Sistemas neumáticos y oleohidráulicos: Estudio y diseño

SISTEMAS NEUMÁTICOS
y OLEOHIDRÁULICOS
- ESTUDIO Y DISEÑO -
Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁN
Dpto. de Tecnología
IES CAP DE LLEVANT - MAÓ
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATO
Maó - 2010

2
Contenido
 Análisis de las propiedades de los fluidos. Uso de las unidades físicas
correspondientes y de las leyes de los gases.
 Formulación del principio de Pascal y el teorema de Bernoulli.
 Resolución de ejemplos sencillos. Autonomía en la resolución de problemas y
ejercicios.
 Circuitos neumáticos y oleohidráulicos: Componentes, funcionamiento y simbología
normalizada.
 Circuitos característicos de aplicación.
 Bombas y compresores de aire. Análisis de una red de alimentación de aire
comprimirdo
 Fluidos para circuitos oleohidràulics. Interés por la investigación de nuevos materiales.
 Conducción de fluidos. Caudal. Presión interior. Pérdidas.
 Técnicas de depuración y filtrado.
 Elementos de acción, regulación y control. Interpretación de esquemas.
 Simulación y montaje de circuitos. Satisfacción por el trabajo bien hecho.
CONTENIDO MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS

3
Fluidos
 FLUIDOS: son sustancias o medios continuos que se
deforman continuamente en el tiempo ante la aplicación
de una tensión tangencial sin importar la magnitud de
ésta.
 La posición relativa de sus moléculas puede cambiar
continuamente.
 Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No
obstante, los líquidos son mucho menos compresibles que
los gases.
 Tienen viscosidad, aunque la viscosidad en los gases es
mucho menor que en los líquidos.

4
Fluidos: Propiedades físicas (I)
 PRESIÓN es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de
superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada
fuerza resultante sobre una superficie. La presión se mide en
pascales (Pa), bares (bar) o atmósferas (atm).
 
Pa
S
F
P  Pa
101300
bar
1.013
atm
1 

 PRESIÓN RELATIVA o MANOMÉTRICA es la medida respecto de la
presión atmosférica y por encima de ésta.
 DENSIDAD es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida
en un determinado volumen. La densidad se mide en Kg/m3.






 3
Kg/m
V
m
ρ

5
Fluidos: Propiedades físicas (II)
 VISCOSIDAD es la oposición de un fluido a las deformaciones
tangenciales y se justifica por la fricción entre las diferentes capas
que lo forman.
Pa·s
0.1
cm
s
dina
1
p
1 2



 Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal; aunque en
realidad, todos los fluidos conocidos presentan algo de
viscosidad.
 La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro
dependiente de la temperatura llamado coeficiente de
viscosidad o simplemente viscosidad (μ) que se mide en Pa·s o
en Poise (p)

6
Fluidos: Propiedades físicas (III)
 La fuerza de rozamiento entre capas de fluido debida
a la viscosidad será directamente proporcional a la
superficie de éstas y a la variación de la velocidad con la
separación, de la siguiente forma:
Δy
Δv
S
μ
F 
 RESISTENCIA OLEODINÁMICA es la magnitud que expresa la
oposición de un conducto al paso flujo de aceite. Es equivalente al
concepto de resistencia eléctrica de un conductor.
 
4
4
Kg/sm
D
d
l
0.062
R


Donde
  es la viscosidad cinemática (m2/s)
 D es el diámetro del tubo (m)
 d es la densidad del aceite (Kg/m3)
 l es la longitud del tubo (m)
ρ
υ
μ 

7
Fluidos: Propiedades físicas (IV)
 PÉRDIDA DE CARGA es la disminución de presión que experimenta un
líquido al circular por un conducto. Se suele expresar en mm (altura de
columna de líquido)
 
mm
2g
v
D
l
ψ
h
2
f 
Donde
  es el coeficiente de fricción
(adimensional)
 D es el diámetro del tubo (m)
 v es la velocidad de circulación del
líquido (m/s)
 l es la longitud del tubo (m)
 g es la gravedad (9.8 m/s2)

8
Fluidos: Propiedades físicas (V)
1070N
inas
107028029d
0.0125cm
16.7cm/s
23562cm
3.4poises
Δy
Δv
S
μ
F 2





 Un elevador hidráulico consiste en un pistón de 250mm de diámetro
que se aloja en un cilindro de 250.25mm de diámetro. El espacio anular
está lleno de un aceite con viscosidad cinemática 4x10-4 m2/s y
densidad de 0.85 g/cm3. Si la velocidad de desplazamiento es de
10m/min, halla la resistencia por fricción cuando la longitud del pistón
dentro del cilindro es de 3m.
___EJERCICIO___
2
INT
CIL
INT
CIL 23562cm
12.5cm
2π
300cm
r
2π
l
S 

 Sup de contacto
16.7cm/s
0
1000cm/60s
v
v
Δv EXT
CIL
INT
CIL 



 Variación v, que
suponemos lineal
3.4poises
0.85g/cm
/s
4cm
ρ
υ
μ 3
2



 viscosidad

9
Caudal
 CAUDAL: es el volumen de fluido que atraviesa una determinada
sección de una conducción por unidad de tiempo.








 /h
3
m
ó
l/s
v
S
t
l
S
t
V
Q

10
Principio de Pascal (I)
 Blaise Pascal demostró que el incremento de
presión aplicado a una superficie de un fluido
incompresible (líquido), contenido en un
recipiente indeformable , se transmite con el
mismo valor a cada una de las partes del mismo.
 El principio de Pascal puede comprobarse
utilizando una esfera hueca, perforada en
diferentes lugares y provista de un émbolo. Al
llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre
ella mediante el émbolo, se observa que el agua
sale por todos los agujeros con la misma presión.

11
Principio de Pascal (II)
 La aplicación primera del principio de Pascal son las prensas
hidráulicas.
2
2
1
1
2
1
S
F
S
F
P
P 



12
Principio de Pascal (III)
2
2
1
1
2
1
S
F
S
F
P
P 


 Un cilindro de prensa tiene una sección de 2.5cm2 y una carrera de
7cm. Si se ejerce sobre él una fuerza de 50N calcular la fuerza
resultante sobre otro cilindro que tiene 150cm2 de sección.
___EJERCICIO___
3000N
2.5cm
150cm
50N
S
S
F
F 2
2
1
2
1
2 




13
Ley de continuidad (I)
 Suponiendo un líquido incompresible, y por tanto de densidad
constante, que circula de forma continua por un conducto de
diferentes secciones, el caudal se mantendrá constante en todas las
secciones, pues circulará el mismo volumen por unidad de tiempo.
(Siempre que no haya aportaciones o pérdidas de líquido).
2
2
1
1
2
1 v
S
v
S
Q
Q 



14
Ley de continuidad (II)
2
2
1
1
2
1 v
S
v
S
Q
Q 


 En una tubería de 24cm de diámetro por donde circula un caudal de
2400l/min se ha acoplado un tramo de 10 cm de diámetro. Determina
las velocidades medias del flujo en los dos tramos de diferente
sección.
m/s
0.88
m
0.12
π
/s
0.04m
S
Q
v 2
2
3
1
1
1 


___EJERCICIO___
s
m
0.04
l
1000
1m
60s
1min
min
l
2400
Q
Q
Q
3
3
2
1 



Tramo 1
m/s
.09
5
m
0.05
π
/s
0.04m
S
Q
v 2
2
3
2
2
2 

 Tramo 2

15
Teorema de Bernoulli.
Energía hidráulica (I)
 Daniel Bernoulli expresa en su teorema que
en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento)
en régimen de circulación por un conducto
cerrado, la energía que posee el fluido permanece
constante a lo largo de su recorrido. La energía
de un fluido en cualquier momento consta de tres
componentes:
 Cinético: es la energía debida a la velocidad
que posea el fluido.
 Potencial gravitacional: es la energía
debido a la altitud que un fluido posea.
 Energía de flujo: es la energía que un
fluido contiene debido a la presión que
posee.
cte
ρgh
P
2
ρ
V2




16
Energía hidráulica (II)
cte
ρgh
P
2
ρ
V2



Pa
8820
1m
9.8m/s
Kg/m
900
ρgh 2
3




 En una conducción hidráulica circula aceite de densidad 0.9 Kg/l, la presión
de salida de la bomba es de 80bar, la velocidad en la línea de conducción de
3.5 m/s y la altura del punto de medida sobre el depósito de aceite es de 1m.
Calcula el porcentaje de cada forma de energía.
Pa
8x10
bar
1
Pa
10
bar
80
P 6
5


Término de presión
3
3
3
3
3
kg/m
900
m
1
dm
10
dm
1
l
1
l
Kg
0.9
ρ 

  Pa
5512.5
2
900Kg/m
3.5m/s
2
ρ
v 3
2
2


 Término de Ecinética
Término de Epotencial
___EJERCICIO___

17
Energía hidráulica (III)
Pa
8014332.5
8820Pa
Pa
8x10
Pa
5512.5
cte
ρgh
P
2
ρ
V 6
2







0.11%
8014332.5
100
Pa
8820
ρgh 


 En una conducción hidráulica circula aceite de densidad 0.9 Kg/l, la presión
de salida de la bomba es de 80bar, la velocidad en la línea de conducción de
3.5 m/s y la altura del punto de medida sobre el depósito de aceite es de 1m.
Calcula el porcentaje de cada forma de energía.
99.82%
8014332.5
100
Pa
8x10
P
6


 Término de presión
0.07%
8014332.5
100
Pa
5512.5
2
ρ
v2


 Término de Ecinética
Término de Epotencial
___EJERCICIO___

18
Potencia hidráulica y consumida (I)
 Potencia hidráulica suministrada por una bomba es la energía de
presión por unidad de tiempo.
 
W
Q
p
t
V
p
P 



 
J
V
p
W 

 Potencia de acción o consumida estará en función del rendimiento
de la máquina.
 
W
η
Q
p
t
η
V
p
η
P
PC






19
Potencia hidráulica y consumida (I)
W
2450
0.80
W
1960
η
P
PC 


 Un circuito oleohidráulico está alimentado a través de una tubería de 10mm
de diámetro, por una central que suministra aceite a una velocidad de 2.5m/s
y a una presión constante de 10MPa. Determina el caudal suministrado por
la central y la potencia absorbida si el rendimiento total estimado es del 80%
___EJERCICIO___
/s
m
0.196x10
2.5m/s
4
m
0.01
π
v
4
D
π
v
S
Q 3
3
-
2
2
2
2






W
1960
/s
m
0.196x10
Pa
10x10
Q
p
P 3
3
6




 

20
Circuitos neumáticos: elementos (I)
 Elementos de trabajo: son los cilindros, actuadores de movimiento
lineal, transforman la energía potencial acumulada en el aire
comprimido en energía mecánica.
 Cilindros de simple efecto
 Cilindros de doble efecto.
 Elementos de mando: son las válvulas, dirigen y regulan el paso de
aire comprimido a los cilindros.
 Válvulas distribuidoras
 Válvulas de bloqueo
 Válvulas antirretorno o de retención
 Válvulas selectoras de circuito
 Válvula de simultaneidad
 Válvulas reguladoras de caudal o estranguladoras
 Válvulas reguladoras de presión
 Válvulas de purga o escape rápido

21
Circuitos neumáticos: elementos (II)
 Detectores: captan la posición o presencia de un objeto o detectan
cambios de magnitudes físicas (normalmente presión).
 Captadores de presión
 Presostatos
 Captadores de umbral de presión
 Captadores de posición
 Por contacto
 microrruptores
 Microválvulas neumáticas
 Captadores de fuga
 Sin contacto
 Captadores de proximidad o réflex
 Captadors de paso o barrera de aire
 Amplificadores de señal
 Contadores neumáticos

22
Cilindros de simple efecto
 La acción del aire comprimido se produce únicamente sobre una
de las caras del émbolo, originando su desplazamiento y su
carrera es de avance. La carrera de retroceso se produce al dejar
de aplicar aire, normalmente por la acción de un muelle.
 Tienen una única entrada de aire
 Necesitan la mitad de aire que los de doble efecto
 Se utilizan principalmente para realizar operaciones de sujeción,
expulsión, apretado, levantamiento, alimentación, etc.

23
Cilindros de doble efecto
 La acción del aire comprimido se produce alternativamente
sobre las dos caras del émbolo, originando carreras de avance y
retroceso.
 Tienen dos entradas de aire, que también funcionan como
salidas cuando por ellas no entra aire.
 Necesitan el doble de aire que los de simple efecto
 Se utilizan cuando el émbolo tiene que realizar también una
función en su retorno a la posición inicial
cilindros

24
Cilindros: parámetros básicos (I)
 Fuerza de accionamiento (Fe): aumentará con la presión que ejerce el
aire (P) y con la superficie del émbolo (S) y disminuirá con la
resistencia del muelle (Fr) y con el rendimiento del cilindro ().
Cilindro de simple efecto: solo efectúa trabajo útil en el avance
    













 r
2
r
r
e F
4
D
π
P
η
F
S
P
η
F
F
η
F
Cilindro de doble efecto: efectúa trabajo útil en el avance y en el
retroceso (en el que se descuenta la superficie del vástago)
4
D
π
P
η
S
P
η
F
η
F
2
ea 



 
4
D
π
P
η
S'
P
η
F
η
F
2
2
er
d






25
Cilindros: parámetros básicos (II)
 Carrera o recorrido (e): es la distancia que se desplaza el émbolo en
el interior del cilindro. Suele coincidir con el desplazamiento L del
vástago y está limitada por el pandeo que éste sufre.
Cilindro de doble efecto: el volumen total será la suma de los volúmenes
en el avance y en el retroceso
 Consumo de aire en un ciclo (V): es el volumen de aire comprimido
que absorbe el cilindro en su movimiento.
Cilindro de simple efecto:
e
4
D
π
e
S
V
2




e
4
D
π
e
S
V
2
a 



  e
4
d
D
π
e
S'
V
2
2
r 




  e
4
d
2D
π
V
V
V
2
2
r
a
t 





26
Cilindros: parámetros básicos (II)
 Naturalmente, este cálculo es para las condiciones de trabajo, en
condiciones normales de humedad relativa (65%), temperatura (20ºC)
y presión (1013mbar). En otro caso, aplicaremos la Ley de Boyle-
Mariotte de los gases:
 Caudal de aire necesario en la maniobra (Q): es el consumo total de
aire comprimido en el total de los n ciclos.
t
aire V
n
Q 

atm
trabajo
absoluta P
P
P 

c.n.
atm
t
absoluta V
P
V
P 


 
atm
t
atm
trabajo
c.n.
P
V
P
P
V



27
Válvulas distribuidoras:
simbología (I)
 Tipos: vienen determinados por el número de
vías, orificios de la válvula, y de posiciones de
trabajo, forma en la que se conectan los
orificios (estado). Normalmente existe una
posición de reposo. En neumática suelen
usarse válvulas de 2 ó 3 posiciones y no más de
4 vías. La nomenclatura se compone de dos
cifras:
vías/posiciones funcionamiento
ejplo: 3/2 NC
 Tipos de conexiones: pueden ser a una fuente
de aire comprimido, a los orificios de uso o a
salidas de escape.
 Sentido de circulación de aire: Las vías se unen
mediante líneas que representan las
conducciones de aire y unas flechas indican el
sentido de éste. Un trazo transversal indica una
línea cerrada.

28
simbología (II)
 Órganos de accionamiento y retorno: El primero pone en
funcionamiento la válvula y se sitúa a la izquierda de la
posición de trabajo, mientras que el segundo devuelve a
la válvula a su posición inactiva y se sitúa a la derecha de
la posición de reposo.
 Los mandos de accionamiento pueden ser manuales,
mecánicos, neumáticos y eléctricos.
 Manual: implica acción voluntaria del operador. Se
usa para iniciar el proceso y en casos para
garantizar la seguridad.
 Mecánicos: se activan por un mecanismo en
movimiento, árbol de levas o el émbolo de los
cilindros. Se usan como captadores de señal.
 Neumático: se usan como regulación de los
actuadores. El aire que las conmuta proviene de
válvulas más pequeñas
 Eléctrico: un electroimán activado desde cualquier
circuito eléctrico de control, final de carrera, etc
desplazará la corredera. Esto permite líneas de
mando a largas distancias.

29
simbología (III)
 ¿Cuál será la denominación de la siguiente válvula?
___EJERCICIO___
 Será una válvula de 3 vías y 2 posiciones
accionada manualmente y con retorno por
muelle.
 Como la posición de reposo es la que manda
normalmente el muelle, esta válvula
normalmente está cerrada en dicha posición
porque se bloquea el paso de la entrada de
aire (vía 1) y se comunica la vía 2 al escape 3.
Al presionar el pulsador manual, se activa la
otra posición, que transfiere el aire
comprimido de la vía 1 a la 2. En cuanto se
suelta el pulsador, el muelle retorna la válvula
a su posición de reposo. Por este motivo se
denomina normalmente «cerrada».
 3/2 NC

30
ejemplos de aplicación (I)
 Control de un cilindro de doble efecto mediante una válvula 5/2 con
accionamiento por palanca y retorno por resorte
___EJERCICIO___
 En reposo, la fuente de aire comprimido
introduce aire en la cámara anterior y el
cilindro no actúa.
 Al accionar la palanca, se conectan las
vías 1 y 4 llegando el aire a la cámara
posterior del cilindro y éste avanza. La
conexión de las vías 2 y 3 permite la
salida del aire contenido en la cámara
anterior.
 Cuando dejamos de actuar, el resorte retorna la válvula a su posición
de reposo original. El aire penetra en la cámara anterior a través de la
conexión 1-2 y origina la carrera de retroceso. La conexión 4-5 permite
la salida del aire de la cámara posterior.

31
ejemplos de aplicación (II)
 Control de un cilindro de doble efecto mediante una válvula 5/2 con
accionamiento y retornos neumáticos gracias a dos válvulas 3/2 con
accionamiento por pulsador y retorno por resorte
___EJERCICIO___
 En reposo la situación es la misma que
en el caso anterior.
 Al presionar la válvula A, damos una
señal de aire a la 5/2, que cambiará su
posición. El cilindre recibe el aire a
presión a través de la conexión 1-4 y se
produce la carrera de avance.
 Al presionar la válvula B, damos a la 5/2
una nueva señal de aire, que la retorna a
su posición original. El cilindro recibe el
aire a través de la vía 2 y se produce su
carrera de retroceso.

32
electroválvula
 Es una válvula pilotada eléctricamente mediante la acción de una bobina
que, al circular corriente por ella, desplaza un vástago ubicado en su
interior.

33
constitución (I)
 Válvula distribuidora 2/2 NC.
Paso y cierre
 Válvula distribuidora 3/2 NC.
Paso en una dirección y
cierre en la contraria
alternativamente. Gobiernan
cilindros de simple efecto

34
constitución (II)
 Válvula distribuidora 4/2.
Paso en ambas direcciones.
 Válvula distribuidora 5/2.
Paso en ambas direcciones
con una segunda salida de
escape que permite que el
escape de cada lado del
cilindro sea independiente.
Gobiernan cilindros de
doble efecto

35
constitución (III)
 Válvula distribuidora 4/3. Se utilizan para
gobernar cilindros de doble efecto. Funcionan
como las válvulas 5/2 pero incorporan una
posición intermedia que permite otras
posibilidades de mando como un bloqueo o una
liberación del elemento de trabajo.
 En la posición intermedia (a) el aire circula
de P a R, con lo que las salidas están
cerradas.
 Estas válvulas no llevan muelle sino un
sistema mecánico o eléctrico de
enclavamiento para poder fijar las tres
posiciones.

36
Válvulas de bloqueo:
antirretorno o de retención
 Es una válvula que permite la circulación
de aire en un solo sentido. La presión del
aire actúa sobre la pieza de bloqueo
reforzando el cierre. Un muelle impide la
abertura en un sentido.
 Se utilizan para puentear elementos por
seguridad o para evitar la influencia
entre dos elementos del circuito.

37
Válvulas de bloqueo: selectora (I)
 Esta válvula cumple la función lógica O (OR o
suma lógica) en los circuitos neumáticos.
 Tiene dos entradas y una salida. El bloqueo
siempre se realiza sobre la entrada con menor
presión, con que haya presión en alguna
entrada, habrá presión a la salida.
 Se usa cuando un actuador o una válvula
distribuidora debe gobernarse indistintamente
desde dos puntos por separado, distantes
físicamente uno del otro, con dos
accionamientos diferentes.

38
Válvulas de bloqueo: selectora (II)
 Accionamiento de la puerta de un autobús desde la palanca del chófer
(siempre y cuando esté pulsado el freno de mano) o desde el pulsador de
emergencia. Además, tanto la velocidad de apertura como la de cierre están
reguladas.

39
Válvulas de bloqueo: de
simultaneidad
 Esta válvula cumple la función lógica Y (AND o producto
lógico) en los circuitos neumáticos. Tiene dos entradas
y una salida. El bloqueo siempre se realiza sobre la
entrada que no está purgada.
 En todo caso, lo interesante de esta válvula es que para
obtener señal a la salida debe haber señal en las dos
entradas. Por este motivo, se usa preferentemente en
equipos de enclavamiento y de control, como el
accionamiento de una prensa neumática por un
operario. Por razones de seguridad, sólo debe bajar la
prensa si el operario mantiene activadas dos válvulas a
la vez.
 El circuito de la figura presenta este funcionamiento,
donde el vástago del cilindro de simple efecto es el
émbolo de la prensa. Para que el vástago del cilindro 1.0
salga, deben activarse las dos válvulas 3/2 NC
manuales. En cuanto una se desactive, conecta una
entrada de la válvula de simultaneidad a escape, con lo
que el cilindro recogerá su émbolo gracias a la acción
del resorte interno.

40
Válvulas de bloqueo: reguladora
de flujo o caudal
 Las válvulas reguladoras de flujo ajustan el caudal
circulante a un valor fijo o variable. Su principio de
funcionamiento es la estrangulación del aire reduciendo
la sección de paso del aire y, por tanto, su caudal.
 Existen dos tipos de válvulas de flujo:
 Válvulas estranguladoras bidireccionales, que
actúan sobre el caudal en cualquiera de los dos
sentidos de flujo.
 Válvulas estranguladoras unidireccionales, que
actúan sobre el caudal en un solo sentido de flujo.
 El mecanismo de estrangulación puede ser por
diafragma o por estrechamiento del conducto de paso.
Los estrechamientos pueden ser constantes o variables.
 En neumática sólo se usan en la práctica
estranguladores regulables, y sólo se reserva el ajuste
mecánico a los estranguladores unidireccionales.
 También se pueden considerar válvulas de flujo los
silenciadores y reguladores de escape si actúan sobre
el caudal.

41
estranguladora unidireccional
 La válvula estranguladora unidireccional o
estranguladora de retención es una válvula
híbrida que reúne características del
funcionamiento de las válvulas del bloqueo y de
las de flujo. Se usan como válvulas de flujo, para
regular la velocidad de los actuadores, pero sólo
en un sentido de su movimiento.
 Si interesa disponer de velocidades de avance y
retroceso diferentes y controladas, en los
cilindros de doble efecto, se disponen dos
válvulas, una en cada vía del cilindro. Si interesa
que la velocidad de avance y retroceso sea la
misma, basta con poner una válvula
estranguladora normal, no unidireccional; o
regular las dos de antes al mismo valor.

42
reguladoras de presión (I)
 Actúan sobre la presión del aire en circulación,
controlándola desde un valor nulo hasta el máximo
valor de alimentación. Pueden tener salida al exterior
o hacia otro elemento del circuito.
 El ajuste del valor nominal de control se puede
realizar a mano o mediante electricidad (válvulas
proporcionales). Esta posibilidad de ajuste se refleja
con una flecha inclinada de los símbolos.
 En general, se usan poco en neumática, aunque son
necesarias en los equipos de producción del aire
comprimido.
 Según su colocación en el circuito cumplen
diferentes funciones:
 Válvulas limitadoras de presión o de seguridad.
 Válvulas de secuencia.
 Válvulas reguladoras de presión o reductoras.

43
reguladoras de presión (II)
 Válvula limitadora de presión o de seguridad: La
válvula limitadora impide que la presión de un
sistema sea mayor que la fijada manualmente a
través de un tornillo. Al sobrepasarse esta presión
máxima permitida, la válvula abre la conexión con la
atmósfera, con lo que se reduce la presión hasta el
valor nominal. Entonces se vuelve a cerrar el orificio
de purga. Se usa en todo equipo productor de aire
como válvula de seguridad.
 Válvula de secuencia: Se abre cuando se
alcanza una presión predefinida. El principio
de funcionamiento es el mismo que el de la
limitadora. La diferencia reside en que en vez
de conectar a escape, se conecta a una o
varias vías de trabajo. Se usa para detectar
cuando un cilindro alcanza una presión
prefijada y deja escapar el aire por seguridad.

44
reguladoras de presión (III)
 Válvula reductora: El movimiento de una
membrana se encarga de regular la presión de
salida, que siempre será menor que la de entrada.
Este es otro tipo de válvula de secuencia

45
Válvulas de bloqueo: de escape
rápido (I)
MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS
 Sirven para la rápida purga de cilindros y conductos;
sobre todo en cilindros de gran volumen. La
velocidad del embolo puede ser aumentada de
manera apreciable.
 La junta del labio cierra el cilindro R cuando el aire
fluye de P hacia A abriéndose al lado de
estanqueidad. Al pulgar el aire, desciende la presión
en P, el aire comprimido de A impulsa la junta hasta
P, fluyendo todo el aire directamente por R hacia la
atmósfera.

46
Válvulas de bloqueo: de escape
rápido (II)
MECÁNICA DE FLUIDOS C. NEUMÁTICOS C. OLEOHIDRÁULICOS
 Ejemplo de aplicación de purgado de cilindros. Al pulsar, hay presión en P
y se llenan de aire los cilindros. Cuando no se pulsa, se purgan los
cilindros por la vía R

47
Detectores neumáticos
 Detectores: captan la posición o presencia de un objeto o detectan
cambios de magnitudes físicas (normalmente presión).
 Captadores de presión
 Presostatos
 Captadores de umbral de presión
 Captadores de posición
 Por contacto
 microrruptores
 Microválvulas neumáticas
 Captadores de fuga
 Sin contacto
 Captadores de proximidad o réflex
 Captadores de paso o barrera de aire
 Amplificadores de señal
 Contadores neumáticos

48
Detectores: microválvulas neumáticas (I)
 Son captadores de posición por contacto físico del objeto a detectar,
normalmente el vástago del cilindro.
 Normalmente son válvulas 3/2 pequeñas y su función es gobernar a las válvulas
distribuidoras mediante señales neumáticas.
 Suelen ser accionadas por pulsadores, o rodillo y el retorno por muelle.

49
Detectores: microválvulas neumáticas (II)
 Son muy utilizadas como final de carrera en el avance de un cilindro.

50
Detectores: microrruptores eléctricos
 Son electroválvulas con accionamiento y retorno mediante bobinas.
 Tienen las mismas funciones que las microválvulas pero las señales que utilizan
son eléctricas y los elementos de gobierno son electroválvulas.

51
Detectores: de paso (I)
 Son captadores de posición sin contacto físico.
 Constan de dos elementos independientes de
captación de una señal neumática de baja presión
y poco caudal; uno será el emisor y el otro el
receptor. Su función es detectar presencia o
ausencia de un objeto.
La presencia de objeto
implica ausencia de señal
neumática en X

52
Detectores: de paso (II)
 El ejemplo muestra un circuito
para accionar un cilindro de
doble efecto cuando en la zona
de influencia del detector T se
interpone la pieza A.

53
Detectores: de proximidad (I)
 Son captadores de posición sin contacto físico.
 Aprovechan la reflexión de aire en el objeto a detectar.
 A diferencia de los detectores de paso, emisor y receptor
están integrados en el mismo elemento.
 Su función es detectar presencia o ausencia de un objeto.
La presencia de objeto a una distancia d, implica presencia de señal
neumática en X

54
Detectores: de proximidad (II)
 El ejemplo muestra un circuito
para accionar un cilindro de
doble efecto cuando un objeto
se acerca frontalmente al
detector. La distancia de
detección suelen ser 20mm.

55
Detectores: presostatos (I)
 Detectan cambios de presión y lo transforman en una
señal eléctrica. Por tanto, su función es contraria a la
de una electroválvula.
 El aire a presión empuja una membrana que pone en
contacto los puntos M y D (pulsador eléctrico),
cerrando un circuito eléctrico. (contactos 1 y 3).
 Pueden ser de membrana o de pistón.

56
Detectores: presostatos (II)
 En el ejemplo, cuando la presión que existe en
la entrada de avance del cilindro es aquella
fijada en el presostato, éste cambia a la
posición 3 cambiando la posición de la
electroválvula y accionando de nuevo el
retroceso del cilindro.

57
Producción de aire comprimido:
compresores (I)
 COMPRESOR es una máquina que
toma aire con unas condiciones y
lo impulsa a una presión superior
a la de entrada.
 Son accionados por motores
eléctricos o térmicos.
 Se caracterizan por su caudal y
por su relación de compresión
(relaciona la presión de entrada
con la de salida).

58
Compresores: tipos
 Según su forma de trabajo existen
compresores de émbolo o rotativos.
 Los primeros funcionan de forma similar a
un motor de térmico. Son más baratos pero
más ruidosos. Se refrigeran por aire o por
aceite
 Los segundos aumentan la presión del aire
mediante el giro de un rotor. El aire se
comprime en una cámara de compresión.
Pueden ser de paletas o de tornillo.

59
Red de distribución y tratamiento de
aire comprimido (I)

60
Red de distribución y tratamiento de
aire comprimido (II)

61
Maniobras con circuitos neumáticos (I)
 Mando básico de cilindros (directo e indirecto)
 Mando de cilindros desde diversos puntos
 Regulación de velocidad
 Control de la carrera
 Control de la fuerza del vástago

62
Maniobras con circuitos neumáticos (II)
 Mando básico de cilindros (directo)

63
Maniobras con circuitos neumáticos (III)
 Mando básico de cilindros (indirecto)

64
Maniobras con circuitos neumáticos (IV)
 Mando de cilindros desde diversos puntos

65
Maniobras con circuitos neumáticos (V)

66
Maniobras con circuitos neumáticos (VI)

67
Maniobras con circuitos neumáticos (VII)
Retroceso automático

68
Maniobras con circuitos neumáticos (VIII)

69
Maniobras con circuitos neumáticos (IX)
 Control de la fuerza del vástago

70
Ejemplos de aplicación de circuitos
neumáticos (I)
 Regulación de la longitud de la carrera de un cilindro de doble efecto mediante
microválvulas 3/2 con detección por rodillo fijo y retorno por muelle. El control
del cilindro se hará mediante una válvula 5/2 con accionamientos neumáticos y
la maniobra de inicio mediante una válvula 3/2 accionada por pulsador y retorno
por resorte. Se regulará, también, las velocidades de avance y retroceso del
cilindro.

71
neumáticos (II)
 Control neumático de un
cilindro con funcionamiento
automático mediante válvula
5/2. Realiza un movimiento
rápido hasta la mitad del
recorrido y un trabajo lento
hasta el final, durante la carrera
de avance. La carrera de
retroceso no tiene ajustes de
velocidad.
Válvula para el accionamiento
automático: 3/2 NC con
pulsador manual con
enclavamiento. Los finales de
carrera utilizados, serán
válvulas 3/2 NC. Pilotadas por
rodillos, monoestables. En el
caso del final de carrera S2,
deberá actuar en el sentido de
avance.

72
neumáticos (III)
 Circuito automático de un
cilindro de doble efecto
mediante válvula 5/2. Al pulsar
un pulsador de Marcha el
cilindro comienza a realizar
ciclos hasta que es accionado
el pulsador de Paro, momento
en el que realiza el ciclo y se
para en el estado inicial. Con
la pulsación al botón Reset, se
interrumpe el ciclo y el cilindro
retorna a su posición inicial.
Válvulas para el
accionamiento de pulsadores:
3/2 NC. Pulsador manual,
monostable. Los finales de
carrera utilizados, serán
válvulas 3/2 NC. Pilotadas por
rodillos, monoestables.

73
Fluidos oleohidráulicos
 Los más utilizados son los aceites minerales debido a su elevado
poder lubricante que permite una buena conservación de los
elementos de la instalación. No obstante, en instalaciones con riesgo
de incendio se sustituyen por esteres fosfatados o emulsiones de
agua en aceite (proporciones de 40% de agua es suficiente).
 En todo caso, el fluido utilizado debe cumplir las siguientes funciones:
 Actuar como agente de transporte
 Lubricar los diversos elementos y partes del circuito
 Actuar como anticorrosivo
 Arrastrar impurezas en las canalizaciones, que serán filtradas
 Evacuar el calor generado por fricción

74
Circuitos oleohidráulicos: elementos (I)
 Los elementos que forman un circuito oleohidráulico utilizan aceite
como agente de transporte para obtener energía mecánica, es decir,
trabajo útil.
 Unidad hidráulica o de presión: está formada por:
 Depósito de aceite
 Filtros de aceite para eliminar partículas sólidas
 Bomba que hace circular el aceite gracias a la acción de un motor
eléctrico
 Válvula reguladora de presión para descargar el aceite hacia el
depósito cuando se sobrepasa la presión adecuada.
Bomba
Depósito Filtros
Al circuito
Al depósito
Válvula reguladora
de presión

75
Circuitos oleohidráulicos: elementos (II)
 Elementos de trabajo: convierten la energía de presión en trabajo.
 Cilindros: generan movimiento rectilíneo alternativo
 Motores: generan movimiento circular
 Elementos de mando: son las válvulas de distribución, dirigen y
gobiernan los elementos de trabajo.
 Elementos auxiliares: preparan el aceite en condiciones óptimas de
limpieza, presión y caudal para conseguir el máximo rendimiento.
 Válvulas de bloqueo
 Filtros

76
Circuitos oleohidráulicos: ventajas frente
a la neumática
 Fácil regulación de velocidad, ya que los aceites son fluidos
incompresibles
 Los accionamientos hidráulicos se pueden invertir instantáneamente,
sin punto muerto
 El uso de una válvula limitadora de presión protege al circuito frente a
sobrecargas.
 Un actuador hidráulico puede detenerse en cualquier posición sin
riesgo de fugas o sobrecalentamientos, gracias a la incompresibilidad
de los líquidos

77
Bomba hidráulica (I)
 Aspiran aceite del depósito y lo impulsan a
una determinada presión y caudal hacia
las conducciones y el resto de elementos,
trasformando la energía mecánica en
hidráulica.
 Se caracterizan por su caudal,
rendimiento, régimen de giro y presión
nominal.
 Según su forma de trabajo existen
diversos tipos: de engranajes, de tornillo,
de pistones o de paletas.

78
Válvulas distribuidoras
 Tienen las mismas funciones de control del paso de aceite y gobierno
de elementos de trabajo que las válvulas neumáticas.
 Trabajan a presiones mucho mayores que las neumáticas.
 La simbología es idéntica salvo:
 las conexiones de las vías
 Los órganos de accionamiento y retornos intercambian las
posiciones
 Las vías se nombran con letras (P para presión; R,S,T para escapes
y A,B,C para salidas de uso)

79
Elementos de trabajo: cilindros
 Transforman la energía de presión del aceite en energía mecánica
mediante un movimiento rectilíneo alternativo.
 Son muy similares a los neumáticos; existiendo los mismos dos tipos:
de doble y simple efecto. Su funcionamiento es el mismo.
 Los parámetros de los cilindros oleohidráulicos son los mismos que los
de los neumáticos y las ecuaciones físicas que rigen su funcionamiento
también lo son.
 Trabajan con presiones mayores que los neumáticos y tienen mayores
dimensiones y mayor longitud del vástago. Esto hace que generen
mayores fuerzas tanto en avance como en retroceso.
 También se componen de los mismos elementos constructivos, si bien
añaden algunos que garantizan su óptimo funcionamiento:
 Juntas de estanqueidad que, colocadas en el émbolo, evitan
pérdidas de aceite.
 Anillo limpiador, situado en el extremo opuesto del émbolo,
mantiene limpio el vástago.
 Dispositivo de purga, elimina bolsas de aire que se forman en el
aceite y provocan pérdidas de presión.

80
Elementos de trabajo: motores
 Transforman la energía de presión del aceite en energía mecánica
mediante un movimiento de giro continuo.
 Su acción es inversa a la realizada por las bombas.
 Existen dos tipos de motores oleohidráulicos:
 Motor de engranajes: el aceite entra a presión en el motor haciendo
girar los engranajes, de los cuales solo uno se conecta al eje de
giro. Para invertir el sentido de giro se invierte el sentido de flujo del
aceite.
 Motor de paletas: el aceite entra por dos entradas opuestas en el
interior del motor ejerciendo un par de fuerzas sobre las paletas del
rotor ranurado.

81
Elementos auxiliares: válvulas
de bloqueo
 Las más utilizadas son las válvulas
antirretorno, selectoras de circuito,
reguladoras de caudal y limitadoras de
presión. No obstante, existen las mismas
válvulas que en neumática.
 Su funcionamiento y simbología es el
mismo que las válvulas neumáticas.
 Trabajan a mayores presiones por lo que
constructivamente son más robustas.

82
Elementos auxiliares: filtros
 El aceite utilizado en los circuitos oleohidráulicos tiene que ser limpio
ya que cualquier partícula disuelta puede obstruir las vías de los
elementos impidiendo su correcto funcionamiento.
 Los filtros retienen y retiran impurezas de hasta 1.5μ.
 Suelen ubicarse a la entrada y salida de la bomba y en la conducción de
retorno de aceite.
 Existen dos tipos de filtros:
 Filtros de aspiración: se sitúan a la entrada de la bomba.
 Filtros de presión: se sitúan a la salida de la bomba y su poder de
filtrado es mayor que en los anteriores.

83
Maniobras (I)
 Accionamiento de un cilindro de
simple efecto mediante válvula 3/2.

84
Maniobras (II)
doble efecto mediante válvula 4/2.
doble efecto mediante válvula 4/3.
(parada intermedia

85
Maniobras (III)
 Regulación de la velocidad de avance
de un cilindro de doble efecto
mediante válvula de regulación de
caudal. Regulación de la fuerza del
vástago para evitar bandazos
 Regulación de la velocidad de avance
de un cilindro de doble efecto
mediante válvula de regulación de
caudal.

86
Maniobras (IV)
 Regulación de fuerza del vástago en el avance de un cilindro de doble
efecto mediante válvula limitadora de presión.

Sistemas neumáticos y oleohidráulicos: Estudio y diseño

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