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Cilindros neumáticos

Funcionamiento
Son dispositivos motrices en equipos neumáticos que transforman energía estática del aire a presión, haciendo avances o retrocesos en una dirección rectilínea. Se utilizan ampliamente en el campo de la automatización para el desplazamiento, alimentación o elevación de materialeselementos de las mismas máquinas.



Se tiene que tener algunas consideraciones al momento de elegir el cilindro adecuado para la aplicación a realizar. Algunas de ellas son:
· La fuerza necesaria a ser aplicada
· El principio de operación (simple /doble efecto)
· La longitud del desplazamiento
· El diámetro del émbolo
· La velocidad del movimiento
· Consumo de aire
· Tipo de vástago para acoplado mecánicamente
· Temperaturas de trabajo

Tipos de cilindros

Cilindros de simple efecto
Características
Ø Una entrada de aire
Ø Movimiento lineal
Formulas
Fcilindro=P*A -Fmuelle
10
A=¶*D2
4
Q=0.98+Paire * ¶*D2*L *N
0.987 4E6

Cilindros de doble efecto
Características
Ø Tiene 2 pistones
Ø 2 entradas de aire
Ø Consumo de aire
Formulas
Q=2*0.98+Paire * ¶*D2*L *N
0.987 4E6

CONSUMO DE AIRE

Q= 0.987+P.aire* π*D²*l*n
0.987 4*10^3

V= 0.987+P.aire* l*n
0.987 100

Z=b+[(d-b)(a-e)/a-c]

Q= Consumo de aire (dm3/mm)
P. aire=Presión del aire (Bar)
D= Diámetro del cilindro
ℓ = Longitud de la carrera
n= Revoluciones del envolo o diafragma (rev/min)
V= velocidad del pistón dm3/s

Ejercicio 1
Se tiene un cilindro neumático de simple efecto, a 10.5 Bar con un diámetro de 70 mm y con un vástago de carrera de 1200 mm a 8 rev/min.
a) Determine la fuerza de avance utilizando la grafica de presión contra fuerza.
b) El consumo total del aire en dm3/min
c) La velocidad del pistón en m3/seg

Z=3300+[(500-3300)(10-10.5)/10-15]=3470N

Q= 0.987+10.5bar* π*70mm²*l*1200mm=429.65dm/min
0.987 4*10^3

V= 0.987+10.5bar* 1200mm*8rev/min= 1117.248mm3/min
0.987 100

V=1117.248mm3/min= 0.0189m3/s

Conceptos basicos

Viscosidad:

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.
La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:
•Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ.
En unidades en el SI: [µ] = [Pa•s] = [kg•m-1•s-1] ; otras unidades:
1 Poise = 1 [P] = 10-1 [Pa•s] = [10-1 kg•s-1•m-1]

Densidad:

La densidad, se simboliza habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos.
La densidad o densidad absoluta expresa la masa por unidad de volumen.
p=m/V
donde:

ρ =Es la densidad

m =Es la masa

V =Es el volumen del cuerpo

Densidad relativa:

La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.
La densidad relativa está definida como el cociente entre la densidad de una sustancia y la de otra sustancia tomada como referencia, resultando
pr=P0/P

Donde:

ρr = Es la densidad relativa

ρ= Es la densidad absoluta

ρ0= Es la densidad de sustancia

•Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/L.
•Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.
También se puede calcular o medir la densidad relativa como el cociente entre los pesos o masas de idénticos volúmenes de la sustancia problema y de la sustancia de referencia:

Pr= ms g/V/ mog/V

Servomotor

Concepto

Teoría de funcionamiento de los Servo Motores.Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado aposiciones angulares específicas al enviar una señal codificada.Conoce cómo trabaja un Servo Motor y cuáles son sus características generales.

Problemas

Determine la fuerza máxima del servomotor en una válvula de control con las siguientes características área efectiva del diagrama de 940cm2, válvula de tamaño de 2” ajuste resorte.

Datos
D interior del asiento=5.08cm
Wobturado=8Kg
Compresión inic del muelle=1.26 bar
Problemas

Determine la fuerza máxima del servomotor en una válvula de control con las siguientes características área efectiva del diagrama de 940cm2, válvula de tamaño de 2” ajuste resorte.

Datos
D interior del asiento=5.08cm
Wobturado=8Kg
Compresión inic del muelle=1.26 bar

Solucion
Fa=Ad*f1*1.02
Fa=940cm2*(1.26kg/cm2)*1.02
Fa=1208.08 kg

En el anterior problema determine P1 si se tiene una A asiento de 20.27cm2 y A vástago de 0.97 cm2. Fr=10Kg

Solucion

Fs=0.5*¶*Ds
Fa=Fr+Fw+(As-Ast)(P1)(1.02)
Despejar P1
P1=Fr-Fs-Fw-Fa/1.02*(As-Ast)
P1=10kg-0.5¶(5.08cm)-8kg-1208.08kg/1.02(20.27cm2-0.97cm2)
P1=61.67bar

PRACTICA No. 1

Nombre de la asignatura: Ingeniería eléctrica
Nombre: Análisis de circuitos neumáticos
Número : 1 Duración (horas) : 2

Resultado de aprendizaje: El alumno identificara la simbología empleada en los circuitos neumáticos.

Justificación: Actualmente la neumática es una fuente de energía de fácil obtención y tratamiento para el control de máquinas y otros elementos sometidos a movimiento. Es importante que el alumno se familiaricé con la simbología empleada para representar un circuito neumático.

Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:
· Industria manufacturera.

Actividades a desarrollar:
· Familiarizarse con los circuitos neumáticos
· Leer e interpretar de manera adecuada un circuito neumático.

Circuito neumático: Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:
· ED: Identificar las partes que integran un circuito neumático y describe la función de cada uno de ellos.
· EP: Reporte de práctica.
· EA: Trabajo ene quipo

Integrantes: Caloch Arenas Maribel, Chávez Cervantes Raúl Abdel, Cuapio Aztatzi Josefina, Lima Juárez Agustín, Hernández Meléndez Erika, Saldaña Nava Oscar
Dirección: Avenida Universidad Politécnica No. 1, colonia San Pedro Xalcaltzingo, Tepeyanco, Tlaxcala

Resumen: Un circuito neumático es un sistema formado por un conjunto de elementos unidos entre sí de forma que el aire comprimido puede circular a través de ellos, con la finalidad de transmitir energía o información.

Los componentes de circuito neumático se describen a continuación:

El generador o compresor de aire comprimido, que es el dispositivo que comprime el aire de la atmósfera hasta que alcanza la presión necesaria para que funcione la instalación.
Las tuberías y los conductos, a través de los que circula el aire.
Los actuadores, como los cilindros y los motores, que son los encargados de transformar la presión del aire en un trabajo útil.
válvulas distribuidoras, que son elementos de control.
Estos componentes se pueden representar de forma grafica, con el fin de entender mejor el funcionamiento de un sistema neumático.

Introducción:

En la representación de los circuitos neumáticos se utiliza una simbología específica, siguiendo las normas establecidas por los organismos correspondientes (UNE, ISO, DIN...). Los esquemas neumáticos son una representación de las instalaciones neumáticas reales.

Descripción del circuito neumático:

Las partes que integran el sistema neumático mostrado se describen a continuación y cada una de ellas con su significado.

1.- Este símbolo significa INICIO DE INSTALACIÓN (Presión).

2.- VALVULA MANUAL._ Son dispositivos para interrumpir automáticamente el suministro de agua y así controlar o proteger partes de la red o artefactos sanitarios.

3.- FILTRO._ Dispositivo a través del que se hace pasar un gas o un líquido para eliminar sus impurezas o separar los sólidos que contienen.

4.- MANORREDUCTOR._ comprende un cuerpo que presenta una cámara central y una cara inferior, ambas intercomunicadas entre si a través de una abertura que define un. asiento

5.- ENGRASADOR O LUBRICANTE._ Conserva productiva una maquina accionada con aire comprimido disminuyendo el desgaste ocacionado por la friccion y la corrosion.




6.- DISTRIBUIDOR




Conclusiones:

En esta primera práctica identificamos la simbología de un sistema neumático, con base a su estructura además de que analizamos la función que tiene cada una de sus partes para que este logre la función principal de transmitir energía medio de aire comprimido.

TIPOS DE SISTEMAS

SISTEMA ABIERTO

Sistemas abiertos: son los sistemas que presentan relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente. Este tipo de sistemas se adaptan, para sobrevivir deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio. Algunos sistemas abiertos son:

1. Sistemas biológicos
2. Sistemas sociales,
3. Células,
4. Plantas,
5. El hombre,
6. La organización,
7. La sociedad

SISTEMAS CERRADOS

Son los sistemas que no presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, pues son herméticos a cualquier influencia ambiental. Así, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del ambiente, y por otro lado tampoco influencian al ambiente. No reciben ningún recurso externo y nada producen la acepción exacta del término. Estos sistemas son totalmente determinístico y programado y operan con muy pequeño intercambio de materia y energía con el medio ambiente. Algunos sistemas cerrados son :

1. Sistemas físicos
2. Las máquinas
3. El reloj
4. El termóstato

SISTEMAS AISLADOS

Un sistema aislado no puede compartir ni energía ni materia con su medio ambiente.
Ejemplo:
Una pared sirve para aislar un sistema con su medio ambiente, un pared puede ser rígida o móvil, impermeable o no impermeable y adiabatica o no adiabática, dependiendo si conduce o no calor, conductora o no conductora de energía eléctrica e incluso puede ser aislante de frecuencias de audio.

PRESION ATMOSFERICA

Es la presión ejercida por los gases que conforman la atmósfera en cualquier punto de la superficie de la tierra.

PRESION
Fuerza que ejerce un fluido en la superficie solo para liquidos y gases.

Determine la presión atmosférica en una localidad donde la lectura barométrica es de de mercurio la cual genera una altura de , la densidad de mercurio es de 13570 y la gravedad es 9.7 m/s2

DATOS
h=0.74m
hg=13570kg/m3
g=907m/s
P.atm=92.14Kpa

P.amt= Dgh Patm= (13570m3)(9.8m/s2)(0.74m)= 92140pas

SISTEMAS NEUMATICOS

GASES IDEALES

Determine a la presión en un tanque que mide (3m)(4m)(5m) a una temperatura de , si el material almacenado es aire cuya masa es de 4kg.

Datos
m=4kg
T= 25ºC=298ºk
V=60
P=5.704Kpas

P=mRT/V

P=(4kg)(0.2870kpas*m2/kg*ºk)(298ºk)=5.704kpas

Si la presión de una llanta de automóvil depende de la temperatura de aire en la llanta cuando la temperatura del aire es de 25ªC, el medidor de presión registra 210Kpas . Si el volumen de la llanta es de 0.025 , determine el aumento de la presión en la llanta cuando la temperatura del aire en el interior aumenta 50ºC.

Datos
T=25ªC=298ºK
P=210Kpas
V=0.025
T2=50ªC=323ºK
P2=193Kpas

P2= T2*P1/T1

P2=(323ºk)(210kpas)/298ºk= 193.753kpas

Determine la cantidad de aire que debe sacarse para regresar la presión a su valor original tomando en cuenta la temperatura del ejercicio anterior. Nota suponga que la P. atm es 100Kpas.
Datos

P.atm=100Kpas
Ru=0.2870
V=0.025
T2=50ªC=323ºK

m=PV/Ru.T

m=(100kpas)(0.025m3)/(.2870)(323ºk)=0.026kg

m2=(210kpas)(0.025m3)/(0.2870kpas*m3/kg*ºk)(323ºk)=0.056kg

m1-m2= 0.026kg-0.056kg= 0.03kg

SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO

concepto:

Se llama sistema neumático a todo aquel sistema que se vale del aire comprimido para transmitir energía y generar un trabajo.

1. Compresor aspira aire atmosférico, aumentando su presión y generando aire comprimido.2.Motor eléctrico: Suministra la energía mecánica al compresor3. Válvulas: controlan la circulación del aire comprimido así como regulan el funcionamiento de los actuadores, en los que se transforma la energía acumulada por el aire comprimido en energía mecánica.

1.Purga del aire: el aire es tomado de la parte superior de la tubería principal.
2.Purga Automática: una purga automática impide que el agua se quede en el tubo en el caso en que se descuide la purga manual.
3.Unidad de acondicionamiento del aire: Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión optima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de los componentes del sistema neumático que necesita lubricación.
4.Valvula Direccional.
5.Actuador. Transforma la energia potencial del aire comprimido en trabajo mecánico.
6.Controladres de velocidad. Permiten una regulación fácil y continua .

Ventajas:

• Disponibilidad: existen compresores portátiles para posiciones alejadas.
• Almacenamiento: se pueden almacenar grandes cantidades.
• Seguridad: no posee características explosivas.

Desventajas:

• PREPARACIÓN: eliminación de impurezas y humedades previas a su utilización.
• OBTENCIÓN: costosa.
• RIUDOS: el aire que escapa a la atmósfera produce ruidos bastante molestos.
• COSTE: es una fuente de energía cara.

LEY DE LOS GASES

1) ¿Cuál es la diferencia entre presión absoluta y relativa?
La diferencia entre presión absoluta y relativa es que la presión absoluta es igual a la suma de la presión manométrica y la presión atmosférica, mientras que la presión relativa es la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica.
· Presión atmosférica es la fuerza que ejerce la atmosfera sobre la superficie de la tierra o de un sistema.
2) ¿Cuáles son las leyes de los gases? Explica con un ejemplo cada una de ellas

Ley de Boyle
La presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante:
P1V1=P2V2

Ejemplo: En un globo inflado, cuando oprimimos el globo (aumenta la presión) el volumen disminuye; al soltarlo (disminuye la presión) el volumen aumenta.
Un gas ocupa un volumen de 200 cm3 a una presión de 760 mm de Hg ¿Cuál será un volumen si la presión recibida aumenta a 900 mm de Hg?
Datos:
V1= 200 cm3
P1 =760 mm de Hg
V2=?
P2= 900 mm de Hg

Sustitución y resultado:
P 1V 1=P 2V2

V2 = P1V1/P2 =(760mmHg)(200cm3)/900mmHg

V 2=168.89 cm3

Ley de charles

El volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura:
•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.

•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

v1/t1=v2/t2

Ejemplo: un globo lleno aumenta su volumen cuando se le caliente y lo disminuye cuando se le enfría.
Se tiene un gas a una temperatura de 25 °C y con un volumen de 70 cm3 a una presión de 586 mm de Hg. ¿Qué volumen ocupara este gas a una temperatura de 0°C si la presión permanece constante?
Datos:
T1= 25 °C + 273 = 298 K
V1 =70 cm3
V2=?
T2= 0 °C + 273= 273 K
P= constante

Sustitución y resultado:
V2 =V1T2/T1 = (70cm3)(273ºk)/298ºk

v2= 64.13cm3

Ley de Gay- Lussac
La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:
•Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.

•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

P1/T1=P2/T2

Una masa dada de gas recibe una presión absoluta de 2.3 atmosferas, su temperatura es de 33 °C y ocupa un volumen de 850 cm3 . Si el volumen del gas permanece constante y su temperatura aumenta a 75 °C, ¿Cuál será la presión absoluta del gas?

Datos:
P1= 2.3 atm
T1 = 33 °C +273 = 306 K
P2=?
T2= 75°C + 273= 348 K
P= constante

Sustitución y resultado:
P2 = P1T2/T1 = 2.3atm*348ºK/306

V 2 =2.6atm

Ley general de los gases

PV= nRT

Se tienen 45 moles de un gas que reciben una presión de 28 atmosferas a una temperatura de 329 K ¿Qué volumen ocupa en litros?

Datos:
n= 45 moles
P= 8 atm
T= 329 K
R=0.0821 atm L / mol K

Sustitución y resultado:
V= rNT/P = 25mol(0.0281atml/mol)(329ºk)/8atm

V= 43.4L

3) Deduce la formula de presión tomando en cuenta el principio de torricelli

La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio":

V= /2GH

Donde:
V es la velocidad teórica del líquido a la salida del orificio en m/s
es la distancia desde la superficie del líquido al centro del orificio en m.
es la aceleración de la gravedad (9.8 m/s2)

PROBLEMAS

1.-Una muestra de gas a temperatura constante disminuye su volumen a la mitad, ¿Como será su nueva presión comparada con la inicial?
El doble

2.-Una muestra de gas ocupa un volumen de 44.8 L en condiciones normales de 25 ºC y una presión de 1 atmòsfera, ¿Cuál será su presión a una temperatura de 34 ºC manteniendo un volumen constante?
Datos
V= 44.81
T₁= 25 º C + 273ºk = 298ºk
P₁ =1 atm
T₂= 34 º C + 273ºK = 307ºK

Formula P₂ = T₂× P₁ / T₁
P₂= 307.15 k × 1 atm / 298ºk = p₂=1.0301 atm

3.- Cierta cantidad de gas ocupa un volumen de 34 ml a la presión de 200 mm de Hg. ¿Qué volumen ocupara a la presión de 840 mm de Hg?

Datos

V= 34 ml
P₂= 840 mm Hg
V= 8.09 ml
P₁= 200 mm Hg P₂= 840 mm Hg

Formula V= 34 ml V₂= P₁ × v₁ / P₂
V₂= 200 mm Hg × 34 ml / 840 mm Hg V= 8.09 ml

4.-Por descomposición del HgO se obtuvieron 34 L de oxigeno a la temperatura de 324 ºC. ¿Qué volumen ocupara si la temperatura se reduce a 45 ºC?

Datos
V=34 L
T₁=324 º C 273.15 º k = 597.15 º k
T₂= 45 ºC + 273.15 º k = 318.15 º k
V₂= 18.11 L

Formula V₂= T₂ × V₁ / T₁ V2=318.15 º k × 34L / 597.15 º k = 18.11 L

5.- Una muestra de gas hidrògeno tiene un volumen de 500 ml a una presión de 0.92 atm. Si la presión se reduce a 538 mm de Hg. ¿Qué volumen ocupara el gas?

Datos
V₁= 500 ml
P₁= 0.92 atm ( 760 mm Hg/1 atm)=699.2 mm Hg
P₂= 538 mm Hg

Formula V₂= P₁×V₁/ P₂
V₂=699.2 mm Hg×500 ml/538 mm Hg = 649.81 ml

6.- Una masa de l₂ ocupa un volumen de 44.8 L a 760 mm de Hg y 0º C. ¿Cuál es la cantidad de materia (n) existente?

Datos

V=44.8 L
P=760 mm Hg
T=0ºC +273.ºK=273ºK N=254 g/mol
R=831.4 j/mol.k

Formula m=MPV/TR
m=254g/mol×760mmHg×0.0448cm₃/273.15ºk×831.4j/molºk m=8,648.192/227,096.91=0.03808 m₃

7.- Un alpinista inhala 500 ml de aire a una temperatura de 10 ºC ¿Qué volumen ocupara el aire en sus pulmones si su temperatura corporal es de 37 ºC? Considera la presión constante.

Datos
V₁= 500 ml
T₁= 10 º C + 273.15 º k = 283.15 º k
T₂= 37 º C + 273.15 º k= 310.15 º k

Formula V₂= T₂ × V₁ / T₁ V₂=310.15 ºk×500 ml/283.15ºk=547.67 ml V₂= 547.67 ml

8.- Determine el volumen ocupado por 5.37 moles de un gas a 215 ºC y 1.33 atm de presión.

9.-Una balsa inflable se llena con gas a una presión de 800 mm de Hg a 16 ºC. Cuando la balsa se expone al sol, el gas se calienta hasta 44 ºC. ¿Cuál es la presión del gas dentro de la balsa, en estas condiciones?

Datos
P₁= 800 mm Hg T₁=16 º C +273.15 º K= 289.15 K T₂=44 º C +273.15 ºK= 317.15ºK

Formula P₂=T₂×P₁/T₁
P₂=317.15ºK×800mm Hg/289.15ºk= 877.46 mm Hg
P₂=877.46 mm Hg

10.-Se dispone de 25 L de oxigeno a 12 ºC y 708 mm Hg de presión. ¿Què volumen ocuparà la misma cantidad de gas en condiciones normales de 1 atmòsfera de presión, 25 ºC?

Datos
V₁=25L
T₁= 12ºC+273.15ºk= 285.15ºk
P₁=708 mm Hg 5277255/216714
T₂=25ºC+273.15ºk= 298.15ºk
P₂=1atm=760mm Hg

Formula V₂=T₂×P₁×V₁/T₁×P₂

V2=298.15ºK×708 mmHg×25 ml/285.15ºk×760 mmHg
V2= 24.35L

11.-Una masa de gas a 50 ºC y 790 mm Hg de presión ocupa 350 cm₃.¿Que volumen ocupara el gas a 0ºC y 760 mm Hg?

Datos

T₁=50ºC+273.15ºK=323.15ºK P₁=790 mm Hg
V₁=350cm₃ =75,525,975/245,544=307.52 cm₃
T₂=0ºC=273.15ºK=273.15ºK
P₂=760 mm Hg

Formula V₂=T₂×P₁×V₁/T₁×P₂
V₂=273.15ºK×790 mm Hg×350 cm₃/323.15ºk×760 mm Hg
v₂=307.52 cm₃

INGENIERIA ELECTRICA

Este espacio esta creado para la materia de INGENIERIA ELECTRICA para retroalimentar lo visto en el transcurso de la materia por los alumnos de:

INGENIERIA INDUSTRIAL

INTEGRANTES: Caloch Arenas Maribel, Cuapio Aztatzi Josefina, Hernández Meléndez Erika, Lima Juarez Agustin, Saldaña Nava Oscar, Abdel.

7mo Cuatrimestre Grupo "A"