Fundamentos de Hidráulica y Neumática para Sistemas Industriales

Principios de Hidráulica y Neumática

Ventajas de la Hidráulica

La hidráulica, frente a la mecánica tradicional, presenta ventajas significativas:

• Reducción de desgastes y necesidad de mantenimiento.
• Operación exenta de vibraciones.
• Facilidad para regular la velocidad de los actuadores.

El fluido utilizado es comúnmente un aceite obtenido de la destilación del petróleo, lo que da lugar a la disciplina específica de la oleohidráulica.

Propiedades de los Fluidos Hidráulicos

Compresibilidad

La compresión que sufren los aceites hidráulicos puede considerarse despreciable en la mayoría de las aplicaciones. Por lo tanto, se asume que la densidad del fluido no varía significativamente con la presión.

Densidad Relativa

Se define como el cociente entre la densidad del fluido y la densidad del agua.

Presión de Vapor

Es la presión que ejercen las moléculas de un líquido al evaporarse. Esta presión depende directamente de la temperatura. Si la presión de vapor se iguala a la presión del ambiente, el líquido hierve.

Cavitación

Es un fenómeno que se produce cuando en un fluido se forman bolsas de vapor debido a caídas de presión localizadas. Este fenómeno erosiona las partes metálicas circundantes al someterlas a grandes gradientes de presión cuando dichas bolsas de vapor colapsan bruscamente.

Viscosidad

Es la propiedad debida al roce interno entre las moléculas de un fluido, por lo que representa una medida de la resistencia del fluido a su movimiento. En todos los líquidos, la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura.

Punto de Fluidez

Está caracterizado por ser la temperatura más baja a la que un líquido puede fluir bajo condiciones específicas.

Índice de Viscosidad

Existen tablas para la clasificación de los aceites en función de su viscosidad. Destaca la clasificación americana S.A.E. (Society of Automotive Engineers), en la que se obtiene la viscosidad del aceite comparándola con aceites patrones.

Resistencia a la Oxidación

Los aceites no sintéticos son compuestos orgánicos derivados del petróleo con componentes químicos, tales como el Carbono (C) y el Hidrógeno (H), que reaccionan fácilmente con el Oxígeno (O) atmosférico. Aunque la oxidación se acelera con la temperatura, no es significativa para temperaturas inferiores a 57 °C.

Regímenes de Flujo en Fluidos

Régimen Laminar

Se produce cuando las partículas del fluido se desplazan dentro de una conducción de forma ordenada, en capas o láminas paralelas.

Régimen Turbulento

Se produce cuando las partículas del fluido se mueven de forma caótica y desordenada.

Número de Reynolds (Re)

El tipo de régimen depende de la relación entre las fuerzas de inercia (que tienden a provocar la turbulencia) y las fuerzas viscosas (que se oponen al movimiento). Esta relación adimensional se cuantifica mediante el Número de Reynolds (Re).

Para una sección circular, se considera de forma general:

• Re < 2000: Régimen laminar.
• Re > 4000: Régimen turbulento.

Automatización Neumática

La neumática es la parte de la ingeniería que se dedica al estudio y aplicación del aire comprimido en la automatización de procesos industriales.

Componentes de un Sistema Neumático

Compresores

Son los equipos encargados de proporcionar una presión y un caudal de aire adecuados para la instalación. Los tipos principales son:

• De émbolo: Más económicos pero ruidosos.
• Rotativos: Más caros pero silenciosos y con un flujo más continuo.

Acumuladores (Depósitos)

Su misión es almacenar el aire comprimido para mantener un nivel de presión estable en la instalación y amortiguar las pulsaciones del compresor. Su tamaño depende del caudal de consumo y de la potencia del compresor.

Acondicionamiento del Aire

Son dispositivos que permiten mantener el aire en unas determinadas condiciones de limpieza, humedad y lubricación para alargar la vida útil de los componentes. Los elementos principales son:

• Filtro de aire: Elimina impurezas, partículas sólidas y agua condensada.
• Secador: Reduce el punto de rocío del aire para eliminar la humedad.
• Lubricador: Añade una fina niebla de aceite al aire para lubricar las partes móviles de los componentes neumáticos.