Neumatica e Hidraulica

COLEGIO DIVINA PROVIDENCIA TEMA : HIDRAULICA Y NEUMATICA

Índice

1. SISTEMAS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS
2. LA NEUMÁTICA
3. LA HIDRÁULICA

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Como ya se sabe, en la naturaleza existen varios tipos de estados de
la materia, como por ejemplo: Líquido, Gas, Sólido, Plasma y Condensado
de Bose-Einstein.
Los 2 primeros se les suelen denominar genéricamente como fluidos,
y no tienen forma definida. Adoptan la forma del recipiente que las contiene.
El funcionamiento de los sistemas hidráulicos y neumáticos se basa
en aprovechar la energía acumulada y transmitida por un fluido. En el 1er caso
se utiliza un líquido, mientras que en el 2º se utiliza un gas.

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1.1- CARACTERÍSTICAS
Un fluido encerrado en un recipiente ejerce una fuerza sobre las
paredes del mismo. La relación entre la fuerza (F) que actúa sobre las paredes
de una superficie y el área (S) se denomina presión (P).
Superficie

F
P=
F F S
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Un ejemplo sería la presión sufrida por un submarino:

La presión sufrida por el submarino
será mayor cuanta mayor sea la fuerza
ejercida sobre el. Y esta fuerza aumentara con
Profundidad
F la profundidad ya que depende de la masa de
agua que hay sobre el submarino.

S
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La unidad de presión en el S.I. es el pascal (N/m2). Otras unidades
utilizadas son las siguientes:

1 bar = 105 Pa = 0.987 atm = 750 mmHg

Al tratarse de fluidos, los gases y los líquidos pueden circular
fácilmente a través de tuberías o conducciones. La cantidad de fluido (V) que
atraviesa una sección por unidad de tiempo (t) se denomina caudal (Q). Y se
obtiene de la siguiente forma:

V
Q=
t
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2. LA NEUMÁTICA

La Neumática es la rama de la ciencia y la técnica que se ocupa del
estudio de las propiedades y aplicaciones de aire comprimido.
La utilidad del aire comprimido es algo conocido desde la antigüedad.
Uno de los primeros tratados sobre sistemas neumáticos fue el atribuido a
Herón de Alejandría y titulado Pneumatica, que data del siglo I.
Pero realmente se empezó a utilizar el aire comprimido para el control
de procesos, principalmente de tipo industrial, fue a partir de 1950.

Herón de Alejandría

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2. LA NEUMÁTICA

2.1- AIRE COMO FLUIDO PRINCIPAL
El aire comprimido se obtiene directamente a partir del aire
atmosférico. La tierra está envuelta en una capa gaseosa que constituye la
atmósfera.

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2. LA NEUMÁTICA

El aire comprimido se obtiene directamente a partir del aire
atmosférico. La tierra está envuelta en una capa gaseosa que constituye la
atmósfera.
La presión debida a esta masa de gas se conoce con el nombre de
presión atmosférica (el valor que, a nivel del mar es de 1 atm = 101.300
Pa)

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2. LA NEUMÁTICA

La presión por tanto es la fuerza que ejerce el aire que está sobre
nosotros:

P

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2. LA NEUMÁTICA

Al comprimir, y aumentar, la presión del aire, éste acumula una
energía que podrá ser convertida posteriormente en energía mecánica para
producir un trabajo. Estos sistemas neumáticos suelen emplear aire
comprimido del orden de 6 bar.

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2. LA NEUMÁTICA

Las ventajas de usar el aire comprimido frente a la utilización de
otros gases son:
• Se puede comprimir tanto en tuberías como en recipientes de forma no
peligrosa ni explosiva.
• No genera sobrepresiones, pudiéndose regular fácilmente y de forma
continua.
• Los cambios de temperatura no alteran sustancialmente sus
características de volumen y densidad.
• Su adquisición no requiere coste alguno.
• El aire comprimido es limpio, por lo que resulta adecuado en circuitos
empleados por ejemplo, en la industria de la alimentación.

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2. LA NEUMÁTICA

2.2- LEYES DE LOS GASES IDEALES
Para estudiar las aplicaciones del aire comprimido se considera que
se comporta como un gas ideal. Podemos decir que:

Un gas ideal posee moléculas que se encuentran muy
separadas unas de otras, por tanto, el gas se puede
comprimir o expandir con facilidad.

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2. LA NEUMÁTICA

Este tipo de gases cumplirán las siguientes leyes:
• Ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el producto de la
masa del gas por la presión del mismo se mantiene constante.

P ⋅ V = cte ⇒ P ⋅V1 = P2 ⋅V2
1

• P1 y V1 son los valores iniciales
• P2 y V2 son los valores finales
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2. LA NEUMÁTICA

• Ley de Gay-Lussac: A presión constante, el cociente entre el volumen
de un masa de gas y su temperatura se mantiene constante.

V V1 V2
= cte ⇒ =
T T1 T2
• T1 y V1 son los valores iniciales
• T2 y V2 son los valores finales
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2. LA NEUMÁTICA

• Ecuación de estado de los gases ideales: Se obtiene a a partir de la
combinación de las dos leyes enunciadas anteriormente.

P ⋅V P ⋅ V1 P2 ⋅ V2
= cte ⇒ 1
=
T T1 T2
• T1 , P1 y V1 son los valores iniciales
• T2 , P2 y V2 son los valores finales
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2. LA NEUMÁTICA

• Ecuación de estado de los gases ideales: Este producto es igual al
producto de dos números, n (número de moles) y R (constante propia
de los gases). De tal forma que la ecuación quedaría:

P ⋅V P ⋅ V1 P2 ⋅ V2
= n⋅R ⇒ 1
= = n⋅R
T T1 T2
atm ⋅ l
R = 0.082
mol ⋅ K
n = número de moles
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Video: Los Gases Ideales

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2. LA NEUMÁTICA

2.3- ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
El esquema básico de un sistema constituido por un circuito
neumático es el siguiente:

Aire

Compresor

El compresor aspira el aire
atmosférico, aumentando su presión
y generando aire comprimido.

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2. LA NEUMÁTICA


Aire

Compresor Conducciones

Este aire alimenta el resto
de la instalación a través de un
conjunto de conducciones diseñadas
para tal fin.
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2. LA NEUMÁTICA


Aire

Compresor Conducciones Válvulas

La circulación del aire
comprimido se controla a través de
un conjunto de válvulas.

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2. LA NEUMÁTICA


Aire

Compresor Conducciones Válvulas Actuadores

Las válvulas regulan el funcionamiento
de los actuadores, en los que se transforma la
energía acumulada por el aire comprimido en
energía mecánica.
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2. LA NEUMÁTICA


Aire

Compresor Conducciones Válvulas Actuadores

El proceso final depende del sistema
mecánico sobre el que actúe, ya sea un martillo
Proceso
neumático, etc.

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2. LA NEUMÁTICA

2.4- COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS NEUMÁTICOS
Los elementos principales que componen un circuito neumático
son:
• COMPRESORES: El aire comprimido se obtiene a partir de una
máquina que se llama compresor.

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2. LA NEUMÁTICA

son:
• COMPRESORES
• CONDUCCIONES: El aire alimenta el resto de la instalación a través
de un conjunto de conducciones diseñadas para ese fin.

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2. LA NEUMÁTICA

son:
• COMPRESORES
• CONDUCCIONES
• VÁLVULAS: La circulación del aire comprimido se controla a través de
un conjunto de válvulas.

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2. LA NEUMÁTICA

son:
• COMPRESORES
• CONDUCCIONES
• VÁLVULAS
•ACTUADORES: Son regulados por las válvulas, transforman la energía
acumulada por el aire comprimido en energía mecánica.

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2. LA NEUMÁTICA

2.5- DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
El aire comprimido producido en el compresor se distribuye hacia el
resto de los elementos que configuran el sistema a través de un conjunto de
tuberías. Este conjunto de tuberías constituye una red o circuito de aire
comprimido.
Las redes utilizadas se dividen en dos tipos:
• Red Abierta: La tuberías que alimentan los diferentes actuadores
están en contacto con la presión atmosférica. Se suelen utilizar
para limpieza de alta presión o trabajos similares.

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2. LA NEUMÁTICA

El aire comprimido producido en el compresor se distribuye hacia el
resto de los elementos que configuran el sistema a través de un conjunto de
tuberías. Este conjunto de tuberías constituye una red o circuito de aire
comprimido.
Las redes utilizadas se dividen en dos tipos:
• Red Cerrada: Los circuitos de esta red están estancos, es decir,
manteniendo en su interior aire a presión sin estar en contacto con
el aire.

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2. LA NEUMÁTICA

Generalmente suelen existir en los circuitos neumáticos un conjunto
de elementos destinados a acondicionar el aire comprimido que circula por la
red de distribución. Algunos son:
• Filtros: Se encargan de eliminar las impurezas que pudiera
arrastrar el aire, ya que el aire procede de la atmósfera.
• Reguladores de presión: Mantienen el valor de la presión
constante en todo el circuito.

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3. LA HIDRÁULICA

Los sistemas hidráulicos son semejantes a los neumáticos descritos
anteriormente, pero en lugar de emplear aire comprimido utilizan un liquido,
normalmente aceite, para acumular energía y posteriormente transformarlo en
energía mecánica. Por esta razón se suelen llamar sistemas oleohidráulicos.

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3. LA HIDRÁULICA

Los sistemas hidráulicos son semejantes a los neumáticos descritos
anteriormente, pero en lugar de emplear aire comprimido utilizan un liquido,
normalmente aceite, para acumular energía y posteriormente transformarlo en
energía mecánica. Por esta razón se suelen llamar sistemas oleohidráulicos.
Los automatismos hidráulicos disponen también de dispositivos
destinados a aumentar la presión del aceite, denominados bombas
hidráulicas, cuya misión es muy parecida a los compresores neumáticos.
Las principales diferencias existentes con respecto a los sistemas
neumáticos provienen de las particularidades que presenta el trabajar con un
líquido en lugar de con un gas. Los líquidos, a diferencia de los gases, son
prácticamente incompresibles.

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3. LA HIDRÁULICA

La presión que ejerce el líquido sobre las paredes de un recipiente se
denomina presión hidrostática y actúa igual en todas las direcciones dentro del
líquido. Esta característica se expresa en la ley de Pascal, que se enuncia así:

LA PRESIÓN EJERCIDA POR UN LÍQUIDO EN REPOSO SE
TRANSMITE INTEGRAMENTE A TODOS LOS PUNTOS DEL LÍQUIDO.

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3. LA HIDRÁULICA

F1 F2

F1
P1 =
S1 S2 S1
P1= P2
F2
P2 =
AGUA S2

F1 F2
=
S1 S2

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3. LA HIDRÁULICA

Otra diferencia fundamental entre los sistemas neumáticos y las
hidráulicos es que en estos últimos el sistema de distribución necesariamente
tienen que ser cerrado. Si fuera abierto habría fugas.

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3. LA HIDRÁULICA

La Ley de continuidad de los fluidos incompresibles intenta
explicarnos el comportamiento de los líquidos en el seno de un circuito
hidráulico. Esta ley nos dice que:

EL CAUDAL DE UN FLUIDO INCOMPRESIBLE SE MANTIENE
CONSTANTE EN LOS CIRCUITOS HIDRÁULICOS QUE TENGAN SUS
COMPONENTES CONECTADOS EN SERIE

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3. LA HIDRÁULICA

Ley de Continuidad
S1
S2

V2
V1

Q1 = Q2 = constante

S1
S1 .V 1 = S2 .V 2 V2 = . V1
S2

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