Neumática e hidráulica 4 ESO

1. NEUMÁTICA E HIDRÁULICA
4º ESO

2. Índice
Primera parte: neumática
¿Qué son los sistemas neumáticos? Algunas aplicaciones
Un poco de historia
Magnitudes e instrumentos
Ventajas y desventajas del aire comprimido
Circuitos neumáticos
Principios físicos
Paralelismos con los circuitos eléctricos
Componentes y simbología
Simulación
Segunda parte: hidráulica
Ventajas y desventajas de la oleohidráulica
Circuitos hidráulicos
Principios físicos
Componentes y diferencias con los circuitos neumáticos
Simulación

3. Primera parte: NEUMÁTICA

4. ¿Qué son los sistemas neumáticos?
Los sistemas neumáticos son circuitos que utilizan aire comprimido
para transmitir energía.
Los sistemas hidráulicos son similares a los neumáticos, pero en
lugar de aire comprimido emplean fluidos incompresibles como
agua o aceite. En la industria se usa más el aceite al producir menor
corrosión sobre los conductos y servir de refrigerante.
Ambos se encuentran en todos los ámbitos: regadío,
instalaciones de agua potable, frenos, suspensiones,
apertura de puertas, etc.
Vamos a conocer cómo se implantan estos sistemas
en la industria.

5. Un poco de historia - Neumática
A finales del s. XVII el físico francés Denis Papin realiza la primera
transmisión neumática.
En el s. XIX se utiliza como fuente de energía para frenos de trenes,
perforadoras de percusión, ascensores… A finales de siglo se deja
de desarrollar debido a la competencia de otros tipos de energía
(máquinas de vapor, motores y electricidad).
Tras la Segunda Guerra Mundial reaparece a gran escala por la
automatización del trabajo en las industrias.
El uso del aire comprimido se remonta al Neolítico,
cuando aparecieron los fuelles de mano para
avivar el fuego de las fundiciones o para airear
minas de extracción de minerales.

6. Un poco de historia - Hidráulica
En el s. XV, Leonardo da Vinci empieza el estudio de la hidráulica.
Le siguen Galileo, Pascal, Bernoulli...
En el s. XIX, con el desarrollo de tubos de hierro fundido, capaces de
resistir altas presiones internas, la hidráulica se extendió
rápidamente en la industria hasta nuestros días.
La utilización del agua data de muy
antiguo. Se conocen obras de regadío
en Mesopotamia, 45 siglos AC.
Los grandes acueductos romanos
empiezan a construirse desde 312 AC,
y el agua llegaba a las viviendas por
tubos de plomo.

7. Presión: fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo.
Las unidades que se utilizan para la presión son:
En el Sistema Internacional: el Pascal (Pa)
Pero el Pascal es muy pequeño para las presiones con las que vamos a
trabajar, por lo que emplearemos el bar.

El aire comprimido que se emplea en la industria se comprime hasta alcanzar
una presión de unos 6 bares con respecto a la atmosférica (presión relativa).
Magnitudes e instrumentos (1)
1 Pa = 1 N/m
2
Presión = Fuerza / Superficie
10
5
Pa = 1 bar ≈ 1 atmósfera

8. Magnitudes e instrumentos (2)
Los manómetros son instrumentos que nos indican el valor de la presión
relativa que estamos utilizando.
Presión absoluta = P. atmosférica + P. relativa
El manómetro
mide esto

9. Magnitudes e instrumentos (3)
Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa una sección de la tubería
en la unidad de tiempo.
Las unidades que se utilizan para el caudal son litros/segundo.
Los instrumentos para medir el caudal se llaman caudalímetros.
Las magnitudes que usamos en neumática e hidráulica equivalen a otras
magnitudes eléctricas que hemos usado anteriormente.
Caudal = Volumen / Tiempo
Magnitudes eléctricasMagnitudes neumáticas e hidráulicas
Intensidad Caudal
Tensión (voltaje)Presión

10. Ventajas del aire comprimido
La materia prima, el aire, es abundante y gratuita.
Se puede transportar fácilmente mediante tuberías.
Se puede almacenar en depósitos.
Es seguro, no existe peligro de explosión ni incendio.
Es limpio (importante para industrias químicas, alimentarias, etc.).
No le afectan las temperaturas extremas.
No hay riesgo de sobrecarga.
La velocidad de trabajo es alta y se puede regular.

11. Desventajas del aire comprimido
Debe ser preparado antes de usarlo, eliminando la humedad y
las impurezas que pueda contener.
Debido a que el aire se comprime, no permite velocidades de los
elementos de trabajo regulares y constantes.
Los esfuerzos de trabajo son limitados (hasta 30.000 N).
Es ruidoso debido a los escapes de aire.
Es costoso, porque aunque el aire es gratuito hace falta gastar
energía para comprimirlo.

12. Circuitos neumáticos

13. Principios físicos
El aire, para presiones inferiores a 12 bares se comporta siguiendo la ley
de los gases perfectos:
P * V = m * R * T
Si mantenemos constante la temperatura tenemos:
Si mantenemos constante la presión tenemos:
Si mantenemos constante el volumen tenemos:
P = presión (N/m
2
)
V = vol. Específico
(m
3
/kg)
m = masa (kg)
R = cte. del aire
(286,9 J/kg * K)
T = temperatura (K)
Modificando la presión, la temperatura cambia y viceversa
P / T = cte.
Modificando la presión, el volumen cambia y viceversa
P * V = cte.
Modificando el volumen, la temperatura cambia y viceversa
V / T = cte.

14. Paralelismo con circuitos eléctricos
Para comprender cómo funcionan los circuitos neumáticos vamos a
compararles con los eléctricos.
Circuitos eléctricosCircuitos neumáticos o hidráulicos
Pila Compresor o bomba
Cables Tuberías
Interruptores Válvulas de control
Actuadores Cilindros neumáticos o hidráulicos
v=0
2
1

15. Funcionamiento del circuito neumático
Haz click en el profesor para ver el funcionamiento del circuito.
21
3

16. Componentes – El compresor
El compresor es una máquina que comprime el aire atmosférico hasta que
alcanza la presión de funcionamiento de la instalación.
El aire del compresor se almacena en un depósito para su posterior utilización,
llamado acumulador.
La unidad de mantenimiento prepara el aire para que dañe lo menos posible
las tuberías y los actuadores.
Filtro
Regulador de presión
Lubricador
Manómetro
Símbolo
Símbolo
Símbolo

17. Componentes – El compresor
Algunos tipos de compresores:
Compresores de émbolo: los más utilizados.
Funcionan como el motor de un automóvil,
produciendo el movimiento alternativo de un
pistón.
Compresores rotativos: El giro de un rotor
aspira el aire y lo comprime, aumentando su
presión. Son más silenciosos que los anteriores
y proporcionan un flujo de aire más uniforme.
Símbolo del compresor

18. Componentes – Tuberías
Las tuberías son los conductos a través de los
que se canaliza el aire para que llegue a
todos los elementos. Pueden ser:
Rígidas, de cobre o acero
Flexibles, de goma reforzada con malla metálica
v=0
2
1

19. Componentes - Actuadores
Los actuadores neumáticos, como cilindros y motores, transforman
la presión del aire en trabajo mecánico o movimiento.
Los cilindros se emplean cuando se desea un movimiento rectilíneo
alternativo, para desplazar objetos o mover brazos de robots.
Cilindro de simple efecto
Cilindro de doble efecto

20. Componentes - Actuadores
Cilindro de simple efecto:
Es un tubo cilíndrico cerrado dentro del cual hay un émbolo unido a un vástago.
En un extremo hay un orificio de entrada/salida de aire y en el otro, un muelle
que facilita el retorno del vástago.
Este tipo de cilindro trabaja en un solo sentido: cuando el aire a presión entra
impulsa al vástago comprimiendo el muelle. El retroceso y desalojo del aire se
produce por la fuerza del muelle, que devuelve al sistema a su posición inicial.
Símbolo del cilindro
de simple efecto

21. Componentes - Actuadores
Cilindro de doble efecto:
Es muy similar al cilindro de simple efecto, pero sin el muelle. El retorno se hace
introduciendo aire a presión por otra entrada.
Este tipo de cilindro trabaja en los dos sentidos: cuando el aire entra en él a
presión por uno de los orificios desaloja el aire del otro compartimento.
Símbolo del cilindro
de doble efecto

22. Componentes - Actuadores
2
1 3
Accionamiento de un cilindro
de simple efecto
Accionamiento de un cilindro
de doble efecto
4 2
1 3

23. Componentes - Actuadores
Los actuadores rotativos, como el motor
de paletas se utilizan para hacer girar
objetos o máquinas herramientas, el
motor de una taladradora, atornillar,
etc.
También se utilizan los cilindros
basculantes para producir movimientos
circulares alternativos.
Símbolo del cilindro
basculante
Motor neumático de 1
y 2 sentidos de giro

24. Componentes - Válvulas
Las válvulas son elementos de mando y control que permiten y
controlan el paso del aire en una dirección u otra.
Son el equivalente neumático de los interruptores eléctricos.
Se clasifican en:
Válvulas distribuidoras
Válvulas de control de caudal
v=0
2
1
Válv ula de 2/n v ías

25. Componentes - Válvulas
Una válvula es una especie de caja con unos orificios que sirven de
entrada y salida del aire comprimido. La válvula tiene en su interior un
elemento móvil, cuya posición determina la dirección que tomará el aire.
Los parámetros que definen una válvula son:
Número de vías: Las entradas y salidas que tiene la válvula.
Número de posiciones: El número de estados posibles de la válvula.
Sistemas de accionamiento y retorno (pilotaje): Son mecanismos para
accionar y retornar la válvula. Los más utilizados son el pulsador, el
enclavamiento, los sistemas de retorno por muelle y el neumático.
Las válvulas se identifican por el número de vías y el de posiciones. Así,
una válvula 2/2 tiene 2 vías y 2 posiciones, una válvula 3/2 tiene 3 vías y
2 posiciones.
Ejemplo: válvula 2/2
NC (normalmente
cerrada)
2
1

26. Componentes - Válvulas
Tipos de sistemas de accionamiento y retorno: Los más utilizados son el
pulsador, el enclavamiento, los sistemas de retorno por muelle y el neumático.
Ejemplo: válvula 3/2
2
1 3
Ejemplo: válvula 4/3
4 2
1 3
Válvula 3/2 con
accionamiento manual
y retorno manual
2
1 3

27. Ejercicio
Designa las siguientes válvulas:
2
1 3
4 2
1 3
Solución 1: Válvula 3/2 de accionamiento manual y
retorno por muelle.
Solución 2: Válvula 4/3 de accionamiento manual y
retorno por pulsador con enclavamiento.
Solución 3: Válvula 5/2 de accionamiento por pedal y
retorno por muelle.
4 2
5
1
3
1

28. Componentes - Válvulas

29. Componentes - Válvulas
21
3
Funcionamiento de una
válvula 3/2

30. Componentes - Válvulas
4
2
5
1
3
Funcionamiento de una
válvula 5/2
1

31. Componentes - Válvulas
Válvula antirretorno:
Permite el paso del aire libremente cuando circula desde el terminal 2 al 1, y lo
impide en sentido contrario.
2 1
Símbolo de la válvula
antirretorno

32. Componentes - Válvulas
Válvula reguladora de flujo unidireccional:
Regula el caudal de aire comprimido que pasa en un sentido de circulación,
mientras que en el otro sentido lo deja fluir libremente.
Válvula reguladora
unidireccional
2
1 3
2
1 3
50%

33. Componentes - Válvulas
Válvula lógica “AND”:
Este tipo de válvula dispone de dos entradas y una salida. El aire podrá
circular hacia la salida sólo si las dos entradas reciben simultáneamente aire a
presión. Por ello también es conocida como válvula de simultaneidad.
2
1 3
2
1 3
1 1
2
Símbolo de la válvula
AND
1 1
2

34. Componentes - Válvulas
Válvula lógica “OR”:
Dispone de dos entradas y una salida. El aire podrá circular hacia la salida si
al menos una de las entradas recibe alimentación de presión. También se
conoce como válvula selectora.
2
1 3
2
1 3
1 1
2
Símbolo de la válvula
OR
1 1
2

35. Simbología
Válvulas distribuidoras
Símbolo Descripción
Válvula 3/2 NC
Válvula 4/2
Válvula 5/2
Válvula 5/3 NC
Válvula 5/3 en posición de
escape

36. Simbología
Válvulas de control
Símbolo Descripción
Válvula antirretorno
Válvula reguladora de flujo
unidireccional
Válvula AND (Y)
Válvula OR (O)

37. Ejercicio
Copia en tu cuaderno los siguientes circuitos, nombra cada uno
de sus elementos, explica su funcionamiento y búscales una
aplicación práctica.
2
1 3
2
1 3
50%
2
1 3
2
1 3
1 1
2

38. Simulación – Circuitos neumáticos
Utilizaremos el programa fluidsim para circuitos neumáticos, cuya
versión de demostración, gratuita, podéis encontrar aquí:
Enlace a la página de fluidsim

39. Segunda parte: HIDRÁULICA

40. Ventajas de la oleohidráulica
Permite trabajar con fuerzas más grandes que la neumática.
El aceite empleado en el circuito se recupera fácilmente.
La velocidad de actuación es fácilmente controlable.
Las instalaciones son compactas.
Protección simple contra sobrecargas.
Pueden realizarse cambios rápidos de sentido.

41. Desventajas de la oleohidráulica
El fluido es más caro.
El fluido es muy sensible a la contaminación.
Se producen pérdidas de carga por rozamiento.
Es necesario personal especializado para su mantenimiento.

42. Circuitos neumáticos

43. F1/S1 = P = F2/S2
Es decir: si sobre el pistón de poca
superficie aplicamos una fuerza
pequeña, ésta se transmite al pistón
de superficie grande, amplificada.
Pero aunque la fuerza se amplifique,
no sucede lo mismo con la energía,
que se conserva.
Principios físicos
Principio de Pascal: Cuando se aplica presión a un fluido incompresible
encerrado en un recipiente, esta presión se transmite instantáneamente y
por igual a todo el fluido.

44. Principios físicos
Principio de Bernoulli o Ley de Continuidad: El caudal de un fluido
incompresible se mantiene constante en los circuitos hidráulicos en serie.
Por otro lado cuando la velocidad del fluido aumenta, disminuye la
presión (efecto Venturi).
Q1 = Q2 = cte.
A1 * v1 = A2 * v2
Como A1 > A2,
entonces v2 > v1
Q = caudal
A = sección del tubo
v = velocidad del fluido
v2 > v1
P2 < P1

45. Simbología – Comparación con neumática
Bombas, compresores y motores
Símbolo Descripción
Compresor para aire comprimido
Bomba hidráulica de flujo unidireccional
Depósito neumático
Depósito hidráulico
Motor neumático 1 sentido de giro
Motor neumático 2 sentidos de giro
Cilindro basculante 2 sentidos de giro
Motor hidráulico 1 sentido de giro
Motor hidráulico 2 sentidos de giro

46. Simulación – Circuitos hidráulicos
Utilizaremos el programa fluidsim para circuitos hidráulicos, cuya versión
de demostración, gratuita, podéis encontrar aquí:
Enlace a la página de fluidsim