conceptos de hidráulica y neumatica

1. CIRCUITOS HIDRAULICA Y NEUMATICA
UNIVERSIDAD PÚBLICA Y AUTÓNOMA DE EL ALTO
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOTRÓNICA
Docente: Ing. Edwin Flores Menacho
II - 2015

2. Neumática vs Oleohidráulica
Neumática
“Tecnología que estudia la producción, transmisión y
control de movimientos y esfuerzos mediante el aire
comprimido”
Oleohidráulica
“Tecnología que estudia la producción, transmisión y
control de movimientos y esfuerzos mediante el aceite
a presión”
¡Compresible!
¡Incompresible!
Del griego pneuma: viento, respiración
Oleo (del latín oleum): Aceite
Del griego hidra: agua y aulos: conducto

3. Neumática vs Oleohidráulica
Transformación de energía
Motor Compresor Actuador Trabajo
Energía Energía Energía Energía
Mecánica MecánicaHidráulicaηM ηC ηA
Motor Bomba Actuador Trabajo
Energía Energía Energía Energía
Mecánica MecánicaHidráulicaηM ηB ηA
Neumática
Oleohidráulica

4. Neumática vs Oleohidráulica
Costes energéticos
100
400
1000
Energía
Eléctrica
Energía
Oleohidráulica
Energía
Neumática

5. Neumática vs Oleohidráulica
Aire libre
Depósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula

6. Neumática vs Oleohidráulica
Aire libre
Depósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula
Control sencillo
Control de fuerza
Regulando la
presión
Control de velocidad
Regulando el
flujo
Control de posición
Regulando el
volumen

7. Compresibilidad del aire
Desventajas
Elasticidad frente a la variación de las cargas
F
P1
F+ΔF
P2

8. Compresibilidad del aire
Desventajas
La presión no se puede aumentar instantáneamente
Aire libre
Válvula
F
Compresor
Válvula
P
t
F/A
tretardo
¡Se necesita un depósito!

9. Compresibilidad del aire
Desventajas
El desplazamiento de los actuadores es irregular
Aire libre
Válvula
V
Compresor
Válvula
La velocidad no es constante
No tiene respuesta inmediata
a la parada del compresor
¡Poca precisión en
posicionamiento!

10. Ventajas de la Neumática
•Fuente inagotable, limpia, que no contamina
•No le afecta la temperatura y es antideflagrante
•Instalación sencilla
•Transportable y almacenable
•Riesgo de accidente mínimo. No requiere expertos
•Velocidad y aceleración elevadas
¡Inmejorable para la automatización de procesos!
Machines should work,
people should think
The IBM Pollyanna Principle

11. Comparación de los medios de trabajo entre diversas tecnologías
Criterio Neumática Hidráulica Electricidad
Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido a
la baja presión y al
diámetro del cilindro
(50.000 N). Produce fuerza
en reposo sin consumo de
energía.
Grandes fuerzas
utilizando alta presión.
Produce fuerza en
reposo con consumo
de energía.
Mal rendimiento; gran
consumo de energía en la
marcha en vacío. No
produce fuerza en reposo.
Fuerza
rotativa
Par de giro en reposo
también sin consumo de
energía.
Par de giro también en
reposo, originándose
consumo de energía.
Par de giro más bajo en
reposo.
Seguridad
frente a las
sobrecargas
Sí, se para. Vuelve a
moverse cuando se elimina
la sobrecarga.
Sí, se para. Vuelve a
moverse cuando se
elimina la sobrecarga.
No, se estropea.
Movimiento
lineal
Generación fácil; alta
aceleración; alta velocidad
(1,5 m/s y más).
Generación fácil
mediante cilindros;
buena regulabilidad.
Complicado y caro.
Movimiento
rotativo u
oscilante
Motores neumáticos con
muy altas revoluciones
(500.000 min
-1
); elevado
coste de explotación; mal
rendimiento; movimiento
oscilante por conversión
mediante cremallera y
piñón.
Motores hidráulicos y
cilindros oscilantes
con revoluciones más
bajas que en la
neumática; buen
rendimiento.
Rendimiento más
favorable en
accionamientos rotativos;
revoluciones limitadas.
Regulabilidad Fácil regulabilidad de la
fuerza y de la velocidad,
pero no exacta.
Regulabilidad muy
buena y exacta de la
fuerza y la velocidad
en todo caso
Posible sólo
limitadamente siendo el
gasto considerable
Acumulación
de energía y
transporte
Posible, incluso en
apreciables cantidades sin
mayor gasto; fácilmente
transportable en conductos
(1.000 m) y botellas de aire
comprimido.
Acumulación posible
sólo limitadamente;
transportable en
conductos de hasta
unos 100 m.
Acumulación muy difícil y
costosa, fácilmente
transportable por líneas a
través de distancias muy
grandes.
Influencias
ambientales
Insensible a los cambios de
temperatura; ningún peligro
de explosión; hay peligro
Sensible a las
fluctuaciones de
temperatura; fugas
Insensible a las
fluctuaciones de
temperatura; en los
Comparación de los medios de trabajo
entre diversas tecnologias

12. Comparación de los medios de trabajo
entre diversas tecnologias
Regulabilidad Fácil regulabilidad de la
fuerza y de la velocidad,
pero no exacta.
Regulabilidad muy
buena y exacta de la
fuerza y la velocidad
en todo caso
Posible sólo
limitadamente siendo el
gasto considerable
Acumulación
de energía y
transporte
Posible, incluso en
apreciables cantidades sin
mayor gasto; fácilmente
transportable en conductos
(1.000 m) y botellas de aire
comprimido.
Acumulación posible
sólo limitadamente;
transportable en
conductos de hasta
unos 100 m.
Acumulación muy difícil y
costosa, fácilmente
transportable por líneas a
través de distancias muy
grandes.
Influencias
ambientales
Insensible a los cambios de
temperatura; ningún peligro
de explosión; hay peligro
de congelación existiendo
elevada humedad
atmosférica.
Sensible a las
fluctuaciones de
temperatura; fugas
significan suciedad y
peligro de incendio.
Insensible a las
fluctuaciones de
temperatura; en los
ámbitos de peligrosidad
hacen falta instalaciones
protectoras contra
incendio y explosión.
Gastos de
energía
Alto en comparación con la
electricidad; 1 m
3
de aire
comprimido a 6 bar cuesta
de 0,006 a 0,012 euros.
Alto en comparación
con la electricidad.
Gastos más reducidos de
energía.
Manejo No requiere de
especialistas ni en
ejecución ni en
mantenimiento. No
presenta peligros.
Requiere de
especialistas. Precisa
conducciones de
retorno.
Sólo con conocimientos
técnicos; peligro de
accidente; la conexión
errónea causa a menudo
la destrucción de los
elementos y del mando.
En general Los elementos son seguros
contra sobrecargas; los
ruidos del aire de escape
son desagradables,
Con altas presiones
ruido de bombeo; los
elementos son
seguros contra
Los elementos no son
seguros contra
sobrecargas; ruidos en la
maniobra de los
Comparación de los medios de trabajo entre diversas tecnologías
Criterio Neumática Hidráulica Electricidad
Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido a
la baja presión y al
diámetro del cilindro
(50.000 N). Produce fuerza
en reposo sin consumo de
energía.
Grandes fuerzas
utilizando alta presión.
Produce fuerza en
reposo con consumo
de energía.
Mal rendimiento; gran
consumo de energía en la
marcha en vacío. No
produce fuerza en reposo.
Fuerza
rotativa
Par de giro en reposo
también sin consumo de
energía.
Par de giro también en
reposo, originándose
consumo de energía.
Par de giro más bajo en
reposo.
Seguridad
frente a las
sobrecargas
Sí, se para. Vuelve a
moverse cuando se elimina
la sobrecarga.
Sí, se para. Vuelve a
moverse cuando se
elimina la sobrecarga.
No, se estropea.
Movimiento
lineal
Generación fácil; alta
aceleración; alta velocidad
(1,5 m/s y más).
Generación fácil
mediante cilindros;
buena regulabilidad.
Complicado y caro.
Movimiento
rotativo u
oscilante
Motores neumáticos con
muy altas revoluciones
(500.000 min
-1
); elevado
coste de explotación; mal
rendimiento; movimiento
oscilante por conversión
mediante cremallera y
piñón.
Motores hidráulicos y
cilindros oscilantes
con revoluciones más
bajas que en la
neumática; buen
rendimiento.
Rendimiento más
favorable en
accionamientos rotativos;
revoluciones limitadas.
Regulabilidad Fácil regulabilidad de la
fuerza y de la velocidad,
pero no exacta.
Regulabilidad muy
buena y exacta de la
fuerza y la velocidad
en todo caso
Posible sólo
limitadamente siendo el
gasto considerable
Acumulación
de energía y
Posible, incluso en
apreciables cantidades sin
Acumulación posible
sólo limitadamente;
Acumulación muy difícil y
costosa, fácilmente

13. Medios de mando
Aire libre
Depósito
Válvula
F
Compresor
Bomba
Válvula

14. Comparación de los medios de mando
Criterio Electricidad Electrónica
Neumática
presión normal
Neumática baja
presión
Fiabilidad de
los elementos
Insensibles a las
influencias
ambientales
como polvo,
humedad, etc.
Muy sensibles a
las influencias
ambientales
como polvo,
humedad,
campos
perturbadores,
golpes y
vibraciones; larga
duración.
Insensibles a las
influencias
ambientales; con
aire limpio larga
duración
Insensibles a las
influencias
ambientales;
sensibles al aire
contaminado;
larga duración.
Tiempo de
conmutación de
los elementos
> 10 ms << 1 ms > 5 ms > 1 ms
Velocidad de
las señales.
Muy elevada
(velocidad de la
luz).
Muy elevada
(velocidad de la
luz).
10-40 m/s 100-200 m/s
Distancia
salvable
Prácticamente ilimitada Limitada por la velocidad de las
señales
Espacio
necesario
Poco Muy poco Poco Poco
Procesamiento
principal de la
señal
Digital Digital,
analógico
Digital Digital,
analógico

15. Compresión del aire
El trabajo realizado se transforma en:
– Energía de presión (20%)
– Energía térmica (80%) F
V1, P1, T1
F
V2, P2, T2
V1 > V2
P1 < P2
T1 < T2
Totalmente inútil.
¡Se elimina!
¡Comprimir aire a presiones mayores que
10 bar es completamente antieconómico!
Las presiones típicas en neumática están
alrededor de 7-8 bar (absolutos) Volver

16. Compresión de aceite
Prácticamente el 100% del trabajo se convierte
en energía de presión
Módulo de elasticidad volumétrico
K = 16.000 bar
Disminuyendo un 1% el volumen
la presión se incrementa en
160 bar
F
P1 = 1 bar
F
P1 = 161 bar
Las presiones típicas en oleohidráulica
suelen ser de alrededor de 150-300 bar
Volver

17. CALCULOS BASICOS HIDRAULICA
e) Continuity
b) Pascals’s
law
g) Bernoulli
equation
f) Flow
resistance
a) Hydrostatic
pressure
c) Transmission of
power
d) Transmission
of pressure

18. ELEMENTOS Y ACCESORIOS
HIDRAULICOS Y
NEUMATICOS

19. Hydraulic Systems

20. Hydraulic Systems

21. Pneumatic and Hydraulic
Dangers
The dangers of the use of
compressed air include:
Air Embolism
Hose/Pipe Whipping
Noise
Crushing/Cutting
The dangers of working with
high pressure oil can be
infinitely more drastic:
High Pressure Oil Injection
Oil Burns
Crushing/Cutting
Carcinogens
This injury is a result of placing the hand in front of a
jet of leaking hydraulic fluid at around 180 Bar

22. Differences in Symbols
Symbols
Reminder
Hydraulic Pump Compressor
Pumps and Motors
differ only by filling in
the direction arrow or
leaving it white.
Supply and Pilot
arrows are also filled
in or left white.
Pneumatically Actuated and
supplied 3/2 Pilot Spring
Hydraulically Actuated and
supplied 3/2 Pilot Spring

23. Differences in Symbols
Cylinders and other actuators also differ with respect to supply and direction arrows.
Hydraulic Double Acting Cylinder Pneumatic Double Acting Cylinder
Hydraulic Filter Pneumatic Filter
Many symbols do not change, for example the Filter symbol.
Remember however that the physical construction is completely different.
For example, hydraulic filters can be either Suction Strainers (suction side of the pump),
Pressure Filter (pressure side of the pump) or Return Filter (in the return to tank line).
Each filter requires different properties.

24. Differences in Symbols
Hydraulic valves have a crossover to
Tank.
Pneumatic valves tend to have two
Exhaust outlets to Atmosphere.

25. Differences in Medium
Hydraulic Fluid is viscous and can be various types with varying Viscosities
including:
Hydraulic fluid can have many additives including:
Hydraulic Oil is Hygroscopic and can be easily Oxidised at high temperatures.
Air can hold Moisture which can turn into Condensation at the Dew Point.
The pneumatic components must remove the Condensation from the air
and provide Lubrication.
Air is safe under a wide range of operating temperatures.
Flame Retardant
Mineral Oil
Synthetic Oil
Water Glycol
Anti Oxidants
Lubricity Improvement
Anti Foaming Additive
Anti Wear Additives

26. Differences in Principles and
Properties
Air is Compressible.
Oil is considered Incompressible.
Actuator demand is measured in m3 per hour or operation
Compressor output is measured in m3 per hour Free Air Delivery (FAD)
Gas laws such as Boyle’s and Charles’s Laws govern medium behaviour
Both Hydraulics and Pneumatics are described with Pascal’s Law and F=PA
Bernoulli’s and other Fluid Flow Laws govern medium behaviour
Actuator demand is measured litres per minute for a specific speed
Pump output is measured litres per minute
Pneumatic systems rely on a supply of Compressed air flowing through Pipes to
Actuators. The Force for work is produced due to the Pressure of the Air acting on the
Area of the actuator.
Hydraulic systems rely on a supply of incompressible fluid flowing through Hoses to
Actuators. The Force for work is produced due to the Pressure of the Oil acting on the
Area of the actuator.

27. Differences in Pressure and Force
Pneumatic Pressures and Forces
Hydraulic Pressures and Forces
Force
Calculator
Force
Pressure
Area
Produced at 10Bar
Used at 0~6 Bar
Forces up to 5000Kg
Produced and used at 200~400Bar
Forces up to Thousands of tonnes

28. Differences in Construction
Valves and Actuators
Pneumatic valves and actuators are generally of
light construction as they need to deal with
pressure up to a maximum of 10 Bar.
The cost of these components is cheap when
compared to the much more heavily constructed
hydraulic components.
Hydraulic valves and actuators are much more
heavily constructed than pneumatic components.
This is because the components must deal with
pressures up to 400 Bar+. Hydraulic actuators can be
very large when compared with common pneumatic
actuators. Hydraulic components are much more
expensive than standard pneumatic components. A
standard hydraulic DCV is in the region of hundreds
of Euro, a standard application pneumatic valve
would typically cost tens of Euro.

29. Differences in Construction
Hoses, Pipes and Connectors
Braid
(Reinforceme
nt)
Hos
e
Fittings
(Connectors)
Hydraulic hoses and
connectors are heavily
constructed to hold the
higher pressures. Rubber
hoses are steel
Reinforced (Braided) to
Strengthen them.
Pipe
Y
Tee
Straight
Coupling
Fittings
(Connector
s)
Pneumatic Pipes and
Fittings are of light
construction. Pneumatic
Pipe is made from
nylon and generally
connects to the fittings
using ‘Push Fit’
connectors.

30. Differences in Application
Hydraulic systems are
used where large forces
are required such as in
earth moving
equipment, heavy
cutting, Pressing and
Clamping
Pneumatic systems are
used for relatively light
moving, Clamping and
Process operations

31. Application Example Video
Moving and light clamping of
components is easily, cleanly and
quickly achieved using a pneumatic
control system.
Lifting a car on a Car Ramp does
not require high speed or clean
control systems. Large forces are
required to lift the heavy car. This
application is particularly suited to
the use of hydraulics.

32. Simple Application Example
Hydraulic
Tank
DCV
Filter

33. Simple Application Example
Pneumatic
Actuator

34. Electro-Pneumatic and Hydraulic
Systems
Control of Electro-Pneumatic and
Hydraulic systems using Electrical
control systems is similar for both
media types.
Both systems would use Solenoid
actuated valves, either Directly
Actuated or Indirectly Actuated.

35. Electro-Pneumatic and Hydraulic
Systems
Push
Button
Switch
Reed
Switch
Proximity
Sensor
Solenoid
Relay
Solenoid
Programma
ble Logic
Controller
(PLC)