Apuntes neumatica mal

CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS
1.- PRODUCCIÓN, DISTRIBUCIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE
El componente principal de producción de aire es, sin lugar a dudas, el compresor. Este elemento
se encarga de captar el aire atmosférico de su entorno, elevar la presión del mismo y, después, alimentar
el depósito y la canalización principal. Existen compresores de distintos tipos, que veremos mas adelante.
El aire, tal y como sale del compresor, es prácticamente inutilizable ya que lleva en suspensión
impurezas atmosféricas, agua y restos de aceite, además de obtenerse a alta temperatura debido al proceso
de compresión. Ello significa que en el grupo de producción deben estar presentes también otros
componentes auxiliares que hagan, con su presencia, que el aire pueda ser utilizado sin problemas en los
diferentes consumidores.
Antes de ser conducido a las canalizaciones finales, el aire comprimido es almacenado en
depósitos y acumuladores que, además de asegurar un cierto abastecimiento, eliminan las fluctuaciones de
presión que se producen, tanto en los compresores, como en las maquinas de concepción neumática.
Aunque las tendencias modernas se inclinan hacia la posibilidad de utilizar aire no lubricado en
los circuitos, todavía predomina y, posiblemente durante cierto tiempo, el aire con un tratamiento final en
la entrada de los circuitos, como filtrado de impurezas, decantado del agua en suspensión y lubricado
mediante partículas de aceite finamente dispersas en el seno del mismo.
COMPRESORES O GENERADORES DE AIRE COMPRIMIDO
Son, como se ha dicho, los componentes principales de toda la cadena de producción de aire
comprimido. Normalmente, y a nivel industrial, se montan en un recinto especialmente acondicionado,
aunque existen también equipos generadores portátiles de tamaño reducido o mediano que se transportan
al lugar del consumo. El caso que aquí interesa más es el de instalación fija, que es el que predomina en la
mayor parte de las fabricas. Generalmente unos y otros son alimentados por motores eléctricos, aunque
pueden ser alimentados también por motores térmicos, sobre todo los portátiles.
Podemos clasificar a los compresores en dos grupos:
· Compresores alternativos
· Compresores rotativos
COMPRESOR ALTERNATIVO DE EMBOLO
El compresor de émbolo es, como se ha indicado, el de más difusión en el mercado debido sobre
todo a que existen de todos los tamaños posibles y capaces de proporcionar desde los más pequeños
caudales, hasta caudales superiores a los 500 m3/min. En cuanto a presiones, se consiguen hasta los 4 bar
en los de más baja presión y etapa de comprensión, y hasta 15 bar en los de dos etapas. Existen también
de tres o más etapas de compresión que proporcionan presiones superiores, pero para aplicaciones
especiales sin interés en la materia que nos ocupa.
Los más usados industrialmente son los de una o dos etapas, pudiendo estar dotados o no de
refrigeración forzada alrededor de la camisa y en la salida de presión. El refrigerante suele ser agua o
aceite que se hace circular mediante una bomba de cualquier tipo. Los que no van dotados de circulación
forzada de refrigerante, se proyectan con delgadas aletas en el cuerpo de la cámara de compresión con
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objeto de aumentar la superficie de radiación de calor hacia el exterior. En los de mayor tamaño se instala
un ventilador que ayuda a dichas aletas a obtener una evacuación mas enérgica del calor desarrollado.
El funcionamiento es similar al de los motores de combustión interna, pero sin ningún tipo de
explosión. En la figura se muestra un compresor de pistón de una etapa. En un eje giratorio solidario al
motor, va calada la excéntrica o manivela (8) que acciona a la biela (7) produciendo un movimiento
alternativo en el pistón (6). Cuando el pistón desciende, aspira el aire de la atm6sfera a través del
conducto (1) y de la válvula de aspiración (2). Mientras tanto, la válvula de escape (3) se encuentra
cerrada. Al llegar el pistón al límite de su carrera inferior, la válvula (2) se cierra y, con ambas válvulas
cerradas, el embolo inicia la comprensión del aire del interior de la cámara (5). Cuando dicho aire se
comprime hasta el máximo, la válvula (3) se abre y el aire a presión es expulsado a la red a través del
conducto (4).
El funcionamiento del compresor de dos etapas es similar, pero con dos unidades de
comprensión parecidas, y con el segundo pistón de menor diámetro. En la primera fase el aire se
comprime de 4 a 6 bar aproximadamente y en la segunda entre 10 y 15 bar. Ambas unidades son
accionadas, por un eje como puede apreciarse.
COMPRESORES ROTATIVOS
En estos generadores, la presión del aire se consigue por el giro de un rotor o de otro elemento
que de diversas formas consigue aspirar el aire del exterior, comprimirlo y después enviarlo al depósito o
acumulador de la línea general. Con respecto a los alternativos, ofrecen la importante ventaja de que son
menor ruidosos y, por tanto, lentamente van introduciéndose en el mercado y ganando terreno a los de
émbolo.
Dejando aparte los ejemplares más singulares de estos generadores, destacaremos aquí los más
conocidos tradicionalmente, como el rotativo de paletas o multicelular, los turbocompresores, y los de
más reciente incorporación en el mercado, como los de tornillo y los de uña.
Los compresores de paletas proporcionan presiones de hasta unos 4 bar para los de una etapa, y
unos 8 bar para los de dos etapas. En la figura 3.4. se muestra un compresor de este tipo de una etapa
solamente. Constan esencialmente de un rotor excéntrico (2) que gira en el interior del cuerpo (4) provisto
de la toma del aire (5) y de la tobera de salida (1). Sobre dicho rotor se aloja una serie de paletas radiales
deslizantes (3), que por la acción de la fuerza centrifuga, o de resortes, presionan continuamente a las
paredes del alojamiento ocasionando así la debida estanqueidad. Como puede apreciarse, se crea una serie
de células de aire entre cada dos paletas, consecutivas, cuyo volumen se va reduciendo comprimiéndose
así el aire hasta la salida por la conducción correspondiente.
La característica más importante de este compresor frente a los de embolo es lo poco ruidoso que
resulta y la uniformidad del caudal suministrado.
En la figura se muestra de forma esquemática un compresor de tornillo, donde el aire es
aspirado de la atmósfera por el conducto (1). Al girar los dos tornillos helicoidales (2)y (3) de perfiles de
diente cóncavo y convexo, comprimen el aire y lo impulsan ha la salida (4).
ELEMENTOS
AUXILIARES DEL COMPRESOR
El grado de pureza del aire
comprimido puede ser decisivo para el
correcto funcionamiento de los
dispositivos neumáticos. Los delicados
componentes que se utilizan, ya sean
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válvulas, cilindros, reguladores, etc, hacen que su duración y buen funcionamiento cotidiano, dependan
de la calidad de dicho fluido. Para obtener un cierto grado de calidad, es preciso dotar al compresor de
una serie de elementos que filtren al aire de impurezas, lo enfríen y después liberen de alguna forma el
agua que contiene.
En la figura se muestra lo que podría ser un equipo convencional instalado con el mismo
compresor. Como puede apreciarse, el aire atmosférico es aspirado a través del filtro, el cual se encarga
de retener las impurezas que posee el aire en su seno. Los mecanismos del compresor deben ser
engrasados con aceite, que crea los inconvenientes antes mencionados. Lo primero que se hace es separar
dicho aceite residual del aire, en los denominados separadores, y restituirlo al circuito de lubricación.
Según la capacidad del compresor, el aceite de lubricación es bombeado a través de un circuito donde es
filtrado y después enfriado en los radiadores correspondientes, por aire o por intercambiadores de calor.
El aire desprovisto ya de la mayor parte de aceite residual, es pasado por un radiador donde, también por
aire o por intercambiadores de calor, es enfriado hasta que finalmente un decantador de humedad se
encarga de separar el agua que posee.
Pero el proceso de purificación del aire no termina ahí, sino que lo largo de la
instalación, y hasta el propio punto de consumo, todavía continua.
Finalmente y en la entrada del fluido hacia la maquina, se monta todavía un grupo de tamaño
reducido que purifica el aire definitivamente, filtrándolo nuevamente y eliminando la humedad que
todavía contiene, además de lubricarlo deliberadamente con aceite especialmente preparado para este fin.
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2.- ACTUADORES NEUMÁTICOS
CILINDROS NEUMATICOS
Son los componentes neumáticos que mediante el uso del aire comprimido, generan un
movimiento rectilíneo de avance o retroceso.
Generalmente se dividen en cilindros de simple efecto y cilindros de doble efecto.
Cilindro de simple efecto
Reciben el aire a presión por una de las cámaras, que
suele ser la que produce trabajo, desplazando el vástago. El
retroceso se produce de forma mecánica, bien por la acción de
la gravedad sobre masas solidarias al vástago bien por la
acción de un resorte.
Cilindro de doble efecto
Pede recibir el aire por las dos cámaras, lo que le
permite realizar trabajo en la carrera de avance y en la de
retroceso del vástago. Son los mas utilizados.
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CILINDROS DE DOBLE VÁSTAGO
Este tipo de cilindros tiene un vástago corrido hacia ambos lados. La guía del vástago es mejor,
porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanece constante.
AMORTIGUACIÓN
En los accionamientos neumáticos que son ejecutados a velocidades importantes y la masa
trasladada es representativa, se producen impactos del émbolo contra la camisa que liberan gran cantidad
de energía que tiende a dañar el cilindro. En estos casos, es evidente que la regulación de velocidad
alargaría la vida del componente pero al mismo tiempo restaría eficacia al sistema. Como solución, se
presentan los actuadores con amortiguación interna. Estos disponen e unos casquillos de amortiguación
concebidos para ser alojados en las propias culatas del cilindro
ACTUADORES DE GIRO
Los actuadores rotativos son los encargados de transformar la energía neumática en energía
mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los
dos grandes grupos a analizar:
Actuadores de giro limitado, que son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no
llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón –
cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un
valor máximo de unos 300º (aproximadamente).
Motores neumáticos, que son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se
caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.
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A continuación se explican detalladamente los 3 principales actuadores de giro que podemos
encontrar en el mercado, los cuales representan a motores y actuadores de giro limitado.
ACTUADOR DE PALETAS
Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se
encuentra una paleta que delimita las dos cámaras. Solidario a
esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior.
Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este
caso en forma de movimiento angular limitado. Tal y como
podemos apreciar en la figura, el funcionamiento es similar al
de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire
comprimido a una de sus cámaras, la paleta tiende a girar sobre
el eje, siempre y cuando exista diferencia de presión con
respecto a la cámara contraria (generalmente comunicada con
la atmósfera). Si la posición es inversa, se consigue un
movimiento de giro en sentido contrario.
ACTUADOR PIÑÓN - CREMALLERA
En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el
vástago es una cremallera que acciona un piñón y transforma el
movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia la
izquierda o hacia la derecha, según el sentido del émbolo. Los
ángulos de giro corrientes pueden ser de 45º, 90º, 180º, 290º
hasta 720º.
Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de
ajuste que ajusta la carrera del vástago.
MOTORES DE PALETAS
Como ya hemos comentado anteriormente, los motores
neumáticos son los encargados de la transformación de la energía
neumática en energía mecánica (movimiento rotatorio constante).
Dentro de la variada gama de motores neumáticos, los más
representativos son los del tipo “de paletas”, también conocidos como
“de aletas”. Debido a su construcción sencilla y peso reducido, su
aplicación se ha extendido bastante en los últimos años.
Su constitución interna es similar a la de los compresores de
paletas, es decir, un rotor ranurado, en el cual se alojan una serie de
paletas, que gira excéntricamente en el interior del estator. En estas
ranuras se deslizan hacia el exterior las paletas o aletas por acción de
la fuerza centrífuga cuando se aplica una corriente de aire a presión.
En estos
actuadores no tiene sentido la clasificación de simple o
doble efecto, si bien, dependiendo de la construcción de
estas paletas el motor podrá girar en uno o dos sentidos. Los
motores de paletas son fabricados para potencias entre 0,1 y
20 CV. El número de revoluciones en vacío oscila entre
1000 y 5000 r.p.m., siendo frecuentemente utilizados en
herramientas portátiles neumáticas (como taladradoras,
esmeriladoras, etc.).
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3.- VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS Y DE MANDO
Las válvulas son elementos concebidos para controlar el arranque, parada, dirección y sentido
del flujo de aire en un circuito neumático. Cumplen la función de válvulas distribuidoras cuando se
utilizan para gobernar todo tipo de actuadores, bien sean lineales como los cilindros, rotativos como los
motores neumáticos, o pinzas. Como válvulas de mando o pilotaje, se emplean en general para gobernar
de forma directa o indirecta, las válvulas distribuidoras anteriores. Estas válvulas de mando o pilotaje, se
montan en los circuitos en paneles de mando, para ser manipuladas voluntariamente por el operador de la
máquina, o bien se montan cerca de los actuadores, para ser pulsadas mecánicamente por dichos
elementos. Unas y otras válvulas funcionan bajo el mismo principio y con la misma representación
simbólica. Solo se diferencian en los circuitos, por la función que cada una de ellas cumple y también, a
veces, por el tipo de mando.
Aunque existen dos tipos de válvulas según la forma constructiva, válvulas de corredera y de
asiento, esto no importa al confeccionar el circuito neumático donde solo interesa la labor que dichas
válvulas desempeñan. El símbolo para representarlas solo indica su función de una forma muy simple, sin
importar para nada la forma interior característica de cada modelo o cada fabricante en cuestión.
Las válvulas distribuidoras y de mando pueden ser de dos o tres posiciones, y de dos o más vías.
Se designan mediante dos números que indican las vías y las posiciones válvula 3/2 quiere decir que tiene
3 orificios o vías y 2 posiciones Las posiciones se representan por un cuadrado así, dos cuadrados
pegados el uno al otro representan una válvula de 2 posiciones, y tres cuadrados representan una válvula
de 3 posiciones. En neumática, el caso mas frecuente es el de las válvulas distribuidoras y de mando de 2
posiciones.
Las vías de una válvula se representan por las entradas o salidas que están unidas a uno de los
cuadrados. Estas vías son orificios, roscados o no, que comunican con el exterior. Se excluyen aquí los
orificios empleados para el pilotaje, si es que la válvula lleva incorporado este tipo de mando.
En la figura 6.2. (a) se representa una valvula de 2 posiciones y 4 orificios o conexiones con el
exterior. En (b) se representa una conexión general; en (c) conexión con toma de presión; en (d) un escape
con tubo conectable a la atmósfera, y en (e) el mismo escape pero directo a la atmósfera o al exterior.
Todas estas vías o conexiones con el exterior se representan en el cuadro que representa la posición de
reposo o inactiva del circuito. A veces, a las conexiones u orificios se les denominan también vías. Dentro
de cada cuadrado se representan las líneas de flujo del aire con el sentido de circulación, los cierres de
paso y la unión de algunos conductos. Así, en la figura 6.3 se muestran diferentes formas de sentido del
flujo (a), cierre de paso (b) y unión de los conductos en un punto (c). En (e) se indica le válvula clásica
3/2 de 2 posiciones y 3 orificios o vías, donde puede apreciarse toma presión, el sentido del flujo y el
escape a la atmósfera. En (e) se muestra el símbolo de una válvula 4/3 de 3 posiciones y 4 vías, con
posición central cerrada en los 4 orificios.
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1 posición 2 posiciones 3 posiciones

En el siguiente cuadro se tienen algunos ejemplos de válvulas distribuidoras, indica el tipo de
válvula.
La localización de cada uno de los orificios del distribuidor se realiza según un código que
utiliza números o letras, según se indica a continuación.
TIPOS DE VÁLVULAS SEGÚN SU ACCIONAMIENTO
La primera clasificación que podemos realizar es dependiendo de si el mando es directo o a
distancia. En el directo el órgano de mando está en la propia válvula, en el de a distancia, el órgano de
mando está separado de la válvula, como sucede en los mandos neumáticos y eléctricos.
La clasificación más importante se establece según la fuente de energía que activa los
componentes de mando. Los mandos pueden ser:
· Manuales
· Mecánicos
· Neumáticos
· Eléctricos
VÁLVULAS DE ACCIONAMIENTO MANUAL
Las válvulas de accionamiento manual son aquellas que para su funcionamiento requieren la
acción voluntaria del operador.
Normalmente estas válvulas de accionamiento manual se instalan en pupitres de mandos, donde
se centralizan varias de ellas, o bien se sitúan en lugares aparte donde puedan manipularse con facilidad
por el operador de la máquina. Atendiendo a los modelos más usuales se pueden clasificar en válvulas de
pulsador, de llave. de palanca y otras.
Los principales accionamientos manuales son:
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Representa las siguientes válvulas distribuidoras:
Válvula 3/2 Normalmente cerrada, accionamiento
por pulsador y retorno por muelle
Válvula 3/2 Normalmente abierta, accionamiento
por pedal y retorno por muelle
Válvula 5/3 de accionamiento por palanca y punto
intermedio con vías cerradas
Válvula 3/2 Normalmente abierta, accionamiento
por palanca y retorno por muelle
VÁLVULAS DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO
Las válvulas de accionamiento mecánico son activadas por un mecanismo en movimiento o por
el vástago del propio cilindro. Al igual que las de accionamiento manual, la mayoría son de pequeño
tamaño y se emplean como válvulas detectoras de posición. Al igual que en las anteriores, existen
también de mayor tamaño que gobiernan directamente los cilindros, pero usadas con menor frecuencia.
En general se usan las de pequeño tamaño para gobernar distribuidores de cilindros de mando neumático.
En la figura se muestran tres de las formas mas usadas en el mando de estas válvulas. En (a) se
muestra una válvula de pulsador de ataque frontal. Para que se produzca la conmutación en la válvula es
preciso un pequeño recorrido; después de éste existe una carrera de seguridad que, bajo ningún concepto
debe ser sobrepasada por el mecanismo de accionamiento. Es, por tanto, preciso un tope mecánico
exterior que limite la carrera del mecanismo.
El problema anterior de posible arrastre de la válvula por el mecanismo si uno u otro no están
perfectamente ajustados, queda resuelto con el uso de válvulas de ruleta como las mostradas en (b) y (c).
Ambos mandos se accionan por topes con rampa inclinada, como el mostrado en (d). Entre ambas existe
una diferencia importante a pesar de ser accionadas de la misma forma. La válvula mostrada en (b)
permite el accionamiento en los dos sentidos de marcha, tal y como indican las flechas. En cualquiera de
los dos sentidos que pase la rampa inclinada del tope, la válvula es accionada de la misma manera.
La válvula (c) solo permite el accionamiento en un solo sentido, en este caso en el que indica la
flecha. En el otro no actúa neumáticamente, aunque mecánicamente sea pulsada también. Es debido al
brazo articulado de la ruleta que queda escamoteado descendiendo la roldana, pero no el vástago de
actuación. Por esta razón se denominan válvulas de ruleta abatible o escamoteable.
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VÁLVULAS DE PILOTAJE NEUMATICO
El pilotaje neumático consiste en accionar una válvula a distancia aprovechando la fuerza que
produce el aire a presión. Esta fuerza se utiliza para desplazar el núcleo de la válvula y producir la
conmutación de las vías.
Permiten realizar acciones de forma autónoma sin la manipulación manual en combinaciones
con las descritas en el punto anterior.
ELECTROVÁLVULAS
El mando electromagnético de una válvula se utiliza cuando la señal procede de un final de
carrera eléctrico, de un presostato o de un dispositivo eléctrico. A través de este tipo de mando la señal
eléctrica es transformada en una señal neumática destinada a accionar el mecanismo de cierre o apertura
de las distintas vías de las válvulas.
Las de mando directo, son válvulas de pequeño
formato. Son elementos que constan esencialmente de un
cuerpo de válvula (3), de la bobina electromagnética (1) y
del núcleo móvil (4), provisto de los asientos de cierre.
Aunque la presentada en la figura es de accionamiento
electromagnético por un lado y retorno por muelle,
existen también con dos bobinas, una para cada posición.
La alimentación de dichas bobinas, tanto para las
directas, como para las servopilotadas, puede hacerse con
corriente alterna o con corriente continua.
Para las de altena, las tensiones disponibles son de 24, 48, 110,
220, y 240V. En corriente continua existe una gama mas restringida, limitada a 24, 48, y 110v.
Como puede apreciarse en la figura, al cerrar el contacto eléctrico (2) de alimentación de la
bobina (1), se crea un campo magnético con una fuerza axial suficiente como para vencer la acción del
resorte y atraer al núcleo (4). Se abre así el paso de (P) hacia (A) y se cierra a la vez la salida (R). Al dejar
de alimentar la bobina, el resorte hace volver el núcleo a su
posici6n de reposo y se cierra el paso de (P) a (A),
comunicando este último orificio con la salida a la atmósfera
de (R).
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También existen válvulas servopilotadas, en las que en una sola unidad existen dos válvulas
diferentes, una para el mando o pilotaje, y la otra para distribuir el fluido.
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Ejercicios
Realiza los circuitos con el funcionamiento indicado.
Un cilindro de simple efecto sale cuando se pulsa un pulsador y retorna al dejar de pulsar.
Un cilindro de simple efecto sale sale si no pulsamos nada y retorna al pulsar un pedal.
Un cilindro de doble efecto sale o entra en función de una palanca.
Un cilindro de doble efecto sale al pulsar un pulsador y retorna cuando alcanza un rodillo.
Un cilindro de doble efecto tiene un movimiento alternativo de entrada salida controlado por
dos válvulas de rodillo.
Un cilindro de simple efecto sale al pulsar un pulsador eléctrico.
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4.- REGULACIÓN, CONTROL Y BLOQUEO
En los temas precedentes se han estudiado componentes neumáticos que son fundamentales en
esta materia, como cilindros y otros tipos de actuadores, y también las válvulas capaces de controlar el
movimiento de los vástagos o ejes de salida de dichos componentes. Son los primeros elementos que se
tienen en cuenta al diseñar circuitos y, a veces, son suficientes como para hacer funcionar circuitos muy
elementales. Los dispositivos que aquí van a estudiarse están considerados como complementarios, pero
se apreciará más adelante que, a medida que el circuito se va haciendo más complejo, se hacen
imprescindibles también.
Sin ellos no es posible un control del caudal del fluido ni de la presión del mismo; no podría
impedirse el paso de aire en un sentido, ni acelerar tampoco la salida de aire al exterior en un cilindro
neumático.
VÁLVULA ANTIRRETORNO
Las válvulas antirretomo son elementos neumáticos que permiten la circulación libre del flujo en
un sentido, pero bloquean el paso en sentido contrario.
Pueden ser de asiento de bola, o de asiento cónico, así como llevar incorporado o no, un resorte
antagonista. Si son de resorte, el fluido tendrá que vencer una cierta resistencia capaz de abrir el paso en
el sentido libre. El funcionamiento, como
puede apreciarse, es muy sencillo. En el
sentido de la flecha circulará el aire
líbremente cuanto haya vencido la
mencionada resistencia, mientras que el
sentido contrario no será nunca posible. A
medida que aumenta la presión en el
sentido del bloqueó, el cierre está más
garantizado ya que se comprime más el
asiento.
VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL
El caudal o cantidad de fluido que pasa por una conducción es fácilmente regulable, simplemente
estrangulando el paso, o lo que es lo mismo, disminuyendo la sección del conducto. Este caudal puede ser
regulado en ambos sentidos, o bien, en uno de ellos solamente. En este último caso la válvula lleva
incorporada una antirretorno en el propio cuerpo, que produce el paso libre en un sentido actuando en
paralelo con la estrangulación.
En la figura primera se muestra una válvula reguladora de caudal bidireccional, llamada también
válvula estranguladora. El caudal es regulado a voluntad desde cero hasta el máximo permitido,
simplemente girando el mando (a). Como puede apreciarse el flujo es regulado por igual en los dos
sentidos de circulación.
En la segunda figura se representa una válvula reguladora de caudal unidireccional. Son las más
utilizadas para el control de la velocidad de los actuadores, debido a que en un sentido regulan el caudal
del flujo y en el otro no. El mando (a) permite este control cuando el aire circula desde la entrada (2),
hacia la salida (1). La antirretorno impide el paso por esta vía paralela. Cuando el fluido circula desde (1)
a (2) lo hace libremente a través de la vía de la antirretorno. Para ello tiene que vencer la pequeña
resistencia que ofrece el resorte incorporado.
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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN
Las válvulas reguladoras de presión se encargan en un circuito de controlar la presión del fluido,
desde un valor cero hasta el máximo que proporcione la red de distribución.
La regulación de la presión se logra
comprimiendo más o menos el resorte (2) para ello se
emplea el tomillo roscado (1) manipulado desde el
exterior. Para vencer la acción del muelle es preciso
ejercer una fuerza sobre (3) y hacia arriba, que será
proporcional a la presión de (P). Cuando se ha
alcanzado cierta presión, el asiento (3) abre y el fluido
circula hacia la salida (A).
VÁLVULA DE SECUENCIA
El funcionamiento de la válvula de secuencia es similar al de una válvula reguladora de presión,
aunque la de secuencia es algo más compleja, como podrá apreciarse. El aire en las de secuencia no
escapa al exterior sino que se aprovecha para realizar una determinada función.
En la figura puede verse la constitución interna de una de estas válvulas. Cuando la presión en
(x) alcanza un determinado valor, fijado voluntariamente, la presión de (P) comunica con la salida (A). En
reposo, el orificio (A) comunica con el de la presión atmosférica (R).
Atendiendo a su configuración interior, puede apreciarse que la válvula
está formada por un bloque principal (1), donde se alojan el pistón (4), el
pequeño vástago (5), la bola de cierre (6) y los correspondientes resortes de
recuperación. En la posición indicada, o lo que es lo mismo, sin presión de aire
en (x), la entrada de presión por (P) se halla obstruida por la bola (6) y
comunica (A) con (R). Al existir presión en (x), la presión de la cámara (2)
actúa sobre la membrana elástica (3) y la deforma haciendo descender al pistón
(4) y al vástago (5). Este último acciona a la bola (6) comunicando (P) con la
salida (A). A su vez la salida (R) queda obstruida.
VÁLVULA SELECTORA DE CIRCUITO (FUNCIÓN OR)
Las válvulas selectoras de circuito son elementos empleados cuando es preciso una señal de
presión de salida obtenida desde dos puntos de entrada diferentes.
La función que cumplen estas válvulas es similar a la que cumplen
dos interruptores eléctricos ubicados en lugares distintos, para
encender una determinada lámpara. Estas válvulas no cumplen la
función de esos interruptores, pero sí hacen posible esta tarea como
elemento intermedio. En la figura se muestra un selector de circuito
con asiento de bola; si el aire entra por (P) del orificio de la derecha,
comprime la bola contra su asiento del otro lado y sale libremente
por (A). Si ahora entra por (P) del orificio de la izquierda, la presión
desplaza la bola hasta el asiento de la derecha, lo cierra, y sale
también por (A). Cualquiera de las dos señales de entrada produce
la señal de salida hacia un elemento consumidor cualquiera.
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VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD (FUNCIÓN AND)
En la figura 7.10 se muestra una válvula de simultaneidad
de asiento plano. Generalmente se utilizan como elementos de
seguridad, en mandos en los cuales es preciso ocupar las manos del
operador cuando se acciona una máquina o mecanismo que
represente peligro para él, como ocurre en algunas prensas. Pero
también se emplea para otros usos dentro de los circuitos. La señal
de salida en (A) sólo es posible si están presentes a la vez, las dos
señales de entrada en (P). Si sólo hace acto de presencia una de las
señales de entrada, la salida queda bloqueada al presionar el pistón
sobre el asiento plano correspondiente. Las presiones de entrada
pueden ser idénticas; o bien de valores diferentes. Si ambas
presiones (P) son del mismo valor, la corredera qua equilibrada y la
señal de entrada de ambas se transmite a la salida (A). Si una de las presiones es mayor, se producirá un
desplazamiento de la corredera y dicha señal quedará bloqueada por el cierre que se produce en el asiento
correspondiente.
VÁLVULA DE ESCAPE RÁPIDO
En ciertas aplicaciones de la neumática es preciso que los vástagos de los cilindros alcancen la
máxima velocidad posible. En estos casos los componentes neumáticos por los que circula el aire, como
válvulas distribuidoras, racores, tubos y otros, deben proyectarse con generosidad en lo que se refiere a la
sección del paso del fluido. Con ello el aire circula con mayor rapidez al tener que vencer menos
resistencias. El problema se presenta en los conductos de escape, ya que en éstos el aire está sometido
solamente a la contrapresión del empuje de la cámara activa del cilindro. Esta contrapresión es de escaso
valor y por tanto el aire tarda un cierto tiempo en evacuarse al exterior, sobre todo si tiene que recorrer
toda la tubería de retorno y pasar por la válvula correspondiente. Esta dificultad en el retorno se soluciona
con la incorporación en el racor de salida del cilindro, de una válvula de escape rápido.
En la figura 7.11 se representa uno de estos elementos. En (a) y en (c) puede apreciarse que el
aire que entra por (P) para alimentar la cámara de retroceso del émbolo, pasa libremente a la salida (A)
que alimenta al cilindro. La membrana elástica bloquea la salida del aire hacia el exterior (R). En este
estado la línea del flujo se comporta como si tal aparato no existiera. Cuando el vástago del cilindro
avanza, el aire de la cámara de retroceso ha de ser desalojado al exterior. En lugar de recorrer el mismo
camino anterior, pero a la inversa, el aire sale directamente a la atmósfera por (R), según se aprecia en (b).
La propia presión de salida obstruye el paso hacia (P) desplazando la membrana elástica.
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5.- OTROS COMPONENTES NEUMÁTICOS
PRESOSTATO
Los presostatos son detectores que convierten la señal neumática de presión en una señal
eléctrica. Esta presión suele ser regulable desde 5 a 10 bar aproximadamente. Son aparatos sin contacto
mecánico y pueden ser instalados en cualquier parte del circuito que genere esa presión de mando, (Fig.
8.18).
Constan esencialmente de una cámara (A) de aire que, al alcanzar una determinada presión,
deforma una membrana elástica (B) portadora de una plaquita conductora. Al comprimir al contacto (C),
cierra o abre un circuito eléctrico que es aprovechado para producir una señal que puede accionar, por
ejemplo, la bobina de una electroválvula, una sirena, etc.
En la presentación simbólica se aprecia que al pilotar por (P), y una vez alcanzado un cierto
valor de la presión, el contacto (1-2) abre y se cierra el (1-3). Cualquiera de los dos, o los dos, pueden ser
aprovechados para una determinada función.
TEMPORIZADOR NEUMÁTICO
Un temporizador neumático es un componente que proporciona una señal de presión de salida,
después de transcurrido un determinado tiempo desde la recepción de la señal de presión de entrada.
Son muy utilizados en circuitos donde el accionamiento de un elemento debe de hacerse
sincronizado con otra acción, ejemplo el vástago de un cilindro sale y debe permanecer un
tiempo hasta que retorna.
El tiempo de retardo de dicha señal, dependerá de un pequeño volumen que es preciso llenar, y
del flujo de entrada de aire. Son dispositivos, que llevan incorporados un regulador de flujo, un pequeño
depósito y una válvula de 3 vías y de 2 posiciones con pilotaje neumático, tal y como se muestra en el
esquema adjunto.
16

6.- RESUMEN DE SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA
SÍMBOLOS GENERALES
17

TEMPORIZADOR
18

19

20

7.- CIRCUITOS DE EJEMPLO
REGULACIÓN DE VELOCIDAD
MANDO SIMULTÁNEO
MANDO DESDE DIFERENTES PUNTOS
21

CONTROL DE FUERZA Y MANDO POR PRESIÓN
ELECTROVÁLVULAS
FC1 1
4 2
+24V FC1
EV1 EV2
1 3
+24V
EV1
0V
EV2
0V
2
22

Explicar el funcionamiento de los siguientes circuitos neumáticos.
23

8.- HIDRÁULICA
Si en la tecnología neumática se emplea aire a presión como fluido de trabajo, en la hidráulica
se emplea “aceite oleohidráulico”. Son aceites de origen mineral que proporcionan las características
adecuadas para accionar actuadores similares a los vistos en neumática pero que proporcionan unas
fuerzas mucho mayores.
Los circuitos hidráulicos son similares a los neumáticos, la mayoría de válvulas vistas en
neumática tienen su versión en tecnología hidráulica. Las principales diferencias entre ambas
tecnologías son:
NEUMÁTICA
Mejor velocidad de respuesta
Mayor velocidad de operación
Más económicos para usos de poca fuerza.
Más versátiles
Menos contaminantes
Se usan más en automatización de procesos
productivos.
No se pueden usar en aplicaciones de alta fuerza.
Cargas por debajo de los 3000 Kg
Desplazamientos rápidos.
Motores de alta velocidad.
Aplicaciones
Control de calidad, etiquetado, embalaje,
herramientas portátiles…
La neumática utiliza como fluido aire a presión, 6-
8 bares.
Producción de aire a presión mediante compresor,
paletas y émbolo.
HIDRÁULICA
Menor velocidad de respuesta
Menor velocidad de operación
De más alto costo.
Menos versátiles
Contaminan más.
Se usan menos en automatización de procesos.
Requiere de sistemas de enfriamiento de aceite
adicionales.
Cargas elevadas tanto en actuadores lineales como
en motores de par elevado.
Control exacto de la velocidad y parada.
Aplicaciones
Industrias metalúrgicas, máquinas herramientas,
prensas, maquinaria de obras públicas, industria
naval y aeronáutica, sistemas de transporte,
La hidráulica utiliza como fluido aceite
“oleohidráulico” a presiones de más de 200
bares.
“Grupo de accionamiento” conjunto de
elementos que generan la presión en el fluido:
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS HIDRÁULICOS
Densidad
Suponiendo el fluido homogéneo, la densidad es la masa partido el volumen:
d = m
Kg /m3
V
24

La compresión que sufren los aceites hidráulicos la podemos considerar despreciable. Por lo
tanto, la densidad del fluido no varía significativamente con la presión.
Presión de vapor
Es la presión que ejercen las moléculas de un líquido al vaporizarse sobre la superficie del
líquido. Esta presión depende de la temperatura. Si la presión de vapor se iguala a la del ambiente, el
fluido hierve.
Cavitación
Fenómeno que produce que en un fluido se forme una bolsa de vapor (de ese fluido) que
vuelve a condensarse. Este fenómeno erosiona las partes metálicas que tiene a su alrededor, al
someterlas a grandes gradientes de presión.
Viscosidad
Es debida al roce entre las moléculas de un fluido. Por lo tanto, representa una medida de la
resistencia del fluido a su movimiento. En todos los líquidos, la viscosidad disminuye con el aumento de
la temperatura.
Índice de viscosidad (I.V.)
Existen diferentes tablas de clasificación de los aceites en función de su viscosidad. Destaca
la americana S.A.E. en la que se obtiene la viscosidad del aceite en cuestión, comparándola con dos
aceites patrones. Como la viscosidad es función de la temperatura, para los aceites de automoción se
indican dos viscosidades, por ejemplo 15 W40, donde 40 representa la viscosidad a temperatura de
arranque y 15 a la temperatura normal de funcionamiento de la máquina.
Capacidad de lubricación
Todo ingenio mecánico que tenga partes móviles con rozamiento entre ellas presenta una
holgura controlada, en la que se deposita una película de aceite que impide la fricción entre dichas
piezas, alargando la vida útil de la máquina y aumentando el rendimiento total, puesto que reduce el
rozamiento.
Resistencia a la oxidación
Los aceites no sintéticos, son compuestos orgánicos derivados del petróleo con componentes
químicos, tales como el carbono e hidrógeno, que reaccionan fácilmente con el oxígeno atmosférico,
degradando considerablemente al aceite. Aunque la oxidación aumenta con la temperatura, no es
significativa para temperaturas inferiores a los 57°C.
25

PRINCIPIOS FÍSICOS
Principio de Pascal
La presión aplicada a un fluido confinado se
transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce
fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas
fuerzas normalmente a las paredes del recipiente.
En cuanto a los desplazamientos de los
émbolos, como el volumen de líquido que sale del
cilindro 1 es igual al que entra en el cilindro 2
l1 desplazamiento del émbolo 1 l2 desplazamiento del émbolo 2
Potencia de una bomba
La potencia necesaria de la bomba es función de
P = p.Q
h
P = Potencia en W
p = Presión en N/m2= Pa
Q= Caudal en m3/s
η = Rendimiento de la bomba
CIRCUITOS HIDRÁULICOS
La gran diferencia entre los circuitos neumáticos e hidráulicos es que el aceite debe de retornar al
depósito. La mayoría de componentes neumáticos vistos en el tema anterior tienen su versión para
hidráulica.
Esquema de una instalación hidráulica
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GRUPO DE ACCIONAMIENTO
El elemento principal es la bomba que impulsa el fluido a una presión determinada.
Características de la bomba son la presión, y el caudal.
Tipos de bombas:
Bomba de engranajes, consta de dos ruedas dentadas idénticas, una de
ellas es movida por un motor y hace girar a la otra, en la cámara unida al depósito
se genera una depresión que aspira el fluido.
Bomba de tornillo, formada por dos
tornillos helicoidales que engranan, ajustando
perfectamente entre si y con la carcasa. Un tornillo
es accionado por el motor, en su movimiento hace
girar al otro tornillo y entre los mismos fluye el aceite.
Bomba de paletas, formada por un rotor que gira excéntricamente provisto de unas
paletas que se deslizan radialmente, las paletas impulsan el aceite.
Bomba de émbolos axiales, consta de una carcasa en cuyo interior gira el eje
conjuntamente con el bloque en el que se encuentran
los émbolos dispuestos de forma axial. El giro del
eje produce el movimiento de los émbolos que impulsan el aceite.
El Depósito, a diferencia de la neumática es necesario
un depósito acumulador donde almacenar el fluido, desde los
escapes el fluido debe de retornar al depósito.
Manómetro, similar al sistema neumático mide la presión.
Filtro, filtra las partículas que puedan depositarse en el fluido.
Válvula limitadora de presión, es el equivalente a la
“reguladora de presión” neumática, cuando el sistema supera la
presión abre paso del fluido hacia el depósito evitando las
sobrepresiones.
Si en una instalación neumática es habitual disponer de un
recinto donde se genera el aire a presión que es distribuido a través
de tuberías a las instalaciones.
En los sistemas hidráulicos es más habitual que cada
máquina tenga su grupo de accionamiento para abastecer de fluido a
dicha máquina.
27

Junto al grupo de accionamiento los circuitos hidráulicos deben de tener otros elementos.
Red de distribución
Debe garantizar la presión y velocidad del aceite en todos los puntos de uso. En las
instalaciones oleohidráulicas, al contrario de las neumáticas, es necesario un circuito de retorno de fluido,
ya que este se vuelve a utilizar una y otra vez.
El material utilizado suele ser acero o plástico reforzado y depende de su uso.
Elementos de regulación y control
Son los encargados de regular el paso del aceite desde las bombas a los elementos actuadores.
Estos elementos, que se denominan válvulas, pueden ser activados de diversas formas: manualmente,
por circuitos eléctricos, neumáticos, hidráulicos o mecánicos. La clasificación de estas válvulas se puede
hacer en tres grandes grupos.
Válvulas de dirección o distribuidores
Estos elementos se definen por el número de orificios (vías) y las posiciones posibles, así como
por su forma de activación y desactivación.
Válvulas antirretorno
Permiten el paso del aceite en un determinado sentido, quedando bloqueado en sentido
contrario.
Válvulas de regulación de presión y caudal
Son elementos que, en una misma instalación hidráulica, nos permiten disponer de diferentes
presiones y caudales. Pueden ser estranguladoras, temporizadoras, etc. y se utilizan para
modificar la velocidad de los elementos actuadores, también llamados de trabajo.
Elementos actuadores o de trabajo
Son los encargados de transformar la energía oleohidráulica en otra energía, generalmente de
tipo mecánico. Los podemos clasificar en dos grandes grupos: cilindros y motores.
Cilindros
Transforman la energía oleohidráulica en energía mecánica con un movimiento rectilíneo
alternativo. Los hay de dos tipos:
Cilindros de simple efecto
Sólo realizan trabajo útil en un sentido de desplazamiento del vástago. Para que el émbolo
recupere la posición de reposo se dota al cilindro de un muelle. Normalmente este muelle esta
diseñado para almacenar el 6% de la fuerza de empuje, o bien, como es el caso de los elevadores
hidráulicos, aprovechan la acción de la gravedad.
Cilindros de doble efecto
Estos elementos pueden realizar trabajo en ambos sentidos de desplazamiento. Sin embargo
hay que tener en cuenta que la fuerza de avance y retroceso es diferente, ya que en un sentido hay que
tener en cuenta el diámetro del vástago.
Motores
Son elementos que transforman la energía oleohidráulica en energía mecánica de rotación. Los
hay de diversos tipos, entre los que cabe destacar: de engranajes, de pistones y rotativos de paletas.
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EJEMPLOS DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS
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