2. Índice
Primera parte: neumática
¿Qué son los sistemas neumáticos? Algunas aplicaciones
Un poco de historia
Magnitudes e instrumentos
Ventajas y desventajas del aire comprimido
Circuitos neumáticos
Principios físicos
Paralelismos con los circuitos eléctricos
Componentes y simbología
Simulación
Segunda parte: hidráulica
Ventajas y desventajas de la oleohidráulica
Circuitos hidráulicos
Principios físicos
Componentes y diferencias con los circuitos neumáticos
Simulación
4. ¿Qué son los sistemas
neumáticos?
Los sistemas neumáticos son circuitos que utilizan aire
comprimido para transmitir energía.
Los sistemas hidráulicos son similares a los neumáticos,
pero en lugar de aire comprimido emplean fluidos
incompresibles como agua o aceite. En la industria se usa
más el aceite al producir menor corrosión sobre los
conductos y servir de refrigerante.
Ambos se encuentran en todos los ámbitos:
regadío, instalaciones de agua potable,
frenos, suspensiones, apertura de puertas,
etc.
Vamos a conocer cómo se implantan estos
sistemas en la industria.
5. Un poco de historia -
Neumática
A finales del s. XVII el físico francés Denis Papin realiza la
primera transmisión neumática.
En el s. XIX se utiliza como fuente de energía para frenos de
trenes, perforadoras de percusión, ascensores… A finales de
siglo se deja de desarrollar debido a la competencia de otros
tipos de energía (máquinas de vapor, motores y electricidad).
Tras la Segunda Guerra Mundial reaparece a gran escala por
la automatización del trabajo en las industrias.
El uso del aire comprimido se remonta al
Neolítico, cuando aparecieron los fuelles de
mano para avivar el fuego de las fundiciones
o para airear minas de extracción de
minerales.
6. Un poco de historia - Hidráulica
En el s. XV, Leonardo da Vinci empieza el estudio de la
hidráulica. Le siguen Galileo, Pascal, Bernoulli...
En el s. XIX, con el desarrollo de tubos de hierro fundido,
capaces de resistir altas presiones internas, la hidráulica se
extendió rápidamente en la industria hasta nuestros días.
La utilización del agua data de muy
antiguo. Se conocen obras de
regadío en Mesopotamia, 45 siglos
AC.
Los grandes acueductos romanos
empiezan a construirse desde 312
AC, y el agua llegaba a las
viviendas por tubos de plomo.
7. Presión: fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo.
Las unidades que se utilizan para la presión son:
En el Sistema Internacional: el Pascal (Pa)
Pero el Pascal es muy pequeño para las presiones con las que
vamos a trabajar, por lo que emplearemos el bar.
El aire comprimido que se emplea en la industria se comprime hasta
alcanzar una presión de unos 6 bares con respecto a la atmosférica
(presión relativa).
Magnitudes e instrumentos (1)
1 Pa = 1 N/m2
Presión = Fuerza /
Superficie
105
Pa = 1 bar≈ 1
atmósfera
8. Magnitudes e instrumentos (2)
Los manómetros son instrumentos que nos indican el valor de la
presión relativa que estamos utilizando.
Presión absoluta = P. atmosférica + P.
relativa
El
manómetro
mide esto
9. Magnitudes e instrumentos (3)
Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa una sección de la
tubería en la unidad de tiempo.
Las unidades que se utilizan para el caudal son litros/segundo.
Los instrumentos para medir el caudal se llaman caudalímetros.
Las magnitudes que usamos en neumática e hidráulica equivalen a
otras magnitudes eléctricas que hemos usado anteriormente.
Caudal = Volumen /
Tiempo
Magnitudes
eléctricas
Magnitudes neumáticas e
hidráulicas
Intensidad Caudal
Tensión (voltaje) Presión
10. Ventajas del aire comprimido
La materia prima, el aire, es abundante y gratuita.
Se puede transportar fácilmente mediante tuberías.
Se puede almacenar en depósitos.
Es seguro, no existe peligro de explosión ni incendio.
Es limpio (importante para industrias químicas,
alimentarias, etc.).
No le afectan las temperaturas extremas.
No hay riesgo de sobrecarga.
La velocidad de trabajo es alta y se puede regular.
11. Desventajas del aire
comprimido
Debe ser preparado antes de usarlo, eliminando la
humedad y las impurezas que pueda contener.
Debido a que el aire se comprime, no permite velocidades
de los elementos de trabajo regulares y constantes.
Los esfuerzos de trabajo son limitados (hasta 30.000 N).
Es ruidoso debido a los escapes de aire.
Es costoso, porque aunque el aire es gratuito hace falta
gastar energía para comprimirlo.
13. Principios físicos
El aire, para presiones inferiores a 12 bares se comporta siguiendo
la ley de los gases perfectos:
P* V = m * R * T
Si mantenemos constante la temperatura tenemos:
Si mantenemos constante la presión tenemos:
Si mantenemos constante el volumen tenemos:
P= presión (N/m2
)
V = vol. Específico
(m3
/kg)
m= masa (kg)
R= cte. del aire
(286,9 J/kg *
K)
T = temperatura
(K)
Modificando la presión, la temperatura cambia y
viceversa
P/T = cte.
Modificando la presión, el volumen cambia y
viceversa
P* V = cte.
Modificando el volumen, la temperatura cambia y
viceversa
V /T = cte.
14. Paralelismo con circuitos
eléctricos
Para comprender cómo funcionan los circuitos neumáticos vamos a
compararles con los eléctricos.
Circuitos
eléctricos
Circuitos neumáticos o
hidráulicos
Pila Compresor o bomba
Cables Tuberías
Interruptores Válvulas de control
Actuadores Cilindros neumáticos o
hidráulicos
v=0
2
1
16. Componentes – El compresor
El compresor es una máquina que comprime el aire atmosférico
hasta que alcanza la presión de funcionamiento de la instalación.
El aire del compresor se almacena en un depósito para su posterior
utilización, llamado acumulador.
La unidad de mantenimiento prepara el aire para que dañe lo menos
posible las tuberías y los actuadores.
Filtro
Regulador de presión
Lubricador
Manómetro
Símbolo
Símbolo
Símbolo
17. Componentes – El compresor
Algunos tipos de compresores:
Compresores de émbolo: los más
utilizados. Funcionan como el motor de
un automóvil, produciendo el movimiento
alternativo de un pistón.
Compresores rotativos: El giro de un
rotor aspira el aire y lo comprime,
aumentando su presión. Son más
silenciosos que los anteriores y
proporcionan un flujo de aire más
uniforme.
Símbolo del
compresor
18. Componentes – Tuberías
Las tuberías son los conductos a través
de los que se canaliza el aire para que
llegue a todos los elementos. Pueden
ser:
Rígidas, de cobre o acero
Flexibles, de goma reforzada con malla
metálica
v=0
2
1
19. Componentes - Actuadores
Los actuadores neumáticos, como cilindros y motores,
transforman la presión del aire en trabajo mecánico o
movimiento.
Los cilindros se emplean cuando se desea un movimiento
rectilíneo alternativo, para desplazar objetos o mover brazos
de robots.
Cilindro de simple efecto
Cilindro de doble efecto
20. Componentes - Actuadores
Cilindro de simple efecto:
Es un tubo cilíndrico cerrado dentro del cual hay un émbolo unido a un
vástago. En un extremo hay un orificio de entrada/salida de aire y en el
otro, un muelle que facilita el retorno del vástago.
Este tipo de cilindro trabaja en un solo sentido: cuando el aire a presión
entra impulsa al vástago comprimiendo el muelle. El retroceso y
desalojo del aire se produce por la fuerza del muelle, que devuelve al
sistema a su posición inicial.
Símbolo del cilindro
de simple efecto
21. Componentes - Actuadores
Cilindro de doble efecto:
Es muy similar al cilindro de simple efecto, pero sin el muelle. El retorno
se hace introduciendo aire a presión por otra entrada.
Este tipo de cilindro trabaja en los dos sentidos: cuando el aire entra en
él a presión por uno de los orificios desaloja el aire del otro
compartimento.
Símbolo del cilindro
de doble efecto
22. Componentes - Actuadores
2
1 3
Accionamiento de un
cilindro de simple efecto
Accionamiento de un
cilindro de doble efecto
4 2
1 3
23. Componentes - Actuadores
Los actuadores rotativos, como el
motorde paletas se utilizan para
hacer girar objetos o máquinas
herramientas, el motor de una
taladradora, atornillar, etc.
También se utilizan los cilindros
basculantes para producir
movimientos circulares alternativos.
Símbolo del cilindro
basculante
Motorneumático de
1 y 2 sentidos de
giro
24. Componentes - Válvulas
Las válvulas son elementos de mando y control que permiten
y controlan el paso del aire en una dirección u otra.
Son el equivalente neumático de los interruptores
eléctricos.
Se clasifican en:
Válvulas distribuidoras
Válvulas de control de caudal
v=0
2
1
Válvula de 2/n vías
25. Componentes - Válvulas
Una válvula es una especie de caja con unos orificios que sirven de
entrada y salida del aire comprimido. La válvula tiene en su interior
un elemento móvil, cuya posición determina la dirección que
tomará el aire.
Los parámetros que definen una válvula son:
Número de vías: Las entradas y salidas que tiene la válvula.
Número de posiciones: El número de estados posibles de la válvula.
Sistemas de accionamiento y retorno (pilotaje): Son mecanismos
para accionar y retornar la válvula. Los más utilizados son el pulsador,
el enclavamiento, los sistemas de retorno por muelle y el neumático.
Las válvulas se identifican por el número de vías y el de posiciones.
Así, una válvula 2/2 tiene 2 vías y 2 posiciones, una válvula 3/2
tiene 3 vías y 2 posiciones. Ejemplo: válvula 2/2
NC (normalmente
cerrada)
2
1
26. Componentes - Válvulas
Tipos de sistemas de accionamiento y retorno: Los más utilizados son
el pulsador, el enclavamiento, los sistemas de retorno por muelle y el
neumático.
Ejemplo: válvula 3/2
2
1 3
Ejemplo: válvula 4/3
4 2
1 3
Válvula 3/2 con
accionamiento
manual y retorno
manual
2
1 3
27. Ejercicio
Designa las siguientes válvulas:
2
1 3
4 2
1 3
Solución 1: Válvula 3/2 de accionamiento manual y
retorno por muelle.
Solución 2: Válvula 4/3 de accionamiento manual y
retorno por pulsador con enclavamiento.
Solución 3: Válvula 5/2 de accionamiento por pedal
y retorno por muelle.
4 2
5
1
3
1
31. Componentes - Válvulas
Válvula antirretorno:
Permite el paso del aire libremente cuando circula desde el terminal 2 al
1, y lo impide en sentido contrario.
2 1
Símbolo de la
válvula antirretorno
32. Componentes - Válvulas
Válvula reguladora de flujo unidireccional:
Regula el caudal de aire comprimido que pasa en un sentido de
circulación, mientras que en el otro sentido lo deja fluir libremente.
Válvula reguladora
unidireccional
2
1 3
2
1 3
50%
33. Componentes - Válvulas
Válvula lógica “AND”:
Este tipo de válvula dispone de dos entradas y una salida. El aire podrá
circular hacia la salida sólo si las dos entradas reciben simultáneamente
aire a presión. Por ello también es conocida como válvula de
simultaneidad.
2
1 3
2
1 3
1 1
2
Símbolo de la
válvula AND
1 1
2
34. Componentes - Válvulas
Válvula lógica “OR”:
Dispone de dos entradas y una salida. El aire podrá circular hacia la
salida si al menos una de las entradas recibe alimentación de presión.
También se conoce como válvula selectora.
2
1 3
2
1 3
1 1
2
Símbolo de la
válvula OR
1 1
2
37. Ejercicio
Copia en tu cuaderno los siguientes circuitos, nombra cada uno
de sus elementos, explica su funcionamiento y búscales una
aplicación práctica.
2
1 3
2
1 350%2
1 3
2
1 3
1 1
2
39. Ventajas de la oleohidráulica
Permite trabajar con fuerzas más grandes que la
neumática.
El aceite empleado en el circuito se recupera fácilmente.
La velocidad de actuación es fácilmente controlable.
Las instalaciones son compactas.
Protección simple contra sobrecargas.
Pueden realizarse cambios rápidos de sentido.
40. Desventajas de la
oleohidráulica
El fluido es más caro.
El fluido es muy sensible a la contaminación.
Se producen pérdidas de carga por rozamiento.
Es necesario personal especializado para su
mantenimiento.
42. F1/S1 = P = F2/S2
Es decir: si sobre el pistón de
poca superficie aplicamos una
fuerza pequeña, ésta se
transmite al pistón de superficie
grande, amplificada.
Pero aunque la fuerza se
amplifique, no sucede lo mismo
con la energía, que se conserva.
Principios físicos
Principio de Pascal: Cuando se aplica presión a un fluido
incompresible encerrado en un recipiente, esta presión se
transmite instantáneamente y por igual a todo el fluido.
43. Principios físicos
Principio de Bernoulli o Ley de Continuidad: El caudal de un fluido
incompresible se mantiene constante en los circuitos hidráulicos en
serie.
Por otro lado cuando la velocidad del fluido aumenta, disminuye la
presión (efecto Venturi).
Q1 = Q2 = cte.
A1 * v1 = A2 * v2
Como A1 > A2,
entonces v2 > v1
Q= caudal
A = sección del tubo
v = velocidad del
fluido
v2 > v1
P2 < P1
44. Simbología – Comparación con
neumática
Bombas, compresores y motores
Símbolo Descripción
Compresor para aire comprimido
Bomba hidráulica de flujo unidireccional
Depósito neumático
Depósito hidráulico
Motor neumático 1 sentido de giro
Motor neumático 2 sentidos de giro
Cilindro basculante 2 sentidos de giro
Motor hidráulico 1 sentido de giro
Motor hidráulico 2 sentidos de giro
