Neumática e Hidráulica: Fundamentos y Aplicaciones

La neumática utiliza aire comprimido, generalmente a unos 12 bar, como fuente de energía. Esta energía es fácilmente transportable, aunque no se recomienda para largas distancias debido a las pérdidas de carga.

Componentes Neumáticos

1. Grupo Compresor

   Genera el aire comprimido, comprimiendo el aire de la atmósfera. Elimina la humedad y se enfría para aumentar su rendimiento volumétrico.

2. Red de Distribución

   Formada por las tuberías y los conductos por los que circula el aire. Existen dos tipos principales:

   • Red cerrada de aire comprimido: La línea principal constituye un anillo, reduciendo la pérdida de carga y facilitando la compensación de grandes consumos de aceite.
   • Red abierta de aire comprimido: Está formada por una sola línea principal de la cual se desprenden las secundarias y las de servicio.

   Al diseñar las tuberías, es importante tener en cuenta:

   • La red de tuberías de aire debe ser lo más recta posible.
   • La instalación de tuberías debe ir siempre aérea.
   • No debe ir cerca del cableado eléctrico.
   • La tubería principal deberá tener una leve inclinación.
   • Instalar un número adecuado de llaves de corte.
   • Las tomas de aire para las bajantes deben realizarse en la parte superior.
   • Debe ponerse una unidad de purga automática o manual.

   El tamaño de las tuberías depende de: el caudal, la longitud de las tuberías, la pérdida de presión admisible, la presión de servicio y el número de estrangulamientos en la red.

3. Unidad de Mantenimiento

   Grupo acondicionador del aire comprimido cuya misión es tratar adecuadamente el aire comprimido para su correcto uso. Se deben realizar las siguientes inspecciones:

   • Filtro: Debe examinarse periódicamente el nivel de agua condensada.
   • Regulador de presión
   • Lubricador: Conviene verificar el nivel de aceite en la mirilla.

   Recomendaciones:

   • En la toma de aire, instalar un filtro grueso.
   • Instalar un enfriador de aire.
   • Si la compresión es por etapas, se debe instalar una refrigeración intermedia.
   • Instalar un depósito de purga de condensados y un depósito acumulador.

4. Elementos de Conexión

   Las conexiones de los diferentes equipos y accesorios se realizan mediante conectores roscados o rápidos. Las uniones más habituales son:

   1. Racor con Anillo Universal Bicono

      Con un mínimo de componentes, ofrece el máximo de posibilidades de conexiones. Tiene ventajas como:

      • Permite conexionar los tubos con distintas presiones.
      • Puede utilizarse en instalaciones con diferentes fluidos.
      • Permite el paso total del fluido.

      Pasos a seguir para su instalación:

      • Cortar el tubo perfectamente a escuadra.
      • Introducir la tuerca en el tubo.
      • Montar el anillo sobre el extremo del tubo.
      • Apretar el tubo a fondo contra el chaflán interior del cuerpo del racor.
      • Roscar la tuerca.

   2. Bridas de Engatillar

      Se utilizan cuando el tubo ha de unirse a un accesorio que dispone de una espiga, o cuando han de unirse dos tubos mediante una espiga doble.

   3. Conectores Rápidos

      Con enchufes mediante los cuales se pueden realizar o interrumpir de forma rápida y sin herramientas la conexión/desconexión. Tienen mecanismos anti retorno. Pueden ser:

      • Enchufe automático de seguridad con tambor giratorio: La conexión se realiza mediante una simple introducción del acoplador dentro del cuerpo. La desconexión se efectúa por la rotación del tambor en ambos sentidos.
      • Enchufe rápido con collarín: La conexión se realiza por la simple introducción del acoplador y la desconexión basta con desplazar axialmente el manguito desplazable.
      • Enchufe rápido con botón de bloqueo: Es un conector de seguridad. Al ser desconectado no se produce empuje. Tiene un pulsador para quitar la presión y después se vuelve a pulsar para sacarlo.
      • Enchufe rápido para tubo semirrígido: La desconexión se realiza presionando sobre el manguito interior del enchufe, tirando posteriormente del tubo.

5. Mangueras

   Conducen el aire comprimido desde la toma de servicio. Se fabrican en distintos materiales:

   • Tubo de caucho con trenzado textil o metálico.
   • Tubo de poliamida.
   • Tubo de poliuretano.
   • Tubo de PVC.

   En cuanto a su utilización:

   • Semirrígidas: para conexionado de elementos.
   • Espirales: para herramientas neumáticas.
   • Auto-retráctil: para circuitos de vacío o de refrigeración.

6. Elementos de Control de Flujo

   El control direccional y la regulación del flujo del aire comprimido en un circuito neumático se realizan mediante válvulas. Según su función:

   • Válvulas Distribuidoras

     Encargadas de distribuir el aire comprimido por los diferentes conductos de que consta su parte interna. Clasificación:

     • Según número de posiciones:
       • Monoestables: de retorno con muelle porque tienen una posición definida a la cual vuelven automáticamente.
       • Biestables: no tienen posición definida de retorno.
     • Según el tipo de distribución:
       • De corredera: se necesita poca energía para accionar la válvula.
       • De disco: su accionamiento es manual. Tiene un disco que tapona el orificio de paso del aire.
       • De asiento: tienen un obturador que se mueve en la misma dirección del flujo del aire.
     • Según su accionamiento externo o pilotaje:
       • Accionamiento por pilotaje neumático.
       • Accionamiento por solenoide.
       • *Servo pilotaje: consiste en actuar sobre una pequeña válvula auxiliar, que al abrirse deja paso al aire para que actúe sobre la válvula principal.
   • Válvulas de cartucho
   • Válvulas de bloqueo: dificultan el paso del flujo en un sentido u otro.
   • Válvulas anti retorno: bloquean el aire en un sentido mientras que en el otro circula el aire.
     • Válvula de simultaneidad: el aire se percibe desde dos lugares diferentes y tiene una única salida.
     • Válvula selectora de circuitos: permite el paso de aire cuando este procede de uno u otro. El aire se introduce por una entrada obstruyendo la otra.
     • Válvula de escape rápido: evacua el aire de manera rápida hacia la atmósfera.

   • Válvulas Reguladoras

     • Válvulas reguladoras de caudal: regulan el caudal que las atraviesan para controlar el vástago.

     • Válvulas de Presión

       • Válvulas reguladoras de presión: mantienen constantes la presión. Protegen los elementos neumáticos.
       • Válvulas limitadoras de presión: limitan la presión en toda la red.

   • Válvulas Combinadas

     • Temporizador: dispositivo cuya finalidad es la apertura de una válvula una vez transcurrido un periodo de tiempo.
     • Amplificador de presión
   • Válvulas proporcionales: regula la presión y caudal mediante señales eléctricas. Su principal aplicación es el control de posición y de fuerza.

7. Captadores de Información

   Detectan la posición del vástago y transmiten esta información al sistema de control.

   • Captadores de posición: detectan la presencia de un objeto al ser accionados por dicho elemento.
   • Captadores de magnitudes físicas: sensibles a cambios de magnitudes.

8. Actuadores

   Dispositivos que reciben el fluido a presión y caudal adecuado y transforman la energía del aire comprimido en trabajo mecánico.

   • Actuadores Lineales

     Cilindros que son componentes neumáticos, que mediante el uso del aire comprimido, generan un movimiento rectilíneo de avance y retroceso de un mecanismo.

     • Cilindros de simple efecto: reciben presión por una de sus cámaras:
       • Cilindro de émbolo: realiza el trabajo en un solo sentido, el retorno lo realiza por la acción de un muelle.
       • Cilindro de membrana: es el muelle quien empuja a la membrana para realizar la carrera y utiliza el aire para el retorno.
       • Cilindro de membrana enrollable: el vástago puede salir mucho más.
       • Cilindro de fuelle: deformándose la membrana ante la aplicación del aire comprimido y recuperándose por acción de la gravedad.
     • Cilindros de doble efecto: reciben presión alternativamente por ambos lados.
     • Cilindros con amortiguación interna.
     • Cilindro de doble vástago: el vástago sobresale por ambos lados del cilindro.
     • Cilindro tándem: constituido por dos cilindros de doble efecto que forman una sola unidad (un solo vástago).
     • Cilindro multiposicional: dos o más cilindros de doble efecto. Forman un solo cuerpo pero cada uno con sus vástagos y pistones.
     • Cilindro de impacto: cuando se necesita mucha energía cinética.
     • Cilindro de cable: en el que los extremos de un cable están fijados a ambos lados del émbolo.

   • Actuadores Rotativos

     Transforman un movimiento lineal en un movimiento rotacional.

     • Actuador de giro de cremallera: una cremallera acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en giratorio.
     • Actuador de émbolo giratorio.
     • Motores hidráulicos: proporcionan elevadas velocidades de giro y una rápida inversión del sentido de giro.
     • Motor de pistones radiales: cierto número de pistones de simple efecto unidos por medio de bielas a un eje principal en forma de cigüeñal.
     • Motor de pistones axiales: la disposición de los pistones se realiza de forma axial. Siempre hay dos pistones que trabajan simultáneamente.

Oleohidráulica: Transmisión y Control de Energía

Se emplea para referirse a la transmisión y control de energía y movimientos por medio de los líquidos.

Componentes Oleohidráulicos

1. Depósito

   Refrigera el aceite, separa las partículas contaminantes, separa el aire contenido en el fluido y separa el agua contenida en el fluido.

2. Intercambiadores de Calor

   Regulan la temperatura del fluido.

   • Intercambiadores aceite-agua: el aceite gira alrededor de donde fluye el agua.
   • Intercambiadores aceite-aire: el aceite circula a través del radiador. El aceite entra por la parte inferior.

3. Filtros

   Retienen impurezas del fluido. Tipos:

   • Filtros de aspiración: se instalan en la línea de aspiración de la bomba dentro del depósito.
   • Filtros de presión: instalados en la línea de presión.
   • Filtros de retorno: se instalan en la línea de retorno.

4. Bombas Hidráulicas

   Transforman la energía mecánica de una fuente exterior en una energía de presión.

   • Bombas de paletas: cuando gira el rotor hace que varíe el volumen de dichas cámaras.
   • Bombas de pistones: pueden ser radiales o axiales. Basan su funcionamiento en el movimiento sucesivo y repetitivo de una serie de pistones dentro de una cámara.
   • Bombas de engranajes: pueden ser interiores o exteriores. Depende de dónde se sitúe el piñón conductor, que acciona al piñón conducido.

5. Características de las Bombas Oleohidráulicas

   • Cavitación: aspiración de aire que origina un funcionamiento deficiente, pérdidas de presión, desgastes… Causas:
     • Velocidad excesiva del aceite.
     • Poco nivel en el depósito.
     • Aceite muy viscoso.
     • Obstrucción del filtro de aspiración.
   • Rendimiento volumétrico: cantidad que una bomba suministra. Es igual al caudal real entre el caudal efectivo.

6. Tuberías

   • Principales:
     • De aspiración: circula el fluido del depósito a la entrada de la bomba.
     • De presión: conducen el fluido hacia los actuadores.
     • De retorno: circulan el fluido hasta el depósito.
   • Secundarias:
     • De pilotaje: circula el fluido utilizado para controlar un elemento.
     • De drenaje: se utilizan para llevar el fluido al depósito.

Golpe de Ariete

Es la consecuencia de una modificación brusca del régimen de circulación en una tubería por la que circula un fluido, con cierta velocidad. Para evitar este efecto se recurre a poner acumuladores de presión para absorber la onda de presión.

• Acumuladores

  Depósito de energía cuya misión es almacenar energía absorbiendo un cierto volumen de fluido. Tipos:

  • De peso: la presión ejercida sobre el fluido la realiza un peso.
  • De resorte: la presión la realiza la compresión de un muelle.
  • De pistón: se comprime un gas.
  • De membrana: separación de gas y fluido mediante una membrana ondulada.
  • De vejiga: se comprime el nitrógeno de la vejiga permitiendo el almacenamiento de todo el fluido.