Generalidades de los circuitos hidráulicos y neumáticos

Aunque tanto los circuitos hidráulicos como los neumáticos están recorridos por un fluido, al ser este en un caso líquido y en el otro gaseoso, presentan una serie de diferencias:

• El aire utilizado en los circuitos neumáticos es gratuito y, por tanto, no se necesita emplear tubos de retorno para recuperarlo. Después de haber realizado un trabajo, el aire va a la atmósfera a través de un silenciador. En los líquidos, se les hace retornar a través de tuberías, de modo que se emplean varias veces.
• Tanto el aire aspirado de la atmósfera como los líquidos empleados en los circuitos hidráulicos contienen partículas que hay que eliminar para no dañar los circuitos.
• El aire es un fluido que, para su transporte y almacenamiento, no precisa de instalaciones.
• La neumática resulta útil para esfuerzos de hasta 30000 N. Debido a la compresión del aire, no es posible obtener movimientos lentos y a la vez constantes mediante circuitos neumáticos.

En los sistemas hidráulicos y neumáticos se pueden distinguir varios elementos:

• Elementos activos o generadores de energía: Tanto si se trabaja con aire como con un líquido, se ha de conseguir que el fluido transmita la energía necesaria para el sistema. En los sistemas neumáticos se utiliza un compresor y en la hidráulica, una bomba.
• Elementos de protección y de tratamiento de los fluidos: En el caso de los sistemas neumáticos, debido a la humedad existente en la atmósfera, es preciso secar el aire antes de su utilización. También es necesario regular la presión y filtrarlo para que no haya impurezas. Con objeto de reducir el rozamiento en los elementos móviles, se utilizan los lubricadores.
• Elementos de transporte y control: Estos elementos, tanto en los sistemas neumáticos como en los hidráulicos, se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al fluido en el compresor o en la bomba.
• Elementos actuadores o de consumo: Son los elementos que permiten transformar en trabajo útil la energía del fluido en movimiento. Hay dos grupos: cilindros, en los que los movimientos son lineales, y motores, en los que los movimientos son rotativos.

Elementos activos en los circuitos neumáticos e hidráulicos

Los elementos activos son aquellos que comunican energía al fluido, mientras que los elementos pasivos son los que consumen, transportan y controlan esa energía. La energía que se comunica con el elemento es eléctrica o térmica.

Elementos activos en el circuito neumático: Compresor

El objetivo en un circuito neumático es que, en un lugar de consumo, el aire mueva el pistón o una rueda antes de ser expulsado a la atmósfera. Para que el aire pueda realizar ese trabajo es necesario que haya una presión, y para ello tenemos el compresor. En el compresor hay dos magnitudes que son la presión y el caudal.

Existen dos grandes tipos de compresores:

• Compresores volumétricos: Sirven para elevar la presión de un gas hasta reducir su volumen. Estos compresores pueden ser alternativos (con biela y manivela) o rotativos (mediante una rueda de paletas).
• Compresores dinámicos: El aire se hace pasar por una tubería de sección cada vez más pequeña y, como el caudal tiene que ser el mismo, la velocidad cada vez va siendo mayor. Cuando se comprime un gas, además de reducirse su volumen, aumenta la presión.

Elementos activos en el circuito hidráulico: Bomba

En los circuitos hidráulicos, los elementos activos no pueden ser un compresor. En este circuito hidráulico se utilizan las bombas por donde circula un fluido. Una bomba provoca dos efectos: crea un vacío a la entrada que obliga al fluido a meterse en el interior y comunica una energía al fluido, obligándole a desplazarse.

Acumulador

Existe en los dos tipos de circuitos.

Acumulador en el circuito neumático

Aunque el aire se toma de la atmósfera, en los circuitos es necesario disponer de un depósito donde se almacene a presión. Hay varios motivos para esto: para que el caudal del compresor no afecte al resto del circuito, para poder desconectar el compresor cada cierto tiempo y evitar que funcione siempre, y para poder suministrar un caudal de aire superior. En general, el depósito lleva acoplado un sensor de presión que activará el compresor cuando la presión disminuya. Además del sensor de presión, también hay un depósito que suele contar con sensores de temperatura.

Acumulador en el circuito hidráulico

Los líquidos circulan a través de los circuitos hidráulicos, por eso debe de haber un depósito donde se pueda almacenar el fluido. El acumulador ayuda a separar del fluido el aire y los agentes extraños, y también a disipar el calor. El depósito lleva dos sensores: uno de temperatura y otro de presión. Se puede ver que los circuitos hidráulicos y neumáticos son parecidos.

Elementos de protección

Son los encargados de eliminar impurezas en el circuito y de protegerlo.

Elementos de protección en el circuito neumático

En los circuitos neumáticos tenemos como elementos de protección el lubricador, el filtro, el limitador de presión y un silenciador. Los filtros cumplen dos funciones: eliminan el agua que hay en el aire y, por otra, las partículas e impurezas que contengan en suspensión y que podrían dañar las tuberías y demás elementos del circuito. Hay un filtro que lleva a cabo esta eliminación haciendo pasar el aire a través de un material poroso que se deberá reemplazar. También hay filtros que provocan un centrifugado. El lubricador inyecta unas gotas de aceite de tamaño muy fino dentro de un flujo de aire, creándose una especie de niebla que tiene como finalidad evitar que el aire produzca un desgaste en los elementos del circuito. El limitador de presión se encarga de que la compresión en el circuito se mantenga por debajo de un cierto límite. Hay una válvula de escape que funciona cuando la presión supera la fuerza del muelle. La expulsión de aire a la atmósfera después de haberse realizado todo el proceso o mediante la elevada presión se debe realizar a través de un silenciador. El silenciador también tiene como misión evitar que entren impurezas.

Elementos de protección en el circuito hidráulico

En los circuitos hidráulicos, los elementos de protección son el filtro y la válvula de alivio. El filtro funciona igual que en los circuitos neumáticos y, en general, de forma muy similar en todos los circuitos. La válvula de alivio también funciona igual que en los circuitos neumáticos: en el caso de que se supere un determinado valor de presión, se libera el fluido haciendo que se vaya al depósito. En los circuitos hidráulicos no hace falta un silenciador porque el fluido no se expulsa a la atmósfera.

Elementos de transporte

Los elementos de transporte son los encargados de llevar el fluido en los dos tipos de circuitos.

Elementos de transporte en circuitos neumáticos

Las tuberías conducen el aire desde un punto a otro, de manera que la pérdida de presión sea mínima, y para ello la superficie debe de estar pulida. Las tuberías deben superar la presión a la que se encuentra sometido el aire, por eso el material de la tubería debe de ser resistente y presentar una superficie lisa. Por eso se utilizan materiales como el acero, cobre u otros materiales. En algunos casos se utiliza una tubería como el latiguillo, que es de goma y algunas veces recubierta por una malla.

Elementos de transporte en circuitos hidráulicos

En los circuitos hidráulicos, el transporte del fluido se realiza también mediante tuberías y con las mismas condiciones que en los circuitos neumáticos, pero se diferencian en que hay una tubería de ida y otra de regreso. En los dos circuitos hay unas tuberías que forman el circuito de potencia y se representan mediante una línea discontinua, y otras que constituyen un circuito auxiliar para que puedan controlar las válvulas.

Elementos de control en circuitos neumáticos e hidráulicos

En los circuitos hidráulicos y neumáticos deben de existir elementos encargados de controlar el fluido que se inyecta en los elementos de consumo. Estos elementos se designan con el nombre de válvulas, y hay varios tipos:

• Dirección del flujo: Seleccionan hacia qué elemento se dirige el flujo.
• Presión del fluido: Estabilizándola a partir del punto en que se encuentra instalada la válvula.
• Flujo: Permite regular el caudal y el sentido del flujo del fluido.

Válvulas controladoras de la dirección del flujo

En los circuitos neumáticos e hidráulicos, el fluido puede circular a través de tuberías diferentes. Según los casos, tiene que existir la posibilidad de permitir la circulación libre del fluido o de cortarla. A las válvulas controladoras de dirección también se le llaman válvulas distribuidoras.

Válvulas controladoras de la presión del fluido

En los elementos de protección podíamos ver que había una válvula de alivio que se encargaba de mantener la presión por debajo de un límite. Ese es un tipo de válvula controladora de presión. Existe también otro tipo de válvula con la que se obtiene una presión regulada menor a partir de otra presión no estable y superior.

Válvulas controladoras del flujo

Mediante estas válvulas se puede modificar la velocidad de circulación del fluido. Hay veces en que la velocidad debe ser limitada, y para eso tenemos el regulador bidireccional, que está compuesto por un tornillo que se hace bajar o subir, permitiendo la circulación del fluido. Esta válvula se puede utilizar para disminuir la velocidad del fluido en un cilindro. En otros casos, es preciso que el fluido circule libremente en un sentido y de una forma limitada, y para ello tenemos el regulador unidireccional, que se utiliza en los cilindros para conseguir que el pistón se desplace más rápidamente en un sentido que en otro. Cuando se quiere que el fluido circule únicamente en un sentido, se utiliza la válvula antirretorno. El selector de circuito se utiliza para realizar el mando de un elemento desde dos puntos diferentes, y la válvula de simultaneidad es lo contrario.

Elementos de consumo en circuitos neumáticos e hidráulicos

En los elementos de consumo, la energía comunicada al fluido por el compresor en el circuito neumático, o la bomba en el circuito hidráulico, se utiliza para realizar un trabajo. Según los tipos de movimientos, se clasifican en dos tipos: los movimientos rotativos y los movimientos alternativos. En los elementos rotativos, el fluido en su movimiento empuja los álabes de una turbina y produce el giro de su eje, y eso realiza un trabajo. El principal elemento de consumo de desplazamiento en los elementos alternativos son los cilindros. Los dos tipos de cilindros que hay son de doble efecto y de simple efecto. En el cilindro de simple efecto, el fluido únicamente es capaz de empujar el pistón en un sentido. El cilindro de doble efecto sí es capaz de empujar el pistón en los dos sentidos. Cuando aumenta la presión del fluido a un lado del cilindro, el pistón empuja hacia el otro lado. En este caso se puede realizar trabajo útil. Es preciso tener en cuenta que la superficie del contacto con el pistón es menor por el lado en que está situado el vástago.