Ya desde la antigüedad, el hombre ha sabido aprovechar las capacidades energéticas de los fluidos a presión.
Algunas ejemplos de las primeras aplicaciones de dichos fluidos son el fuelle de mano para avivar el fuego en fundiciones, instrumentos musicales de viento, obras de riego en la antigua Mesopotamia, grandes acueductos romanos, ...etc
Dos son las ciencias que estudian los fluidos en equilibrio y en movimiento, ya sean gaseosos (Neumática) o líquidos (Hidráulica). Por tanto podemos definir las tecnologías neumática e 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.
Aplicaciones de los instalaciones neumáticas e hidráulicas:
- Neumáticas: suspensión de vehículos (amortiguaciones), accionamiento de puertas en trenes y autobuses, pequeñas prensas en industria, refrigeración de elementos cortantes, etc.
- Hidráulica: prensas, máquinas herramientas, vehículos de gran exigencia de frenado, industrial naval y aeronáutica.
1.- ¿Qué son los sistemas neumáticos e hidráulicos?
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.
Un poco de historia Neumática e Hidráulica:
2.- Magnitudes e instrumentos
2.1.- Presión
Los manómetros son instrumentos que nos indican el valor de la presión relativa que estamos utilizando.
Presión absoluta = P. atmosférica + P. relativa
Enlace de un vídeo donde se explica la diferencia entre los distintos tipos de presiones: relativa,
2.2. Caudal
Caudal = Volumen / Tiempo
- Unidades: litros/segundo, m3/s, dm3/s...
- Instrumento para medir el caudal se llama caudalímetro.
Las dos consecuencias principales de dicha ley son:
- Si disminuimos la sección manteniendo el caudal constante, la velocidad aumenta (ej: jeringuilla, manguera al regar...) Por tanto, cuanto más fina sea la tubería, más deprisa circula el fluido.
- Si disminuimos la sección manteniendo la velocidad constante, el caudal disminuye.
Ley de Continuidad: El caudal de un fluido permanece constante a lo largo de un conducción.
Q1 = Q2
2.3.- Trabajo (W) y Potencia
- El trabajo es el producto entre la fuerza aplicada (F) sobre una superficie, y el desplazamiento que en ésta provoca (d).
W = F · d --> F=P·S y V=S·d --> W = P · V
Por consiguiente, para que se produzca un trabajo debe existir un desplazamiento o variación de volumen.
1 Joule (J) = 1 N· m = Pa · m3
- Potencia: es la presión que ejercemos multiplicada por el caudal.
Potencia = Presión · Caudal
Potencia: watios
Presión: Pascal
Caudal: m^3/s
2.4.- Ley de los gases perfectos
La neumática trabaja con aire comprimido, el empleo de aire presenta una serie de ventajas, tales como:
- Muy abundante y gratuito
- Fácil de transportar y fácil de almacenar en depósitos
- No contamina
- Es seguro, ya que no existe peligro de explosión ni incendio.
- Resistente a las variaciones de temperatura
- Altas velocidades de trabajo.
- Fácil regulación de la velocidad y fuerzas
Las mayores desventajas, que posee frente a otros tipos de fuente de energía, son:
- Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad)
- Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de trabajo regulares y constantes.
- Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30000N)
- Es ruidoso, debido a los escapes de aire después de su utilización.
- Es costoso.
Las relaciones matemáticas utilizadas para presiones del aire inferior a los 12 bares, son las correspondientes a las de los gases perfecto.
El comportamiento del aire, puede asemejarse en gran medida a la de un gas ideal. La ecuación de los gases perfectos, que viene dada por la expresión:
Así en un sistema cerrado, que evoluciona de un estado inicial 1 a un estado final 2, las transformaciones más importantes son:
- Procesos isobáricos: Si mantenemos la presión constante ( P1 = P2), según la Ley de Gay-Lussac, el volumen ocupado por una determinada masa de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
- Procesos isocoros: Si mantenemos el volumen constante, la presión absoluta de una masa de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
- Procesos isotermos: Si ahora mantenemos la temperatura constante, el volumen ocupado por una determinada masa de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
2.5.- Principio de Pascal (fluidos hidráulicos)
Cuando el fluido que utilizamos no es el aire, si no un líquido que no se puede comprimir, agua, aceite u otro, los fundamentos físicos de los gases se cumplen considerando el volumen constante.
Una consecuencia directa de estos fundamentos es el llamado Principio de Pascal, que dice:
Ventajas de la hidraúlica
- 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
Desventajas
- El fluido es más caro
- El fluido es más sensible a la contaminación
- Se producen pérdidas de carga por rozamiento