Definición de sistemas hidráulicos y neumáticos

Actualizado el 08 de febrero de 2019

Por Jim Woodruff

Revisado por: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Los dispositivos hidráulicos y neumáticos están a nuestro alrededor. Se utilizan en la fabricación, el transporte, los equipos de movimiento de tierras y los vehículos comunes que vemos todos los días.

Los frenos de su automóvil se operan hidráulicamente; el camión de basura que pasa semanalmente por su casa utiliza energía hidráulica para compactar la basura. Su mecánico usa un elevador hidráulico cuando trabaja en la parte inferior de su automóvil.

Los sistemas neumáticos están igualmente extendidos. Los camiones y autobuses utilizan frenos accionados por aire. Los pintores en aerosol utilizan aire comprimido para esparcir la pintura. ¿Alguna vez se ha irritado por la mañana con el sonido de un martillo neumático? Es una máquina neumática que trabaja duro con aire comprimido.

En 1647, el matemático francés Blaise Pascal desarrolló un principio de mecánica de fluidos conocido como ley de Pascal. Establece que cuando se aplica presión en cualquier punto de un fluido confinado, la presión aumentará por igual en todos los puntos del recipiente. Por complicado que parezca este principio, es la base para el funcionamiento de un sistema hidráulico.

Suponga que tiene un cilindro hueco que tiene un pistón con un área de 2 pulgadas cuadradas y recibe una fuerza de entrada de 100 libras. Esto da como resultado una presión de 50 libras por pulgada cuadrada (100 libras / 2 pulgadas cuadradas).

Esta presión pasa por el sistema de transmisión hidráulica a otro cilindro, conocido como actuador, que tiene un pistón con un área de 6 pulgadas cuadradas. A 50 psi, este cilindro ahora tiene una fuerza de salida de 300 libras (50 psi X 6 pulgadas cuadradas).

La Ley de Pascal da a los sistemas hidráulicos su ventaja. Una entrada mínima a un dispositivo pequeño puede resultar en una salida de fuerza mayor en un actuador más grande. Es una forma sencilla de multiplicar la fuerza de salida suficiente para manejar cargas de trabajo pesadas.

Dado que los sistemas hidráulicos pueden operar a presiones de hasta varios miles de psi, la fuerza de salida en el actuador puede ser enorme. Con esta salida de fuerza más alta, el actuador mecánico ahora tiene el poder de realizar tareas pesadas de levantamiento, empuje y movimiento, como movimiento de tierras.

Un sistema hidráulico utiliza una red de transmisión para transportar un fluido presurizado que impulsa los actuadores hidráulicos. El fluido hidráulico obtiene su presión de una bomba impulsada por un motor primario, como un motor eléctrico o un motor de gasolina / diesel. El aceite presurizado se filtra, mide y empuja a través del sistema de transmisión a un actuador para realizar alguna acción. Luego, el fluido regresa a baja presión a un depósito donde se limpia y filtra antes de regresar a la bomba.

Los sistemas hidráulicos se utilizan en plantas de fabricación y producción, como las industrias del acero y del automóvil, para operar todo tipo de equipos mecánicos. Se utilizan para mover, empujar y levantar materiales en industrias como la minería, el movimiento de tierras y la construcción.

Aceite hidráulico - Los fluidos hidráulicos no son comprimibles y tienen puntos de inflamación bajos.

Un reservorio - El depósito contiene el fluido del sistema. Tiene espacio para la expansión del fluido, permite que el aire atrapado en el líquido escape y ayuda a que el líquido se enfríe. El fluido fluye desde el depósito hasta la bomba, lo que lo expulsa a través de una red de tuberías y, en última instancia, vuelve al depósito.

Dispositivos de filtrado - Pequeñas partículas metálicas y otras materias extrañas suelen entrar en el fluido. El sistema hidráulico utiliza varios filtros y coladores para eliminar estas partículas extrañas. La contaminación del fluido es una de las fuentes más comunes de problemas en un sistema hidráulico.

Un motor principal - Se utilizan motores eléctricos o motores diésel de gasolina para impulsar la bomba de fluido.

Una bomba - La bomba extrae el fluido del depósito y lo fuerza a través de una válvula reguladora de presión y lo saca por la red de transmisión a los actuadores.

Conectores - Una red compuesta por tuberías, tubos y mangueras flexibles transporta el fluido a los actuadores mecánicos.

Valvulas - Varias válvulas controlan la cantidad de flujo de fluido, su presión y dirección.

Actuadores - Los actuadores son los dispositivos que realizan movimientos de trabajo. Pueden ser rotativos, como un motor hidráulico, o lineales, como un cilindro.

Un sistema hidráulico tiene numerosas ventajas sobre los sistemas de transmisión neumáticos y otros tipos de sistemas mecánicos porque:

• Utiliza componentes pequeños para transferir grandes fuerzas con una salida de potencia constante.
• Tiene actuadores que son capaces de posicionar con precisión.
• Puede arrancar con cargas iniciales pesadas.
• Produce movimientos uniformes y suaves bajo cargas variables, ya que los fluidos no son comprimibles y los caudales se pueden controlar con precisión con válvulas.
• Ofrece potencia constante a velocidades moderadas en comparación con los sistemas neumáticos.
• Es fácil de controlar y regular con válvulas de control de presión, direccionales y de flujo.
• Disipa el calor fácil y rápidamente.
• Funciona bien en ambientes calurosos.

• Las bombas, válvulas, redes de transmisión y actuadores son costosos.
• Pueden contaminar el lugar de trabajo con fugas, lo que puede provocar accidentes o incendios.
• No son aptos para andar en bicicleta a altas velocidades.
• Los fluidos hidráulicos son sensibles a la contaminación por suciedad y deben probarse periódicamente.
• Las roturas de las líneas de alta presión pueden provocar lesiones.
• El rendimiento de los fluidos hidráulicos depende de los cambios de temperatura, que pueden provocar cambios en la viscosidad.

Los fluidos hidráulicos más habituales se basan en aceites minerales, polialfaolefinas y ésteres de fosfato debido a su baja compresibilidad. El agua no es adecuada porque puede congelarse en temperaturas frías y hervir en ambientes de alta temperatura. El agua también puede provocar corrosión y oxidación.

1. Transmita energía y fuerza a través de líneas conductoras a los actuadores para realizar un movimiento de trabajo.
2. Lubrique los componentes, dispositivos, válvulas y actuadores del circuito.
3. Actúa como refrigerante transfiriendo el calor lejos de cualquier punto caliente en el sistema.
4. Selle los espacios entre las partes móviles para aumentar la eficiencia y disminuir el calor de las fugas excesivas.

Algunas de las propiedades y características de un fluido hidráulico son las siguientes:

Viscosidad - La viscosidad es la resistencia interna de un fluido a fluir. Aumenta a medida que sube la temperatura. Un fluido hidráulico aceptable debe poder proporcionar un buen sellado en el pistón, las válvulas y las bombas, pero no debe ser tan espeso que impida el flujo de líquido.

Los fluidos con viscosidades elevadas pueden provocar pérdidas de potencia y temperaturas de funcionamiento más elevadas. Un fluido demasiado delgado puede causar un desgaste excesivo de las piezas móviles.

Estabilidad química - Un fluido hidráulico debe ser químicamente estable. Tiene que resistir la oxidación y ser estable en condiciones de funcionamiento severas, como altas temperaturas. El funcionamiento durante largos períodos de tiempo a altas temperaturas puede acortar la vida útil del fluido.

punto de inflamabilidad - Un punto de inflamación es la temperatura cuando un fluido se convierte en vapor en un volumen suficiente para encenderse o encenderse en contacto con una llama. Los fluidos hidráulicos necesitan un alto punto de inflamación para resistir la combustión y exhiben un bajo grado de evaporación a temperaturas normales.

Punto de fuego - El punto de incendio es la temperatura a la que un fluido se vaporiza en un volumen suficiente para encenderse cuando se expone a una llama y continuar ardiendo. Al igual que con el punto de inflamación, un fluido hidráulico aceptable debe tener un punto de inflamación alto.

Los sistemas neumáticos son como los sistemas hidráulicos, pero utilizan aire comprimido en lugar de un fluido para transmitir potencia. Dependen de una fuente constante de aire comprimido para controlar la energía y activar los dispositivos de movimiento.

Las plantas de fabricación utilizan aire comprimido para impulsar perforadoras y prensas neumáticas y para levantar objetos y mover materiales. Los talleres de fabricación utilizan una máquina neumática para almacenar productos sin terminar para operaciones de soldadura, soldadura fuerte y conformado.

Compresor de aire - El compresor de aire extrae aire de la atmósfera, lo presuriza y almacena el aire comprimido en un tanque para su liberación al sistema de transmisión.

Conductor principal - Un controlador principal, como un motor eléctrico o un motor de gasolina, proporciona la energía a un compresor de aire.

Dispositivos de control - Las válvulas regulan la presión y controlan el flujo y la dirección.

Tanque de aire - Un tanque contiene aire comprimido para su entrega a dispositivos mecánicos.

Actuadores - Son dispositivos que toman la energía del aire comprimido y la convierten en movimientos mecánicos.

Sistema de transmisión - Una red de tuberías y tubos transporta el aire comprimido a los actuadores.

Eficiencia - El suministro de aire es gratuito e ilimitado. El aire comprimido es fácil de almacenar, transportar y puede liberarse al medio ambiente sin costosos tratamientos.

Diseño simple - La configuración y los componentes de un sistema neumático tienen un diseño simple y son fáciles de mantener. Son más duraderas y no se dañan fácilmente.

La capacidad de operar a velocidades más altas. - Los sistemas neumáticos pueden operar actuadores en ciclos más rápidos, como en las líneas de producción de envases. Los movimientos lineales y oscilantes son fáciles de ajustar mediante el uso de una válvula reguladora de presión para controlar el caudal y la presión.

Limpieza - Sin riesgo de fugas de fluidos hidráulicos que contaminen el medio ambiente. Los sistemas neumáticos se prefieren en lugares de trabajo que necesitan altos niveles de limpieza. Los dispositivos de extracción de aire limpian el aire que se libera a la atmósfera.

Menos costoso - Los componentes neumáticos son menos costosos y el aire comprimido está ampliamente disponible en las áreas de fabricación. Los costos de mantenimiento son más bajos en comparación con los sistemas hidráulicos.

Más seguro de operar - Los sistemas neumáticos son seguros de usar en entornos inflamables sin peligros de incendio o explosiones. Los componentes neumáticos no se sobrecalientan ni se incendian cuando se sobrecargan.

Capaz de funcionar en entornos hostiles - El polvo, las altas temperaturas y los entornos corrosivos tienen menos efecto en los sistemas neumáticos en comparación con los hidráulicos.

Potencia reducida - Los sistemas neumáticos generalmente operan a menos de 150 psi y proporcionan menos fuerza total en los actuadores. Los cilindros neumáticos suelen ser pequeños y no tienen la potencia para manejar cargas pesadas.

Ruidoso - Los compresores de aire generan más ruido y el aire comprimido es ruidoso cuando se libera de los actuadores.

Movimiento brusco - Debido a que el aire es compresible, el movimiento de los actuadores neumáticos puede ser brusco, lo que reduce la precisión de los movimientos del sistema. Las velocidades del pistón son desiguales. Los movimientos hidráulicos son más suaves.

Necesita pretratamiento de aire. - Antes de su uso, es necesario procesar el aire para eliminar el agua y las partículas de polvo. Si no se hace esto, la mayor fricción entre los dispositivos de control y los componentes móviles desgastará la pieza y requerirá una reparación o reemplazo prematuro.

Los actuadores hidráulicos son más adecuados para operaciones que requieren mucha fuerza. Son resistentes y pueden producir fuerzas hasta 25 veces mayores que un actuador neumático con el mismo tamaño de pistón. Los sistemas hidráulicos también pueden operar hasta 4000 psi. Los actuadores neumáticos suelen ser inferiores a 150 psi.

La compresibilidad del aire y las pérdidas de presión reducen la eficiencia de los sistemas neumáticos. El compresor debe funcionar continuamente para mantener la presión en las líneas incluso cuando los actuadores no se mueven; Los sistemas hidráulicos pueden mantener una presión constante sin que la bomba funcione.