Actualmente los sistemas neumáticos e hidráulicos se encuentran difundidos por todos los ámbitos: riego de campos, instalaciones de agua potable y de desechos, en los vehículos de transporte, sistemas de aire acondicionado, entre otros muchos campos de aplicación. Sin embargo es en la industria donde nos interesa conocer cuál ha sido su implantación. Los circuitos neumáticos e hidráulicos, son cada día más empleados en maquinaria de construcción (excavadoras, grúas...), medios de transporte, en sistemas de fabricación, ensamblaje y manipulación, sistemas robotizados o industrias de procesos continuo…
Dos son las ciencias que estudian los fluidos en equilibrio y en movimiento, ya sean gaseosos (Neumática) o líquidos (Oleo-Hidráulica). Por tanto, podremos definir las tecnologías neumática y oleo-hidráulica como aquellas tecnologías destinadas a aprovechar las capacidades energéticas de los fluidos a presión para obtener un trabajo útil y convertir los procesos manuales en automáticos o semiautomáticos.
PRINCIPIOS BÁSICOS
Se define presión como el cociente entre el valor de la fuerza aplicada sobre una superficie y el área de ésta.
En el Sistema Internacional (SI), la presión se mide en Pascales. No obstante, por ser una unidad muy pequeña, es más práctico emplear la derivadas de esta unidad en Kilo Pascales (KPa) o Mega Pascales (MPa)
Otras unidades que se
pueden emplear son la (atm), el (bar) y los (mmHg)
Se deben distinguir tres tipos de presión…
Presión atmosférica (Patm), que es la Presión ejercida por el aire que rodea la Tierra. Se mide con un barómetro.
Presión absoluta (Pabs), que es la Presión total en un punto referenciada al vacío (Presión del vacío = 0).
Presión manométrica, relativa o de trabajo (Pr), que es la diferencia de presiones entre la presión absoluta y la presión atmosférica. Esta presión es la usada en hidráulica y neumática; midiéndose con un manómetro.
El fluido.
Un fluido es una materia en el que las fuerzas entre las partículas que los componen son de tal magnitud que les permite fluir y ocupar total (los gases) o parcialmente (los líquidos) el recipiente que los contiene; es decir adoptan la forma de los recipientes que los contienen. Su comportamiento se basa en la ley de los gases.
En donde podemos
distinguir tres tipos de conductas…
Isobáricas, que hacen referencia a comportamientos
de igual presión
Isotérmicas, que hace referencia a
comportamiento de igual temperatura
Isocóricas, con un comportamiento de igual volumen
El fluido
que normalmente se
utiliza en hidráulica
es aceite mineral, por lo que los circuitos que emplean dicho fluido de
trabajo reciben el
nombre de oleo-hidráulicos. La
gran diferencia entre trabajar
con aire a trabajar con líquidos, es que los líquidos son
prácticamente incompresibles (no
se pueden comprimir), y que poseen una mayor viscosidad
(producen pérdidas de carga).
La estructura
de los fluidos
hace que en
ellos se transmitan
presiones. Este comportamiento fue
descubierto por el físico francés Blaise
Pascal, quien estableció el
siguiente principio
“La presión ejercida en
un punto de un fluido se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido”.
El caudal.
Se puede definir el caudal como el volumen de un fluido (gaseoso o líquido) que atraviesa una sección (S) por unidad de tiempo (t)
Si el Volumen = Sección · longitud y la velocidad = longitud/tiempo
El trabajo.
El trabajo es el producto entre la fuerza aplicada (F) sobre una superficie, y el desplazamiento que en ésta provoca (d)
Trabajo (W) = Fuerza (F) · Desplazamiento (d)
W = F · d = Newton · metro = N · m
(Julio)
Potencia.
La potencia es la cantidad de trabajo producida
por unidad de tiempo.
Características de la neumática.
El aire
está compuesto básicamente
de un nitrógeno
(78%), oxígeno (21% ) y otros
gases. A su vez, contiene cantidades variables de CO2, vapor de agua y partículas en
suspensión.
En su favor tenemos que…
Ø El aire es muy abundante (disponible de manera ilimitada) y gratuito.
Ø Fácil de transportar y fácil de almacenar en depósitos.
Ø No contamina (puede liberarse directamente a la atmósfera, por lo que no se precisa circuito de retorno).
Ø Es seguro, ya que no existe peligro de explosión ni incendio.
Ø Resistente a las variaciones de temperatura.
Ø Altas velocidades de trabajo.
Ø Fácil regulación de la velocidad y fuerzas.
En su contra por ser un gas…
Ø Presenta alta compresibilidad.
Ø Baja viscosidad.
Ø Y ocupa todo el recipiente que lo contiene.
Composición de un circuito neumático
Grupo compresor.
Es el conjunto de dispositivos
encargados de filtrar y captar el aire del exterior a presión atmosférica,
elevando su presión y cediéndolo posteriormente
al resto del circuito.
Consta de…
Filtro de captación que impide la entrada de partículas extrañas en el aire del circuito.
Motor, que es un dispositivo que produce energía mecánica comunicándosela al compresor.
Compresor, que es el elemento
encargado de transformar la energía mecánica o eléctrica del motor en energía
de presión; es decir, elevar la presión
del fluido de trabajo. Por tanto, el compresor toma aire del exterior, a
presión atmosférica, y lo comprime
aumentando su presión. Los compresores se
diferencian por el caudal que son capaces de suministrar a la red neumática,
y la presión
Refrigerador.
Son dispositivos encargados
de refrigerar el
aire comprimido, consistente en
una serie de tubos por los que circula el refrigerante o
el aire comprimido
que intercambia calor
con el fluido
exterior, provocando el
enfriamiento del fluido de trabajo. Al refrigerarse el aire se condensa agua que hay que eliminar a
través de la purga. El enfriamiento puede realizarse por aire o por líquido.
Acumulador.
Es el depósito hermético
que recibe el aire a presión almacenándolo hasta que
sea requerido su uso. De esta manera el empleo de un depósito evita el
funcionamiento continuo del compresor, que sólo se pondrá en
funcionamiento al detectarse presiones bajas en el depósito.
Posee una válvula de sobrepresión y otra de purga del agua que condensa
interiormente. Su capacidad varía según las necesidades de la instalación.
Red de distribución.
La conforman el conjunto
de conducciones y órganos de conexión (codos,
divisores de flujo, T's, racores...) Encargados de distribuir el fluido
de trabajo entre los distintos elementos del circuito.
Válvulas.
Actuadores.
Don los dispositivos o elementos
encargados de transformar la energía
de presión del fluido
de trabajo. Se pueden distinguir
una gran variedad, que se clasifican en aquellos que son de doble efecto y los
de simple efecto.
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