Conceptos Esenciales de Hidráulica y Neumática: Fluidos, Bombas y Válvulas

Conceptos Fundamentales de Fluidos

Teorema de Bernoulli

En un fluido que se desplaza en régimen estacionario, la diferencia de presión hidrodinámica entre dos puntos de una línea de corriente es igual al peso de una columna de dicho fluido, cuya base sea la unidad de superficie y cuya altura la distancia vertical que separa ambos puntos.

Viscosidad de Fluidos

La viscosidad es debida al rozamiento entre las moléculas de un fluido. Por lo tanto, representa una medida de la resistencia del fluido a su movimiento. En todos los líquidos, la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura.

Efecto Venturi

El efecto Venturi consiste en la disminución de presión que ejerce un fluido al reducir la sección de la tubería por la que circula. Debido a la ecuación de continuidad y al Teorema de Bernoulli, se deduce que P2 es menor que P1 (la presión en el estrechamiento es menor que en el resto del tubo).

Fenómeno de Cavitación

La cavitación es un fenómeno que se produce cuando en un fluido se forma una bolsa de vapor que, al volver a condensarse, erosiona las partes metálicas que tiene a su alrededor, al someterlas a grandes gradientes de presión.

Consecuencias de la cavitación: Puede causar mucho ruido, daño en los componentes y una pérdida significativa de rendimiento.

Sistemas Hidráulicos y Neumáticos

Diferencias entre Neumática e Hidráulica

Los sistemas hidráulicos se emplean en aquellas situaciones en que se requiera una fuerza elevada. Por el contrario, los sistemas neumáticos se utilizan preferentemente en la automatización de procesos. La diferencia fundamental entre ambas viene marcada por la naturaleza de los fluidos: en neumática es el aire comprimido y en hidráulica, aceite (circuito oleohidráulico) o agua.

Bombas Hidráulicas

Las bombas hidráulicas son los elementos que se encargan de impulsar el caudal hidráulico, transformando la energía mecánica en energía hidráulica. Las bombas son accionadas por un motor.

Características Clave de Bombas Hidráulicas

• Valor nominal de la presión: Es la presión de trabajo para la que está fabricada la bomba. No puede ser mayor que la diseñada.
• Caudal: Puede variar en función de la frecuencia de rotación de la bomba, aunque conviene que su valor se mantenga dentro de las especificaciones del fabricante. Se suele expresar en l/min.
• Desplazamiento: Es el volumen de líquido bombeado en una vuelta completa. Su valor es constante para cada bomba.
• Rendimiento volumétrico: El cociente entre el caudal real y el teórico.
• Rendimiento total: Es el cociente entre la potencia hidráulica que se obtiene y la potencia mecánica que consume.

Tipos de Bombas Hidráulicas

• De engranaje
• De tornillo
• De paletas
• De pistones radiales
• De pistones axiales

Compresores de Aire

Compresores Rotativos

Los compresores rotativos producen aire comprimido mediante un sistema rotativo continuo en el que un motor, que gira en una carcasa totalmente estanca, empuja aire de aspiración hacia la salida, comprimiéndolo.

Compresores Alternativos

Los compresores alternativos constan de uno o más cilindros cuyos émbolos se mueven por medio de un mecanismo de biela-manivela similar al del motor de explosión de un automóvil, que convierte el movimiento rotativo de un motor eléctrico o de combustión en un movimiento lineal alternativo.

Componentes de Control y Filtrado

Válvulas Hidráulicas y Neumáticas

Válvula Selectora (OR)

La válvula selectora (también conocida como válvula OR o de lanzadera) permite el paso de la señal de mayor presión hacia la salida (A) si se le aplica presión en cualquiera de sus dos entradas. Realiza una función lógica OR.

Válvula de Simultaneidad (AND)

La válvula de simultaneidad (también conocida como válvula AND) tiene dos entradas y una salida. Permite la circulación de aire hacia la salida solo cuando se aplica presión simultáneamente en ambas entradas. Realiza una función lógica AND.

Válvula Antirretorno

Las válvulas antirretorno se utilizan en los sistemas de fluidos para permitir el flujo en una dirección y bloquearlo en la dirección opuesta.

Filtros en Sistemas de Fluidos

Los filtros se deben colocar al principio de la unidad de mantenimiento con la finalidad de eliminar partículas y contaminantes del fluido, protegiendo así los componentes del sistema y asegurando un rendimiento óptimo.

Otros Elementos de Consumo de Aire

Otros elementos comunes de consumo de aire en sistemas neumáticos incluyen elementos rotativos y motores neumáticos.

Unidades de Medida Comunes

• 1 bar = 10⁵ Pa
• 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa
• 1 kp/cm² = 10⁵ Pa (aproximadamente)
• 1 kp = 9,8 N
• 1 poise = 1 g/(cm·s)