Sistemas Neumáticos e Hidráulicos

En la neumática, la energía procede del aire atmosférico. Para transmitir y controlar la potencia, se necesitan unos conjuntos de elementos, denominados sistema. Como norma general:

• Se necesita velocidad, presión media y control exacto. Neumática
• Presión media, control preciso; se combinan.
• Gran presión y control. Hidráulica

El aire comprimido está a unas 12 bar. La energía es fácilmente transportable, no se recomienda para largas distancias por las pérdidas de carga.

Componentes

1. Grupo compresor: genera el aire comprimido, comprimiendo el aire de la atmósfera. Secador: 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. 2 tipos:

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

A la hora de hacer el diseño de las tuberías hay que tener en cuenta:

• La red de tuberías de aire sea lo más recta posible.
• La instalación de tuberías debe de ir siempre aérea.
• No debe ir cerca del cableado eléctrico.
• La tubería principal deberá de tener una leve inclinación.
• Instalar un número adecuado de llaves de corte.
• Las tomas de aire para las bajantes deben de realizarse en la parte superior.
• Debe de ponerse una unidad de purga automática o manual.
• No colocar más de 2 o 3 acoplamientos rápidos en las tuberías de servicio.

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

*Conexión en forma de cuello de cisne, para evitar que el agua condensada pase a las tomas de servicio.

*La caída de presión desde el compresor al extremo de la derivación de la tubería no debe ser superior a los 0,3 bar.

3. Unidad de mantenimiento: grupo acondicionador del aire comprimido cuya misión es la de tratar adecuadamente el aire comprimido para el correcto uso. Hay que hacer las siguientes inspecciones:

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

Recomendaciones tratamiento aire:

• 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 depósito acumulador.
• Instalar unidad de mantenimiento.

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

• El 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 diferentes materiales.
  • Distintas presiones.
  • Puede utilizarse en instalaciones con diferentes fluidos.
  • Permite el paso total del fluido.

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.

• 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.
• Conectores rápidos: 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: mediante una simple introducción el acoplador dentro del cuerpo. La desconexión se efectúa por la rotación del tambor en ambos sentidos.
  • Enchufe rápido con collarín: por la simple introducción del acoplador y la desconexión basta con desplazar axialmente el manguito desplazable.
  • Enchufe rápido con botón de bloqueo: 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 poliamida.
• Tubo 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 de 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 ya que 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.
    • El accionamiento indirecto permite un pilotaje a distancia.
• Válvulas de cartucho: sistemas oleohidráulicos. Altos caudales y presiones, reducido espacio y elevada capacidad de respuesta rápida.
• Válvulas de bloqueo: dificultan el paso del flujo en un sentido u otro. Según su función:
  • 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: Dependiendo de la función:
  • Válvulas reguladoras de caudal: regulan el caudal que las atraviesan para controlar el vástago.
  • Válvulas de presión:
    • Válvulas reguladoras de presión: mantienen constante la presión. Protegen los elementos neumáticos.
    • Válvulas limitadoras de presión: limitan la presión en toda la red.
• Válvulas de secuencia: El elemento neumático necesita una mínima presión para su funcionamiento, se desea que el flujo de aire se establezca si existe una presión determinada a la entrada de la válvula.
• 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.
  • Microrruptores eléctricos: finales de carrera.

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.

*La amortiguación interna de los cilindros evita problemas derivados de las fuerzas de choque que se generan al final de la carrera por efecto de la velocidad.

• 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.

Oleo hidráulica

Se emplea para referirse a la transmisión y control de energía y movimiento por medio de los aceites. Ventajas:

• Eficiencia: toda la energía transmitida se transforma en trabajo.
• El movimiento de los actuadores es bastante uniforme.
• Control de funcionamiento: regulación de fuerza y velocidad sencilla.
• Flexibilidad de instalación: las tuberías pueden ser flexibles.
• Reducido espacio: los componentes funcionales son de menor tamaño.
• Posibilidad de uso: pueden protegerse de sobrecargas y pueden ser reversibles.
• Auto lubricación: requiere bajo o nulo mantenimiento.

Inconvenientes:

• Los elementos mecánicos son más costosos.
• Son más sucios y sensibles a la temperatura.
• El aceite envejece, necesario sustituirlo.
• Cuando les entra aire pueden sufrir bloqueos.
• Las elevadas presiones en caso de roturas provocan accidentes.
• La presencia de suciedad junto al fluido puede taponar los conductos.

Componentes:

1. Depósito: Refrigera el aceite, separa las partículas contaminantes, separa el aire contenido en el fluido, separa el agua contenida en el fluido.

2. Intercambiadores de calor: Regula la temperatura del fluido. Enfriadores.

• 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.
• Filtro de presión: instalados en la línea de presión.
• Filtros de retorno: se instala 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.
• Bomba de pistones: puede ser radial o axial. Basan su funcionamiento en el movimiento sucesivo y repetitivo de una serie de pistones dentro de una cámara.
• Bomba de engranajes: puede ser interior o exterior. Depende de donde se sitúe el piñón conductor, que acciona al piñón conducido.

Características 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.
  • La obturación del filtro de aspiración.
• Rendimiento volumétrico: cantidad que una bomba suministra. Es igual al caudal real entre el caudal efectivo.

5. Tuberías:

• A) 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.
• B) 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.

6. 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 nitrógeno de la vejiga permitiendo el almacenamiento de fluido.

Aplicaciones:

• Reserva de fluido.
• Amortiguación de suspensión.
• Absorber impurezas.
• Compensar las fugas en un circuito.
• Fuente auxiliar de energía.
• Amortiguador de golpe de ariete.

7. Elementos de distribución, control y actuadores: similares a los de neumática pero más robustos para soportar mayores presiones.