Hidràulica i pneumàtica 2016

Introducció

T'imagines una vida en la que encara s'hagués d'emprar la mà d'obra per crear cotxes, embotelladores, elevadors...? La pneumàtica i la hidràulica han arribat a afectar molt damunt la nostra societat. Per exemple, avui en dia es poden crear varis cotxes en una jornada laboral i fa uns anys necessitaven anys per igualar el nombre de cotxes que avui es fan en un dia. Això ens demostra la importància que ha arribat a tenir en la nostra societat/vida aquests circuits.

Aquest treball, està creat per els alumnes de 4ºESO del Lledoner, a l'assignatura de tecnologia. Treballarem dos tipus de circuits diferents:

Hi treballarem els elements i usos de cada un i en descriurem el seu funcionament i aplicacions, incloent enllaços d'interès, vídeos i imatges per concretar i aclarir la informació del treball.

Circuits hidràulics

Què és un circuit hidràulic

Circuit hidràulic és un sistema que comprèn un conjunt d'elements separats que transporta líquid, (generalment oli) que reuneix les següents condicions: és impulsat per una bomba hidràulica, que recull el fluid d'un dipòsit, i l'impulsa per unes canonades, on es realitza un control, per acabar en uns elements que transformen el cabal hidràulic en moviment, i per mitjà d'altres canonades retorna al dipòsit.

La hidràulica es una ciència i tècnica a la vegada que s'ocupa de la transmissió i control de forces i moviments per mitjà de fluids. El fluid hidràulic normalment és un oli mineral, ja que és l'únic fluid que pot reunir aquesta serie de requisits.

-Requisits del fluid hidràulic:

Transmetre la pressió.
Lubrificar les parts mòbils dels equips.
Refrigerar, és a dir, derivar la calor generada per la transformació d'energia.
Amortitzar les vibracions causades pels pics de pressió.
Protegir contra la corrosió.
Eliminar partícules abrasives.
Transmetre senyals.

Actualment s'utilitza en molts àmbits: industrials, automobilístics, aeronàutics, etc...

La utilització d'instal·lacions hidràuliques en la construcció de màquines-eina, premses, etc., ha adquirit gran importància ja que permet transmetre potències o executar moviments mitjançant petits elements que es poden pilotar o regular amb facilitat.

Però no seria fins als inicis de la Revolució Industrial quan s'aprofita l' energia de l'aigua per a la producció elèctrica. Aquesta font d'energia va tenir un ràpid creixement a causa del desenvolupament tècnic experimentat a finals del segle XIX i principis del XX, especialment pel que fa a la invenció del generador elèctric i al perfeccionament de les turbines hidràuliques.

Elements d'un circuit hidràulic

Bombes hidràuliques

Dispositiu que transforma l'energia mecànica en energia hidràulica, és a dir, realitzen un treball per mantenir un líquid en moviment. Aconseguint així augmentar la pressió o energia cinètica del fluid. L'Impulsor crea un corrent de succió a l'entrada, introduint el fluid en el seu interior i l'empeny cap al circuit hidràulic.

El terme bomba, generalment és utilitzat per referir-se a les màquines de fluid que transfereixen energia, o bomben fluids incompressibles, i per tant no alteren la densitat de la seva fluid de treball, a diferència d'altres màquines com ho són els compressors.

Tipus de bombes hidràuliques

Tipus de bombes hidràuliques en principi del funcionament:

La principal classificació de les bombes es realitza atenent al principi de funcionament en el qual es basen:

Bombes de desplaçament positiu o volumétricas, en les quals el principi de funcionament està basat en la hidrostática .

Bombes d'èmbol alternatiu
Bombes volumètriques rotatives o rotoestàtiques

Bombes rotodinámicas, en les quals el principi de funcionament està basat en l'intercanvi de quantitat de moviment entre la màquina i el fluït.

Radials o centrífugues: quan el moviment del fluid segueix una trajectòria perpendicular al eix del rodet impulsor.
Axials: quan el fluid passa pels canals dels rodets seguint una trajectòria continguda en un cilindre.
Diagonals o helicocentrífugues: quan la trajectòria del fluid es realitza en una altra direcció entre les anteriors, és a dir en un conus axial amb l'eix del rodet.

Tipus de bombes hidràuliques segons el tipus d'accionament:

Electrobombes: Genèricament, són aquelles accionadas per un motor elèctric, per a distingir-les de les motobombas, habitualment accionadas per motors d'explosió.
Bombes pneumàtiques:que són bombes de desplaçament positiu en les quals l'energia d'entrada és pneumàtica, normalment a partir d'aire comprimit. Ex.: compressor.
Bombes d'accionament hidràulic: com la bomba d'ariete o la noria.
Bombes manuals: Un tipus de bomba manual és la bomba de balancín.

Tipus de bombes de èmbols:

Bomba aspirant: un cilindre que conté un pistó mòbil està connectat amb el subministrament d'aigua mitjançant un tub. Una vàlvula bloqueja l'entrada del tub al cilindre.

Bomba impel·lent: un cilindre,un pistó i una canonada que baixa fins al dipòsit d'aigua. Així mateix, té una vàlvula que deixa entrar l'aigua al cilindre, però no tornar.

Altres bombes i aplicacions especials

Bomba d'aire o inflador. Realment és un compresor de desplaçament positiu, generalment manual.
Bomba de buit, utilitzada per a succionar gas.
Bomba pneumàtica, bomba hidràulica accionada per aire comprimit.
Inyector-bomba, un tipus de bomba per a combustibles en motors de combustió interna.
Bomba sumergible, és una bomba rotodinámica preparades especialment per a ser submergida.

Elements de control

Els elements de control anomenats també vàlvules, són un dispositiu mecànic amb el qual es pot iniciar, aturar o regular la circulació (pas) de líquids o gasos mitjançant una peça movible que obre, tanca o obstrueix de forma parcial un o més orificis o conductes.

Les vàlvules són uns dels instruments de control més essencials en la indústria. A causa del seu disseny i materials, les vàlvules poden obrir i tancar, connectar i desconnectar, regular, modular o aïllar una enorme sèrie de líquids i gasos, des dels més simples fins als més corrosius o tòxics. Les seves mides van des d'una fracció de polzada fins a 30 ft (9 m) o més de diàmetre.

Vàlvula diafragma
Vàlvula esfera
Vàlvula pinch
Vàlvula de Mariposa
Vàlvula anular
Vàlvula d'agulla
Vàlvula cono fijo
Vàlvula de globo
Vàlvula de retenció

- Hi ha 7 tipus de vàlvules:

Vàlvula lineals i multi-gir:
- Vàlvula d'agulla
- Vàlvula Anular
- Vàlvula de Diafragma
- Vàlvula de Globo
- Vàlvula de Cono Fijo
- Vàlvula de tipus Pinch
- Vàlvula Quarto de Giro
- Vàlvula de Bola
- Vàlvula Esfèrica
- Vàlvula de Mariposa
- Vàlvula 'Macho'
Vàlvula de retenció:
- Vàlvula de retenció Duck - Bill
- Vàlvula de retenció de Disc Obliquo
Vàlvula reguladora: Aquest tipus de vàlvula s'utilitza per regular la pressió de l'oli segons en convengui, existeixen altres vàlvules dedicades a funcions més especifiques per regular la pressió.
Vàlvula de seguretat: Protegeix el circuit de les altes pressions que el poden fer malbé.
Vàlvula de contrapressió: Actuen en contra de les pressions produïdes per la inèrcia de les grans masses en moviment.
Vàlvula reguladora del cabal: La funció de la vàlvula es reduir o augmentar el cabal de l'oli, es a dir, regular la quantitat d'oli que es transporta.
Vàlvula selectores de circuit: Permeten obtenir a la sortida un senyal procedent indistintament de dos punts d'entrada diferents.

Actuadors

Els actuadors són elements de maniobra en un circuit hidràulic són aquells que transformen l'energia aportada cap a una d'una energia cinètica, es a dir, converteixen l'energia de l'aigua, del vent o de la electricitat i convertir-la amb energia de moviment. Dintre dels elements de maniobra tenim principalment quatre tipus d'actuadors hidràulics:

Cilindre Hidràulics: un cilindre hidràulic consisteix bàsicament en dues peces: un cilindre barril i un pistó o èmbol mòbil connectat a un plançó. Hi ha quatre tipus de cilindres hidràulics:
- Cilindres de pressió dinàmica
- Cilindres de simple efecte
- Cilindres de doble efecte
- Cilindres telescòpics

Actuadors

Motor Hidràulic: un motor hidràulic es un actuador mecànic que converteix pressió hidràulica i fluid en torsió i desplaçament angular,es a dir, en una rotació o gir. Només hi ha un tipus de motor hidràulic:
- Motor d'engranatge

Motor amb pistó eix inclinat

Motor oscilant amb pistó axial

La seva missió és generar el moviment dels elements del robot segons les dades per la unitat de control.

Cada un dels sistemes presenten característiques difernets, entre les més importants per consideran les més importants.

Dins els elements de maniobra també s'hi troben els actuadors pneumàtics, dels quals n'hi ha dos tipus:

Cremallera

Rotatius de paletes

És la potencia, controlabilitat, pes, volum, velocitati el manteniment.

Depòsit

Funcionament d'un dipòsit hidràulic

Te molta de importància en el circuit, per que a més de contenir el líquid també serveix per:

Eliminació de l'aire que es condensa dins del circuit.
Refrigerar el circuit.
Separar l'aire de l'oli.

És una part molt important del circuit, ja que no tan sols conté el fluid, si no que a més serveix per la seva adequació, eliminació d'aire, escumes,refrigeració, i d'altres. Al tub d'aspiració de la bomba acostuma a haver-hi un filtre per l'eliminació de les partícules produïdes pel desgast. El deposit ha de tenir una gran resistència i capacitat.

Usos dels circuits hidràulics

Fitxer:Excavadoramarilla.jpg

Aplicacions mòbils: L'energia proporcionada per la pressió d'aire i oli, es pot aplicar a transport, excavació, elevació, perforació, manipulació de materials, control i impulsar vehicles mòbils com ara tractors, grues, retroexcavadores, camions d'escombraries, pales carregadores, frens i suspensions de camions i vehicles per a la construcció i manteniment de carreteres.

Aplicacions industrials: En la industria, és de primera importància contar amb maquinaria especialitzada para controlar, impulsar, posicionar i mecanitzar elements o materials propis de la línia de producció, per a aquests efectes s'utilitza amb regularitat l'energia proporcionada por fluids comprimits. Es té entre altres maquinaria per a la industria plàstica, maquinaria per a l'elaboració d'aliments equipament per a robòtica i manipulació automatitzada equip per a muntatge industrial, maquinaria para la mineria i maquinaria para la industria siderúrgica.

Aplicacions automotrius: suspensions, frens, direccions, refrigeració, etc.

Aplicacions aeronàutiques: timons, alerons, aterratge, frens, simuladors, manteniment d'aeronaus, etc.

Aplicacions navals: especialitzada de timó, mecanismes de transmissió, control, sistemes especialitzats d'embarcacions o vaixells militars.

Aplicacions mèdiques: instruments quirúrgics, taules d'operacions, hospital i instruments dentals, etc.

Circuits pneumàtics

Què és un circuit pneumàtic

És un conjunt d’elements disposats de tal manera, que per mitjà d’aire comprimit realitzen un treball o executen una sèrie d’accions destinades a l’accionament de màquines o mecanismes.

El subministrament d’aire comprimit és el primer pas per tal d’aconseguir el funcionament dels circuits i de les instal·lacions pneumàtiques. Comprèn la producció, el condicionament i la distribució de comprimit, en unes determinades condicions de pressió, temperatura i qualitat, així com la regulació i control i la transformació de l’energia pneumàtica en treball (actuacions pneumàtiques).

Elements d'un circuit pneumàtic

Compressors

Compressor hidràulic

Un compressor és una màquina que augmenta la pressió d'un fluid mentre que redueix el seu volum.

Compressor centrifug

Hi ha cinc tipus:

Els Compressors centrífugs: fan servir un disc o roda rotativa dins d'una carcassa, de manera que al girar, força el pas de l'aire en direcció radial.

compressor

Els compressors de flux axial: són compressors rotatius dinàmics que fan servir cascades per comprimir el fluid operant.

Els compressors de cargol: fan servir dos caragols helicoïdals rotatius entramats com a compressor de desplaçament positiu, per a forçar el gas a comprimir-se reduint-ne el volum.

Elscompressors de paletes: consisteixen en un rotor amb un nombre determinat d'àleps muntats als allotjaments radials del rotor. El rotor està muntat excèntricament a una carcassa major que ell, que pot ser circular o més complexa. Quan el rotor gira, les paletes llisquen enfora i endins dels allotjaments, sempre en contacte am la paret de la carcassa gràcies a uns molls als allotjaments del rotor. D'aquesta manera, es va reduint el volum del gas admès a cada cicle gràcies a l'excentricitat de la màquina. Aquestos compressors són, juntament amb els de pistó, els més vells de les tecnologies de compressió.

Un compressor d'espiral: fa servir dos àleps amb forma d'espiral interposats per a bombejar o comprimir fluids i gasos.

Elements de control

En els circuits pneumàtics, el moviment i la pressió de l'aire es controla a traves de vàlvules.

Les vàlvules són elements que ordenen o regulen la posada en marxa, l'aturada i la direcció, així com la pressió o el sentit del fluid enviat pel compressor o emmagatzemat en un dipòsit.

vàlvula de bloqueig

Les vàlvules en termes generals, tenen les següents missions:

Distribuir el fluid
Regular el cabal
Regular la pressió

Segons la seva funció les vàlvules es subdivideixen en 5 grups:

Actuadors

Un actuador és un dispositiu capaç de transformar energia hidràulica, pneumàtica o elèctrica en l'activació d'un procés amb la finalitat de generar un efecte sobre un procés automatitzat. Aquest rep l'ordre d'un regulador o controlador i en funció a ella genera l'ordre per activar un element final de control com, per exemple, una vàlvula.

Actuador hidraulic

Hi ha diversos tipus d'actuadors com són:

electrònics
hidràulics
pneumàtics
elèctrics

Actuador elèctric

Els actuadors hidràulics, pneumàtics i elèctrics són usats per a manejar aparells mecatrònics. En general, els actuadors hidràulics s'empren quan el que es necessita és potència, i els pneumàtics són simples posicionaments. No obstant això, els hidràulics requereixen molt equip per a subministrament d'energia, així com de manteniment periòdic. D'altra banda, les aplicacions dels models pneumàtics també són limitades des del punt de vista de precisió i manteniment.

Els actuadors pneumàtics es classifiquen, segons la forma en què realitzen el treball, en:

Cilindres (fan el treball en forma rectilínia),
Actuadors de gir (proporcionen moviments angulars)
Motors rotatius (generen moviment rotatiu)

Avantatges dels actuadors pneumàtics:

Són els actuadors més barats.

Disposa d'un menor número de parts en moviment, reduintse els costos i augmentant l'eficiència.

Dipòsit i Canonades

Dipòsit pneumàtic que conté aire comprimit

En aquests circuits és necessari comptar amb un dipòsit que acumuli l'aire a pressió que surt del compressor, d'aquesta manera, quan s'ha assolit la pressió adequada, pot aturar compressor sense interrompre el treball que es realitza amb l'aire a pressió.

Dipòsit: és un lloc destinat a dipositar-hi o guardar-hi alguna cosa, a emmagatzemar-la o retenir-la-hi.

En el circuit pneumàtic aquest acumula l'aire comprimit que ha produït el compressor, i el refreda. A més, inclou elements per controlar les condicions de l'aire. La seva funció és contenir el fluid d'un sistema hidràulic, evacuar la calor, sedimentació, separació de l'aire i separació de l'aigua.

Canonada: és un conducte de forma tubular destinat al transport de fluids i eventualment de matèries granulars i pulverulentes.

En el circuit pneumàtic s'utilitzen per quan la distància del generador de pressió i la toma es massa gran, la seva funció en aquest cas és transportar oli hidràulic a llargues distàncies.

Usos dels circuits pneumàtics

Principalment, els circuits pneumàtics, es fan servir per el treball mecànic. Són tècniques basades en la utilització de l’aire comprimit, com a fluid transmissor d’energia per a l’accionament de màquines i mecanismes. Els avantatges de l’aire comprimit són per exemple: emmagatzemat fàcil, fluid net, es desplaça amb rapidesa, no és perillós i es troba fàcilment disponible.

Un circuit pneumàtic és un conjunt de components interconectats que converteixen un gas comprimit (normalment aire) en treball mecànic. En el sentit normal del terme, el circuit ha d'incloure un compressor o un tanc alimentat per un compressor. Els circuits pneumàtics es solen utilitzar per moure i fer funcionar mecanismes.

S'usa generalment quan la distància entre l'element de control i els actuadors pneumàtics és molt gran o quan l'element de control és automatitzat.

Camions i Autocars: Utilitzen aire comprimit per els frens.

Producció industrial automatitzada: En els processos de fabricació es fan servir circuits pneumàtics i hidràulics per realitzar la transferència i posicionament de peçes i productes.

Accionaments en robots: Per produir els moviments de les articulacions d'un robot industrial i de les atraccions de fira, s'empren principalment sistemes de pneumàtica.

Màquines i eines d'aire comprimit. Eines com el martell pneumàtic, els tornavisos pneumàtics o les màquines para pintar a pistola, són exemples de l'ús de la pneumàtica.