VENTAJAS DE LA NEUMATICA Fuente inagotable, limpia, que no contamina No le afecta la temperatura y es antideflagrante Instalación sencilla Transportable y almacenable Riesgo de accidente mínimo. No requiere expertos Velocidad y aceleración elevadas

1. NEUMATICA APLICADA AL AUTOMOVIL
SEGUNDA SESION 13-04-2021
Docente: Ing. Percy AntonioFARFAN ENCISO
2023
MECATRONICA AUTOMOTRIZ
física aplicada a la neumática e
hidráulica

2. Neumática vs Oleohidráulica
Aire libre
Depósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula
Control sencillo
Control de fuerza
Regulando la
presión
Control de velocidad
Regulando el
flujo
Control de posición
Regulando el
volumen

3. Compresibilidad del aire
P1
Desventajas
Elasticidad frente a la variación de las cargas
F F+ΔF
P2

4. Compresibilidad del aire
Desventajas
La presión no se puede aumentar instantáneamente
Aire libre
Válvula
F
Compresor
Válvula
P
t
F/A
tretardo
¡Se necesita un depósito!

5. Compresibilidad del aire
Desventajas
El desplazamiento de los actuadores es irregular
Aire libre
Válvula
V
Compresor
Válvula
La velocidad no es constante
No tiene respuesta inmediata
a la parada del compresor
¡Poca precisión en
posicionamiento!

6. Ventajas de la Neumática
•Fuente inagotable, limpia, que no contamina
•No le afecta la temperatura y es antideflagrante
•Instalación sencilla
•Transportable y almacenable
•Riesgo de accidente mínimo. No requiere expertos
•Velocidad y aceleración elevadas
¡Inmejorable para la automatización de procesos!
Machines should work,
people should think
The IBM Pollyanna Principle

7. Criterio Neumática Hidráulica Electricidad
Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido a la baja
presión y al diámetro del cilindro
(50.000 N). Produce fuerza en
reposo sin consumo de energía.
Grandes fuerzas utilizando
alta presión. Produce
fuerza en reposo con
consumo de energía.
Mal rendimiento; gran
consumo de energía
en la marcha en
vacío. No produce
fuerza en reposo.
Fuerza
rotativa
Par de giro en reposo también
sin consumo de energía.
Par de giro también en
reposo, originándose
consumo de energía.
Par de giro más bajo
en reposo.
Seguridad frente
a las
sobrecargas
Sí, se para. Vuelve a moverse
cuando se elimina la sobrecarga.
Sí, se para. Vuelve a
moverse cuando se elimina
la sobrecarga.
No, se estropea.
Movimiento
lineal
Generación fácil; alta aceleración;
alta velocidad (1,5 m/s y más).
Generación fácil
mediante cilindros; buena
regulabilidad.
Complicado y caro.
Movimiento
rotativo u
oscilante
Motores neumáticos con muy
altas revoluciones (500.000 min-
1
); elevado coste de explotación;
mal rendimiento; movimiento
oscilante por conversión
mediante cremallera y piñón.
Motores hidráulicos y
cilindros oscilantes con
revoluciones más bajas
que en la neumática; buen
rendimiento.
Rendimiento más
favorable en
accionamientos
rotativos;
revoluciones
limitadas.
Regulabilidad Fácil regulabilidad de la fuerza y
de la velocidad, pero no exacta.
Regulabilidad muy buena
y exacta de la fuerza y la
velocidad en todo caso
Posible sólo
limitadamente siendo
el gasto
considerable
Acumulación
de energía y
transporte
Posible, incluso en apreciables
cantidades sin mayor gasto;
fácilmente transportable en
conductos (1.000 m) y botellas de
Acumulación posible sólo
limitadamente;
transportable en
conductos de hasta unos
Acumulación muy
difícil y costosa,
fácilmente
transportable por
Comparación de los medios de trabajo entre diversas tecnologias

8. Comparación de los medios de trabajo
entre diversas tecnologias
Criterio Neumática Hidráulica Electricidad
Influencias
ambientale
s
Insensible a los cambios de
temperatura; ningún peligro
de explosión; hay peligro de
congelación existiendo
elevada humedad
atmosférica.
Sensible a las
fluctuaciones de
temperatura; fugas
significan suciedad y
peligro de incendio.
Insensible a las
fluctuaciones de
temperatura; en los
ámbitos de peligrosidad
hacen falta
instalaciones
protectoras contra
incendio y explosión.
Gastos de
energía
Alto en comparación con la
electricidad; 1 m3
de aire
comprimido a 6 bar cuesta
de 0,006 a 0,012 euros.
Alto en comparación
con la electricidad.
Gastos más reducidos
de energía.
Manejo No requiere de
especialistas ni en
ejecución ni en
mantenimiento. No
presenta peligros.
Requiere de
especialistas. Precisa
conducciones de
retorno.
Sólo con conocimientos
técnicos; peligro de
accidente; la conexión
errónea causa a menudo
la destrucción de los
elementos y del mando.

9. Medios de mando
Aire libre
Depósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula

10. Comparación de los medios de mando
Criterio Electricidad Electrónica
Neumática
presión normal
Neumática baja
presión
Fiabilidad de
los elementos
Insensibles
a las
influencias
ambientales
como polvo,
humedad,
etc.
Muy sensibles a las
influencias ambientales
como polvo, humedad,
campos perturbadores,
golpes y vibraciones;
larga duración.
Insensibles a
las influencias
ambientales;
con aire
limpio larga
duración
Insensibles a
las influencias
ambientales;
sensibles al aire
contaminado;
larga duración.
Tiempo de
conmutación
de los
elementos
> 10 ms << 1 ms > 5 ms > 1 ms
Velocidad de
las señales.
Muy
elevada
(velocidad
de la luz).
Muy elevada (velocidad
de la luz).
10-40 m/s 100-200 m/s
Distancia
salvable
Prácticamente ilimitada Limitada por la velocidad de
las señales
Espacio
necesario
Poco Muy poco Poco Poco
Procesamient
o principal de
la señal
Digital Digital, analógico Digital Digital, analógico

11. Compresión del aire
El trabajo realizado se transforma en:
– Energía de presión (20%)
– Energía térmica (80%) F
V1, P1, T1
F
V2, P2, T2
V1 > V2
P1 < P2
T1 < T2
Totalmente inútil.
¡Se elimina!
¡Comprimir aire a presiones mayores que
10 bar es completamente antieconómico!
Las presiones típicas en neumática están
alrededor de 7-8 bar (absolutos) Volver

12. Compresión de aceite
Prácticamente el 100% del trabajo se convierte
en energía de presión
Módulo de elasticidad volumétrico
K = 16.000 bar
Disminuyendo un 1% el volumen
la presión se incrementa en
160 bar
P1 = 1bar
F F
P1 = 161bar
Las presiones típicas en oleohidráulica
suelen ser de alrededor de 150-300 bar
Volver

13. CALCULOS BASICOS HIDRAULICAY NEUMATICA
e) Continuity
b) Pascals’s
law
g) Bernoulli
equation
f) Flow
resistance
a) Hydrostatic
pressure
c) Transmission of
power
d) Transmission
of pressure
g)
PNEUMATI
C CIRCUITS
PNEUMATIC CIRCUITS
PNEUMATIC CIRCUITS

15. PRINCIPIOS BASICOS QUE RIGEN LA HIDRAULICA Y NEUMATICA
Fuerza = masa x aceleracion
Es una acción que permite modificar el estado de movimiento o de reposo
de un cuerpo.
Unidades: Sist. Internacional :
Sist. Técnico:
Sist. Inglés :
Newton (N)
Kgf
lbf
Equivalencias: 1 N
1 N
=
=
1 Kg * m/s2
0,22481 lbf
El Newton es la unidad de fuerza en el Sistema Internacional de Unidades.
Se define como la fuerza que aplicada durante un segundo a una masa de 1 kg
incrementa su velocidad en 1 m/s.
Esta definición se obtiene de la aplicación inmediata de la 2ª Ley de Newton:
Fuerza que aplicada a una masa de 1kg le comunica una aceleración de 1 ms-2.

16. 1 Kgf = 9.8 N

17. Masa
Es una de las propiedades intrínsecas de la materia, se dice que esta mide la
resistencia de un cuerpo a cambiar su movimiento (desplazamiento o reposo) es
decir; su inercia. La masa es independiente al medio que rodea el cuerpo. En
palabras muy sencillas se puede expresar como la cantidad de materia que forma un
cuerpo.
Unidades: Sist. Internacional :
Sist. Inglés :
Kilogramo (Kg)
Libra (lb)
Equivalencias: 1 Kg = 2,2046 lb

18. Se dice de forma simple; que el volumen representa el espacio
que ocupa un cuerpo, en un ejemplo se podría simplificar
diciendo que un cuerpo de dimensiones 1 metro de alto, 1
metro de ancho y 1 metro de espesor tendrá en consecuencia 1
m3 de volumen.
Volumen
1m
1m
1 m
Volumen = 1 m3

19. LO PROMETIDO ES DEUDA

20. Area de un circulo
Volumen
de un cilindro

21. Presión
La presión se define como la distribución de una fuerza en
una superficie o área determinada.
Unidades: Sist. International
: Sist. Técnico :
N/m2 =
Pascal (Pa)
Kg/cm2
Sist. Inglés : lb/pulg2
= PSI
Equivalencias: 1 bar
1 bar
1 bar
=
=
=
105
Pa
14,5 lb/pulg2
1,02 Kg/cm2
Presión atmosférica = 1,013 bar = 1,033 Kg/cm2 = 14,7 PSI = 1 atm = 760 mm Hg

22. 2.2. PRINCIPIO DE PASCAL
La ley de Pascal, enunciada en palabras simples indica que:
“Si un fluido confinado se le aplican fuerzas externas, la presión
generada se transmite íntegramente hacia todas las direcciones y
sentidos y ejerce además fuerzas iguales sobre áreas iguales,
actuando estas fuerzas normalmente en las paredes del recipiente”
F
Fluido

23. 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 =
3.1416𝐷2
4
𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 = 3.1416𝑥𝑟2
𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 =
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴
𝐴𝑅𝐸𝐴
𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 1 = 𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 2
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴 1
𝐴𝑅𝐸𝐴 1
=
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴2
𝐴𝑅𝐸𝐴 2
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴 1 =
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴2
𝐴𝑅𝐸𝐴 2
𝑋 𝐴𝑅𝐸𝐴 1 =
1500 𝐾𝑔𝑓𝑥
3.1416 𝑥22
4
3.1416𝑥302
4
=
1500 𝐾𝑔𝑓𝑥 2𝑐𝑚2
30𝑐𝑚2
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴 1 =
1500 𝐾𝑔𝑥 4
900
= 6.6 𝐾𝑔𝑓.
Se desea levantar un vehículo que pesa 1500
kgf. Si se sabe que el embolo de accionamiento
de la fuerza tiene un diámetro de 2 cm, asi
mismo se sabe que el embolo 2 tiene un
diametro de 30 cm.

24. 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 =
3.1416𝐷2
4
𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑚𝑏𝑜𝑙𝑜 = 3.1416𝑥𝑟2
𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 =
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴
𝐴𝑅𝐸𝐴
𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 1 = 𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 2
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴 1
𝐴𝑅𝐸𝐴 1
=
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴2
𝐴𝑅𝐸𝐴 2
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴 1 =
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴2
𝐴𝑅𝐸𝐴 2
𝑋 𝐴𝑅𝐸𝐴 1 =
2000 𝐾𝑔𝑥
3.1416 𝑥42
4
3.1416𝑥242
4
=
2000 𝐾𝑔𝑥 16𝑐𝑚2
24 𝑥24 𝑐𝑚2
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴 1 =
1500 𝐾𝑔𝑥 16
576
= 55.5 𝐾𝑔
Se desea levantar un vehículo que pesa 2000
kg. Si se sabe que el embolo de accionamiento
de la fuerza tiene un diámetro de 4 cm, asi
mismo se sabe que el embolo 2 tiene un
diametro de 24 cm.

25. Los diámetros del émbolo en la figura P1-58E son D1 = 10 cm y D2 = 4 cm. Cuando la
presión en la cámara 2 es 2 000 kPa y la presión en la cámara 3 es 700 kPa, ¿cuál es la
presión en la cámara 1, en kPa?

26. Los diámetros del émbolo que muestra la figura son D1 = 3 pulg y D2 = 1.5 pulg. Determine la
presión, en psi, en la cámara, cuando las demás presiones son P1 = 150 psi y P2 = 250 psia.

29. Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros años de la Revolución Industrial, un mecánico de
origen británico llamado Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de
Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa
hidráulica.
Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuaba sobre un área
pequeña, ésta crearía una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una
superficie mayor, el único límite a la fuerza que puede ejercer una máquina,
es el área a la cual se aplica la presión.
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10.000
kg? Considerar los datos del dibujo.

30. ¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10.000 kgf?
Considerar los datos del dibujo
F2=
𝐹1 𝑋 𝐴2
𝐴1
F2=
10000 𝐾𝑔𝑓𝑋 10
5
F2= 20000 𝐾𝑔𝑓
F2=
𝐹1 𝑋 𝐴2
𝐴1
p2=
𝐹2
𝐴2
1 Pascales = 0.102 kgf/m²
p2= 2000 𝐾𝑔𝑓 /𝑐𝑚2
P1 =
𝐹1
𝐴1
F1=P1 X A1 = 2000 Kgf /cm2 x 5 cm2 = 10000 Kgf.

31. En una prensa el émbolo mayor tiene un diámetro de 40 cm, y el émbolo menor de
2.3 cm. ¿Qué fuerza se necesita ejercer en el émbolo menor para levantar un bloque
de 50,000 N?
Ahora calcular el área de esos émbolos (recordar que se tratan de émbolos circulares):