuar directament sobre el control ex) palanca, pedal, polsador…i indirectes si són controlats per altres dispositius automàtics (pilotatge automàtic)…

vàlvules de bloqueig

Es basa en el tall total del fluid. Són les vàlvules antiretorn, vàlvules de simultaneïtat (funció lògica Y, dues entrades i una sola sortida), vàlvula selectora (funció lògica O, també dues entrades i una sola sortida), vàlvula purgadora automàtica…

Vàlvula selectora OR: Si entra aire per qualsevol de les entrades hi haurà aire a la sortida, es representa:

clip_image008

Vàlvula antiretorn:

clip_image010

Vàlvula selectora AND:

clip_image011

Vàlvules de control de cabal.

Accionats normalment amb una rosca que estreny el pas del fluid.

Ajusten el cabal circulant a un valor fixe i constant, són les vàlvules estranguladores que actuen en els dos sentits del flux i les vàlvules estranguladores unidireccionals.

Vàlvula reguladora de cabal unidireccional:

clip_image013

clip_image015

Vàlvules de control de pressió

Regulen la pressió des de zero fins el valor màxim. Normalment en l’equip d’aire comprimit.

També ho són les vàlvules de purga automàtica.

3.5.- TUBS DE DISTRIBUCIÓ

La conducció d’aire es realitza a través de la xarxa d’aire comprimit. S’entén com xarxa d’aire comprimit el conjunt de totes les canonades des de que l’aire surt del dipòsit, col·locades de manera que quedin unides fixament entre si, i que condueixen l’aire comprimit fins els punts de connexió pels consumidors individuals.

Haurà de complir:

– Mínima pèrdua de pressió

– Mínima pèrdua d’aire per fuites.

– Mínima quantitat d’aigua en la xarxa i en els punts d’utilització.

Per determinar el diàmetre correcte de les xarxes d’aire és necessari determinar diversos factors com:

– El cabal d’aire.

– La caiguda de pressió admissible.

– La longitud de la canonada

– La pressió de treball.

3.6.- ACTUADORS PNEUMÀTICS

En un sistema pneumàtic, els receptors són els anomenats actuadors o elements de treball, i la seva funció és la de transformar la càrrega pneumàtica en treball mecànic.

Cilindres:

Transformen energia pneumàtica en treball mecànic de moviment rectilini, que consta de carrera d’avançament i carrera de retrocés. Generalment, el cilindre està constituït per un tub circular tancat pels extrems per dues tapes, entre les quals es desplaça l’èmbol que separa les dues càmeres. A l’èmbol va unit un braç, que permet utilitzar la força desenvolupada pel cilindre .

Segons la forma de retrocés del pistó tenim:

· Cilindres de simple efecte: el retorn del pistó és per una molla.

· Cilindres de doble efecte: el cilindre té dues tomes d’aire, de manera que el retorn també és amb aplicació d’aire comprimit

Motors: Transformen l’energia pneumàtica en energia mecànica de rotació. El procés es desenvolupa de forma inversa a la compressió. Les característiques generals es poden resumir en: Són lleugers i compactes, l’arrencada i l’aturada és ràpida, el control de velocitat no és complexe, tenen baixa inèrcia. En pneumàtica s’utilitzen normalment motors de paletes.

4.- COMPONENTS CIRCUITS HIDRÀULIC

T Industrial II Mc graw Hill, pàg 358.

La hidràulica és una tècnica de transmissió d’energia que utilitza oli hidràulic com a vehicle de dita transmissió.

El principi bàsic d’aquesta transmissió és el principi de Pascal: indica que la pressió que exerceix en un punt d’un fluid incompressible, es transmet amb igual intensitat en totes les direccions.:

P = F1/S1 = F2/S2.

En general els elements dels que consta són:

1) Part d’abastiment d’energia: grup de pressió (motor d’arrossegament + bomba), dipòsit, oli, filtre.

2) Part de comandament (regulació): Vàlvules, accionadors.

3) Part de treball: cilindres, motors…

4.1.-GRUP D’ACCIONAMENT O GRUP DE PRESSIÓ.

T Industrial II Mc graw Hill, pàg 375.

Integrat per:

Bomba hidràulica:

Element per transformar l’energia mecànica en hidràulica.

Al ser l’oli hidràulic un fluid no compressible, no té per si mateix, capacitat d´emmagatzament; per la qual cosa, les pressions que s’originen en els circuits hidràulics han d’estar provocades per una circulació constant, d’un cabal.

Els elements encarregats d’aquesta funció són les bombes hidràuliques, que transformaran l’energia mecànica subministrada pel motor D’ARROSSEGAMENT (elèctric o de combustió) en energia oleohidràulica.

També té un MANÒMETRE que mesura la pressió. Una VÀLVULA DE TANCAMENT/OBERTURA i una VÀLVULA DE SEGURETAT de descàrrega automàtica.

Tipus de Bombes més usuals:

Les bombes d’engranatges consisteixen en dos rotors que giren al voltant d’eixos paral·lels fixos, mantenint-se sempre en contacte. Una part del fluid resta empresonada entre els rotors i les peces fixes i és transportada així del conducte d’aspiració al d’impulsió.

4.2.- preparació del fluid (l’oli)

FILTRES D’ASPIRACIÓ I RETORN

L’oli que circula pels elements del sistema ha d’estar net d’impureses, amb l’objectiu que aquestes no perjudiquin el diferents dispositius. Els elements encarregats de realitzar aquesta funció són els filtres.

Poden ser de malla o tipus laberint.

4.3.- DIPÒSIT

Ventilat amb dos conductes per sota del nivell de líquid.

4.4.- VÀLVULes

T. Industrial II Mc graw Hill, pàg 376.

Igual que en el cas de la neumàtica. La vàlvula és una peça que serveix per tancar o obrir orificis o conductes, són les encarregades de mantenir o canviar segons les ordres o senyals rebudes, les fases de treball entre els conductors a ella enllaçats, a fi d’aconseguir respostes de sortida conforme el programa establert.

El canvi de senyals de resposta donades per la vàlvula, a través dels elements auxiliars, es projecten sobre la pressió i cabal.

Tant les vàlvules neumàtiques com les hidràuliques realitzen les mateixes funcions, sol es diferencien en que unes han de treballar amb aire i les altres amb un fluid oleo-hidràulic.

Classificació de les vàlvules:

Vàlvules distribuidores

Són els elements encarregats de governar el pas del fluid cap els actuadors. El primer nº ens indica el nº d’entrades/sortides que té per quadre. El segon nº ens indica el nº de quadres.

· Vàlvula distribuïdora 2/2

· Vàlvula distribuïdora 3/2

· Vàlvula distribuïdora 4/2

· Vàlvula distribuïdora 5/2….

Accionaments:

Muscular: general, palanca, polsador, pedal.

Mecànic: lleva, rodet escamotejable, palanca amb rodet, rodet d’impuls curt.

Pressió: directe, servopilotat.

Elèctric: directe, servopilotat.

Els accionaments se’ls anomena directes si podem actuar directament sobre el control ex) palanca, pedal, polsador…

i indirectes si són controlats per altres dispositius automàtics (pilotatge automàtic)…

vàlvules de bloqueig

Es basa en el tall total del fluid. Són les vàlvules antirretorn, vàlvules de simultaneïtat (funció lògica Y, dues entrades i una sola sortida), vàlvula selectora (funció lògica O, també dues entrades i una sola sortida), vàlvula purgadora automàtica…

Vàlvules de control de cabal.

Accionats normalment amb una rosca que estreny el pas del fluid.

Ajusten el cabal circulant a un valor fixe i constant, són les vàlvules estranguladores que actuen en els dos sentits del flux i les vàlvules estranguladores unidireccionals.

Vàlvules de control de pressió

Regulen la pressió des de zero fins el valor màxim. Normalment en el grup de pressió.

4.5.- TUBS DE DISTRIBUCIÓ (CANONADES)

Els elements hidràulics s’uneixen entre si mitjançant conduccions.

Conductors de treball (per transmetre energia) o conductors de retorn.

Conductors de pilotatge (per accionar elements hidràulics).

Conductors de fuita per donar sortida a les fuites de líquid que es produeixen).

Connexió de conduccions: Desmuntables (per ex. roscada)

No desmuntables (per ex. soldada)

Cruïlla de conduccions: Conductes creuats, NO connectats entre si.

4.6.- ACTUADORS hidraulics

T Industrial II Mc graw Hill, pàg 381.

CILINDRE

Té com missió transformar l’energia de pressió en força i moviment rectilini. Pot ser de simple efecte (l’èmbol retorna per l’acció d’una molla) i doble efecte (l’èmbol retorna per l’acció d’una pressió en sentit contrari). Els cilindres hidràulics són d’acer i els pneumàtics poden ser d’alumini.

Es pot veure que l’acció que realitza un cilindre en el moviment d’anada no és igual que el de tornada, ja que la superfície sobre la que s’efectua la pressió no és igual.

Poden portar esmorteïdors de velocitat consistent en un estrangulament al final de carrera.

Hi han cilindres de doble èmbol.

MOTORS

Són dispositius que transformen l’energia de pressió en força i moviment circular.

Els hidràulics fan molta força a poca velocitat i els pneumàtics poca força i gran velocitat.

5.- CIRCUITS TÍPICS DE POTÈNCIA I CONTROL

Exemples de circuits:

Comandament d’un cilindre de simple efecte mitjançant un distribuïdor 3/2:

Material:

Compressor

Unitat FRL (filtre, regulador, lubrificador)

Vàlvula 3/2 NC amb comandament per palanca

Cilindre de simple efecte.

Comandament d’un cilindre de doble efecte amb dos vàlvules 3/2, i amb vàlvula 5/2.

Material:

Compessor

Unitat FRL

Cilindre doble efecte

Vàlvula 5/2 de comandament pneumàtic i retorn per molla.

2 vàlvules 3/2 NC de comandament per palanca amb enclavament.

Control d’un cilindre des de dos posicions. Funció “OR”

Material

Compressor

Unitat FRL

Cilindre de simple efecte

Vàlvula 3/2 de comandament per palanca

Electrovàlvula 3/2

Vàlvula selectora funció “OR”

Control d’un cilindre des de dos posicions. Funció “AND”

Material

Compressor

Unitat FRL

Cilindre de doble efecte

Valvula 5/2 de comandament pneumàtic i retorn per molla.

Electrovàlvula 3/2

Vàlvula 3/2 de comandament per palanca

Vàlvula de simultaneïtat funció “AND”

Comandament d’un cilindre de simple efecte i d’un cilindre de doble efecte simultàniament.

Material:

Compressor.

Unitat FRL

Cilindre de simple efecte.

Cilindre de doble efecte.

Vàlvula 3/2 NC accionada per palanca.

Vàlvula 5/2 de doble pilot pneumàtic

Vàlvula 5/2 de comandament pneumàtic i retorn per molla.

clip_image017

Aixecament i posicionat de caixes de cartró.

Material:

Compressor

Unitat FRL

Cilindre doble efecte

Cilindre simple efecte

2 finals de carrera 3/2 NC

Vàlvula 3/2 NC polsador-molla

Vàlvula 5/2 de doble pilotatge neumàtic.

Descripció:

Quan una caixa arriba al elevador, l’operari s’encarrega d’accionar un polsador que fa aixecar la caixa. Quan aquesta arriba a la seva alçada màxima, un cilindre de simple efecte es l’encarregat d’empènyer la caixa cap al camí dels rodets superiors.

Publicado: agosto 11, 2016 por Santiago

Etiquetas: tema 61 tecnología