Circuitos de fluidos y dirección

100 Unidad 3

saber más 1. Elementos de neumática

Símbolos neumáticos La neumática es la tecnología que utiliza la energía acumulada en el aire compri-
En el anexo puedes encontrar los mido. Esta energía se transforma en energía mecánica mediante los actuadores
símbolos neumáticos más utilizados (cilindros, motores, etc.).
en automoción.
En la actualidad, la neumática se utiliza masivamente en aplicaciones industria-
les debido a las excelentes cualidades que presenta, entre las que destacan:

• El aire atmosférico es un elemento abundante en la naturaleza.

• Puede ser fácilmente transportado por canalizaciones, incluso a grandes dis-
tancias, siendo innecesarios los conductos de retorno.

• Es compresible, lo que facilita el almacenaje y transporte en depósitos.

• No existe riesgo de explosión ni incendio en ambientes peligrosos.

• No hay problemas por las fugas, debido a la limpieza del aire, lo que lo hace es-
pecialmente importante en la industria alimenticia y farmacéutica.

• Un manejo fácil de sus elementos sin que entrañen peligrosidad.

Sin embargo, este tipo de mecanismos también presentan serias limitaciones:

• El aire comprimido debe ser tratado antes de su utilización, eliminando las im-
purezas y humedad.

• La compresibilidad del aire impide obtener velocidades regulares y constantes
en los elementos de trabajo.

• Cuando el aire ha realizado el trabajo, se vierte al exterior, produciendo ruido
que, en algunos casos, resulta molesto.

En un circuito neumático podemos distinguir los siguientes grupos funcionales:
grupo compresor, red de distribución, unidad de mantenimiento, válvulas y ac-
tuadores o elementos de trabajo.

1.1. Grupo compresor

El grupo compresor ha sido diseñado para ofrecer un caudal de aire limpio y seco
a una presión preestablecida, con el objeto de asegurar un funcionamiento efi-
ciente de todas las máquinas y mecanismos.

Las presiones ideales de empleo del aire comprimido oscilan entre 4 y 8 bar, sien-
do lo habitual 6 bar. El corazón de cualquier circuito neumático es el grupo com-
presor.

El compresor

Es una máquina encargada de aspirar el aire a la presión atmosférica y comprimirlo
a una presión más elevada. El compresor recibe movimiento de un motor eléctri-
co por medio de poleas y correas de diversos tipos, se utiliza en aplicaciones in-
dustriales, o de un motor de combustión, en maquinaria móvil.

Tipos de compresores

Los podemos clasificar en:

a) Compresor de émbolo:

• De pistón.
• De diafragma.

Elementos de neumática e hidráulica 101

b) Compresores rotativos:
• De paletas o multicelular.
• De tornillo helicoidal.
• Compresores roots.

c) Turbocompresores:
• Axiales.
• Radiales.

3 5 6
4 7 9

2 8
1

1. Filtro de aire aspirado. 6. Válvula de seguridad. Limitador de presión.
2. Grupo motocompresor. 7. Purgador manual.
3. Refrigerador. 8. Presostato.
4. Válvula antirretorno. 9. Conjunto de filtro, indicador de presión,
5. Acumulador de aire, depósito.
engrasado.
a Figura 3.1. Grupo compresor de aire.

Compresores de pistón a Figura 3.2. Compresor de pistón.
a Figura 3.3. Compresores de pistón.
Su funcionamiento se basa en tomar aire por la válvula de aspiración en la carre-
ra descendente del pistón, accionado por un cigüeñal, y expulsarlo a la zona de
alta presión, a través de la válvula de escape, mientras la de aspiración permane-
ce cerrada. Suelen tener uno o varios cilindros.

De todos los tipos de compresores destacan los de pistón, que son los más em-
pleados.

El cárter inferior, donde se aloja el mecanismo de biela y manivela, contiene acei-
te para la refrigeración y engrase de este mecanismo.

En la boca de entrada del compresor hay un filtro de aire. Consiste en una fina
malla, o un fieltro, que garantiza que las pequeñas partículas de polvo abrasivo o
viruta no entren en los cilindros. El filtro de entrada sirve para prevenir un des-
gaste excesivo de las paredes de los cilindros, los segmentos y las válvulas.

Durante el trabajo de compresión del aire, se produce un aumento de la tempe-
ratura de este. Posteriormente el aire es vertido a la red y en su circulación se pro-
duce un descenso de temperatura que conlleva una caída de la presión en esta,

102 Unidad 3

a Figura 3.4. Compresor de dia- perdiéndose así la capacidad de trabajo, lo que obliga a una refrigeración del ci-
fragma. lindro. En los compresores pequeños bastan las aletas que lleva el cilindro por la
parte exterior. En los que son mayores, se instala además un ventilador, y en los
de alta presión, es necesaria la refrigeración por agua.

Cuando el aire entra desde la atmósfera y se comprime en un solo recorrrido, en-
tonces el mecanismo se conoce como compresor de una sola etapa. Los grupos de
una sola etapa suelen admitir una presión de hasta 14 bar (1.400 kPa).

En la figura 3.3 aparece un compresor de pistón de dos etapas y montaje en V. El aire
comprimido en el primer pistón, después de ser refrigerado, se introduce en un se-
gundo cilindro de volumen inferior que lo vuelve a comprimir. Así se obtienen pre-
siones de hasta 20 bar y, con tres etapas, se puede llegar hasta 220 bar (22.000 kPa).

Existen dos tipos de configuración para los compresores utilizados normalmente:
los portáliles y los estáticos. Un compresor portátil está diseñado para porporcio-
nar movilidad al usuario y está equipado con asas y ruedas.

La configuración estática está provista de un depósito de aire más grande que el por-
tátil y está fijado al suelo con tacos elásticos o silenbloc que absorban las vibraciones.

a Figura 3.5. Compresor estáticos.

a Figura 3.6. Compresor de paletas. Compresor de diafragma o membrana
a Figura 3.7. Compresor de tornillos.
Su funcionamiento es similar al anterior, pero en vez de pistón utiliza una mem-
brana sintética flexible de goma para producir la acción de bombeo. Su principal
ventaja reside en la imposibilidad de que el aceite lubricante pase al aire, al estar
interpuesta la membrana. Se emplea en la industria alimenticia, farmacéutica, etc.

Compresor rotativo de paletas o multicelular

Está constituido por un cárter cilíndrico en cuyo interior gira un rotor excéntrico
provisto de un cierto número de paletas deslizables en el interior de unas ranuras.

Cuando el rotor gira, la inercia mantiene a las paletas pegadas a la pared, mien-
tras que la excentricidad hace que el volumen de las células varíe constantemen-
te, comprimiendo el aire a medida que se acerca al orificio de salida.

Elementos de neumática e hidráulica 103

Las principales ventajas de este tipo de compresor son sus reducidas dimensiones, a Figura 3.8. Compresores roots.
su funcionamiento silencioso y un suministro de un caudal prácticamente uni-
forme (sin impulsos). Estos compresores suministran menores presiones, pero ma- a Figura 3.9. Compresores radial y
yores caudales que los de émbolo. axial.

Compresor de tornillos caso práctico inicial

Está formado por dos tornillos helicoidales, engranados entre sí, que arrastran en Todos los compresores están dota-
su giro el aire (entre el hueco de sus dientes y el cilindro de recubrimiento) axial- dos con un filtro de aspiración de
mente. Se utilizan en los equipos de aire acondicionado domésticos. aire para impedir la entrada de las
impurezas del aire.
Compresor root
caso práctico inicial
Como se ve en la figura 3.8, el aire es simplemente transportado de derecha a iz-
quierda, sin modificar su volumen en el hueco comprendido entre ambos rotores y La válvula limitadora, también lla-
la carcasa exterior. Se utilizaron en los primeros motores sobrealimentados o turbo. mada válvula seguridad, es la encar-
gada de proteger el compresor en
Turbocompresores caso de sobrepresión.

Existen dos modelos de turbocompresores, ambos aptos para tratar grandes cau-
dales. Uno es el turbocompresor radial, llamado así porque aspira el aire en su par-
te central para lanzarlo radialmente hacia la periferia por la acción de la fuerza
centrífuga. La aceleración del aire se produce en sentido radial. Una posterior dis-
minución de su velocidad hace que su presión aumente hasta el límite deseado.

El segundo es el turbocompresor axial, en el que el aire circula paralelamente al
eje del mismo.

Ambos compresores pueden disponer de varios alabes en serie, especialmente di-
señados para aumentar progresivamente la velocidad del aire.

Depósito o acumulador de aire

A la salida del compresor, se dispone de un depósito de acero y forma cilíndrica,
capaz de albergar una buena cantidad de aire comprimido. Esto supone una re-
serva de aire a presión necesaria para abastecer a los diferentes consumidores
cuando la demanda es superior a la producción del compresor, evitando caídas de
presión de la red. Al mismo tiempo que amortigua las pulsaciones del caudal de
salida del compresor, estas pulsaciones generan ondas de presión que pueden re-
sultar perjudiciales para los aparatos consumidores.

Por lo general, los acumuladores están provistos de diversos accesorios, tales como
termómetro y manómetro, válvula de cierre y de vaciado del agua y válvula limi-
tadora de presión. Con el termómetro y el manómetro controlaremos la tempe-
ratura y presión del aire en el acumulador.

Si no se cierra, el compresor funcionará toda la noche en caso de que una man-
guera se rompa o tenga pérdida de aire. Para evitar esto, disponemos de una vál-
vula de cierre del depósito que aisla el depósito de la red de distribución.

Válvula limitadora de presión Válvula de cierre

Termómetro
Manómetro

Compuerta
Válvula de vaciado de agua

a Figura 3.10. Depósito de aire.

104 Unidad 3

caso práctico inicial Debido al riesgo que supone una sobrepresión en el depósito, este dispone de una
válvula de seguridad, tarada a una determinada presión a partir de la cual se abre
Función de la válvula limitadora de la válvula por la que sale el aire y evita posibles explosiones.
presión.
Gracias a su gran superficie, el aire encerrado en el acumulador se refrigera, con
ACTIVIDADES lo que la humedad se condensa en la parte inferior de él, acumulándose agua.
Conviene eliminar dicha humedad periódicamente para evitar que penetre en
la red de distribución. Para ello disponemos de la válvula de purga del depó-
sito, que accionaremos manualmente, o de un colector automático de agua
que se abre automáticamente para descargar una cantidad de agua preestable-
cida. Para evitar pérdidas de presión del aire, el colector se abre y se cierra rá-
pidamente.

La característica principal a la hora de decidirnos por un acumulador es su capa-
cidad o volumen, que se mide en litros.

Sistemas de regulación

La presión suministrada por un compresor debe mantenerse dentro de unos lími-
tes prefijados de antemano, cualquiera que sea el caudal demandado por la insta-
lación. Para realizar esta función, se dispone de un regulador de presión, cuya
acción se ejecuta actuando sobre el propio compresor, sobre el motor de arrastre
o sobre el circuito.

En los compresores arrastrados por un motor de combustión, cuando no resulte
práctico arrancar y parar el motor continuamente, es corriente el empleo de una
válvula presostática, que actúa cuando se alcanza la presión máxima en el depó-
sito, abriéndose dicha válvula, que permite el paso del aire a través de un peque-
ño tubo que conduce al mecanismo de descarga. Este mantiene abierta la válvu-
la de admisión del compresor, haciéndolo funcionar en vacío. Cuando la presión
desciende al mínimo, la válvula tarada se cierra, cortando el paso del aire por el
tubo y cerrando así la válvula de admisión, que queda liberada nuevamente per-
mitiendo su funcionamiento normal.

En los compresores arrastrados por un motor eléctrico, el sistema de regulación
más empleado es el que actúa sobre el motor eléctrico. Para ello se dispone de un
presostato o interruptor de presión. Cuando la presión del sistema alcanza su ni-
vel máximo, el interruptor se abre y corta la corriente que va al motor del com-
presor. Cuando la presión desciende a un nivel dado, el interruptor se cierra para
volver a arrancar el compresor.

En otros casos, se dispone de una válvula limitadora de presión, que permite
el vertido del aire hacia la atmósfera cuando se supera el valor de presión es-
tablecido.

1. Identifica los distintos componentes del grupo compresor de la instalación neumática del taller.
2. Busca en la placa de características o en el manual las características del grupo compresor.
3. ¿Qué sistema de regulación emplea el grupo compresor?
4. ¿Qué volumen o capacidad tiene el acumulador?
5. Haz una tabla de mantenimiento de un grupo compresor con el manual de este.

Elementos de neumática e hidráulica 105

1.2. Red de distribución caso práctico inicial

El sistema de distribución de aire conduce el aire comprimido del depósito del Las tomas de servicio se deben
compresor a distintos lugares de servicio (figura 3.12). montar en circuito cerrado para evi-
tar pérdidas de carga.
La red debe tener una inclinación del 2 al 3 % en dirección al acumulador o de
lo contrario en los bajantes hay que añadir pequeños depósitos auxiliares de Representación Representación
purgado provistos de grifo. Las tomas de servicio se efectúan siempre por enci-
ma de ellos (figura 3.11). práctica simbólica

Las conexiones de los bajantes se harán por la parte superior de la conducción
principal para impedir, en lo posible, el paso de agua condensada.

En grandes instalaciones, la red de distribución debe ser del tipo cerrado o de do-
ble circuito. Para este tipo de instalación se recomienda incluir un depósito de aire
adicional en el extremo opuesto del compresor, para así conseguir una presión
más estable.

Sentido de
circulación

Sistema Receptor Conexión para
de tuberías Tomas de aire extra utilización
del sistema
Compresor Recipiente
para

condensación

a Figura 3.11. Red de distribución en circuito cerrado. a Figura 3.12. Bajantes de la red
de distribución.

Tuberías

Las tuberías se utilizan para la conducción de fluidos a más o menos presión, cons-
tituyéndose de diversos materiales, según sea la presión y el fluido transportado.

El material empleado suele ser el plástico, el cobre y el acero. El cobre y el plásti-
co se suelen comercializar en rollos y el acero en barras de 6 metros.

Progreso del perfil

12 3 45 6

4 2
3
1

Fabricación de tubos por perfilado Fabricación de tubos por extrusión
y soldadura eléctrica por costura. en caliente.

1. Rodillos perfiladores; 2.Rodillos soldadores; 1. Portamatriz; 2. Matriz; 3. Contenedor;
3. Rodillos de presión; 4.Tubo soldado. 4. Tocho perforado; 5. Pistón; 6. Émbolo.

a Figura 3.13. Fabricación de tubos.

106 Unidad 3

Los tubos pueden construirse por extrusión en caliente o por soldado, siendo los
primeros los que ofrecen mejores cualidades. En los soldados se aprecia la costu-
ra por soldadura eléctrica continua a lo largo del tubo.

Las tuberías se designan por su diámetro exterior, estando ampliamente normali-
zadas según tres normas: la métrica, la whitworth y la de gas.

a Figura 3.14. Mangueras con uno Mangueras
y dos trenzados.
Las mangueras flexibles se reservan para las derivaciones finales. Sirven de unión
a Figura 3.15. Tubos unidos por entre las tomas de servicio de la red de distribución y las herramientas o elemen-
casquillo. tos de trabajo móviles a las que da servicio.

Las mangueras más simples suelen consistir en un conducto de goma recubierto
de un trenzado textil y una capa externa. Para mangueras más resistentes se utili-
zará un trenzado de acero y, a medida que se necesite que sean más resistentes, se
les añadirán más trenzados.

Elementos de conexión

Las uniones de los tubos entre sí y de los tubos a los actuadores, válvulas y acce-
sorios, pueden hacerse por soldadura o por roscado, siendo el roscado la técnica
más empleada:

• Uniones entre los tubos

En instalaciones neumáticas, cuando el material y el espesor del tubo lo permi-
ten, los extremos de los tubos pueden roscarse por su exterior para unirlos entre
sí por medio de manguitos roscados interiormente a ambos extremos del tubo.

En instalaciones hidráulicas, un roscado en el tubo limita la resistencia a las al-
tas presiones; por tanto, empleamos las tuercas de unión, como indican las fi-
guras siguientes.

ANTES de apretar la tuerca DESPUÉS de apretar la tuerca

Tope Cono interior Anillo de corte Rebaba visible
a Figura 3.16. Tuercas de unión.

Forma Forma
de codo de «te»

Forma Forma
de «ele» de cruz

a Figura 3.17. Tuercas de unión.

Elementos de neumática e hidráulica 107

Hay una gran variedad de uniones basadas en el mismo principio que las tuer-
cas de unión, que se emplearán según se necesiten.

Las medidas, tanto de la rosca macho como de la hembra, están normalizadas,
siendo sus diámetros las medidas nominales.

Cuando es necesario unir dos trozos de tubería flexible, puede efectuarse dicha
unión con piezas cilíndricas dotadas de unos resaltes adecuados para la sujeción
del tubo, tal como se ve en la figura 3.19. Estas piezas se conocen con el nom-
bre de cánulas y se colocan entre los dos tubos asegurándose su unión con abra-
zaderas o bridas.

Para determinar el tipo
de rosca medir el diámetro
de las roscas exteriores
o el diámetro de las roscas
interiores.

Diámetro Diámetro
exterior interior

a Figura 3.18. Tuercas de unión.

Cuando hay que efectuar conexiones de tubos flexibles con tubos rígidos se uti-
lizan unos accesorios llamados cánulas con espiga roscada, como se muestra en
la figura 3.19.

Bridas de engatillar Cánulas

Cánulas
con espiga roscada

Racor

Sentido
de rosca

Cuerpo
de válvula

a Figura 3.19. Conexiones de mangueras. a Figura 3.20. Roscas.

108 Unidad 3

BA • Uniones de los tubos a los actuadores y las válvulas
C
Los tubos se acoplan a los demás elementos del circuito mediante los racores.
ED Estos enroscan en un agujero roscado del elemento.

ABC D A la hora de unir el otro extremo del racor al tubo, empleamos varios procedi-
E mientos.

A. Junta tórica de estanqueidad Para tubos de plástico:
B. Diente de cierre
C. Contrapendiente de bloqueo – Racores de conexión rápida. El sistema de funcionamiento es sencillo: el tubo
D. Casquillo elástico de plástico se introduce a presión dentro del racor hasta sobrepasar la junta tó-
E. Tubo de plástico rica de estanqueidad, haciendo tope en el encaje interior del accesorio.
a Figura 3.21. Racores de conexión
rápida. Al llegar al citado punto, el tubo está ya en disposición de trabajo, ya que el
diente de cierre le impide retroceder al estar sujeto por la contrapendiente
de bloqueo, la cual lo aprieta con mayor firmeza al recibir una presión con-
traria a la de entrada del tubo.

Cuando es necesario extraer el tubo del interior del racor se efectúa una pre-
sión hacia el interior sobre el casquillo elástico, el cual, al avanzar, produce
una apertura del diente de cierre dejando al tubo libre, con lo cual su ex-
tracción es sumamente fácil.

En otros racores, para asegurar la estanqueidad, una vez colocado el tubo, ti-
ramos del casquillo elástico hacia fuera, gracias al anillo del que disponen.

– Racores cónicos para tubos de plástico. Hay que tener cuidado a la hora de
apretar la tuerca moleteada, aunque la forma especial del cono de conduc-
ción impide posibles cortes de tubo.

Macho Hembra
30

a Figura 3.22. Racores. Casquillo Nipple
a Figura 3.25. Engatilladora.
a Figura 3.23. Racores cónicos. a Figura 3.24. Racores macho y hembra.

– Racores desmontables para mangueras. Se unen a la manguera por el lado
del casquillo, encajándola entre este y el nipple o vástago, que a su vez están
roscados entre sí.

Por el lado opuesto al casquillo, se une a la herramienta o actuador móvil
mediante un roscado macho o hembra.

– Racores fijos para mangueras. Para uniones fijas de mangueras utilizamos
también las cánulas con espiga roscada, que vimos en la figura 3.19.

– Racores grapados o engatillados. Se unen rígidamente a la manguera con
un grapado o engatillado mediante máquinas para grapar.

Para tubos de acero:

• Racores cónicos para tubos metálicos. Están compuestos de tres piezas:
cuerpo, tuerca y férula.

Elementos de neumática e hidráulica 109

• Enchufes rápidos La tuerca gira sobre
la férula en este punto
Para la conexión a los distintos aparatos y herramientas, se dispone de en- El tubo
chufes rápidos en la red a intervalos regulares, que toman la forma represen- no es arrastrado
tada en la figura 3.27. Férula
auto-centrante
En su posición de reposo, una válvula interior impide la salida del aire; pero
cuando se conecta el terminal macho, se desplaza esta válvula permitiendo a Figura 3.26. Racor para tubos
la salida del aire. abocardados.

El terminal hembra dispone de un sistema de anclaje y fijación de la espira
que impide que se suelte accidentalmente una vez conectados. Para separar-
los, es preciso desplazar axialmente la carcasa de cierre de la base, liberando
así las patillas de fijación del terminal macho.

a Figura 3.27. Enchufe rápido neumático.

En circuitos hidráulicos donde es necesaria la hermeticidad de los dos termi-
nales, para no chorrear aceite, empleamos un enchufe rápido como el de la fi-
gura 3.28:

Cuerpo hembra Cuerpo macho

a Figura 3.28. Enchufe rápido neumático.

ACTIVIDADES

6. Sobre el circuito neumático del taller, comenta todos los detalles que puedes apreciar y que hemos tratado en
este punto.

7. Explica el proceso de montaje de los racores de conexión rápida y los cónicos para los tubos de plástico.
8. Explica el funcionamiento de los enchufes rápidos para circuitos hidráulicos.

110 Unidad 3

EJEMPLOS

Explica el proceso de montaje de las uniones roscadas.
Solución
Para montajes en serie, tener en cuenta que los extremos del tubo tengan colocado previamente el anillo de
corte.

abc

Sujetar y cortar el tubo con el útil ade- Eliminar las rebabas del tubo interior y Engrasar bien para facilitar la operación

cuado que facilite el corte a escuadra. exteriormente. de roscado.

de f

Realizar el roscado del tubo, utilizando la Finalizar el roscado, extraer la terraja y Aproximar la tuerca de unión y apretar
terraja y portaterrajas adecuado, durante limpiar las virutas. manualmente.
el proceso de roscado engrasar adecua-
damente.

gh j

Efectuar el apriete final al par corres- Resultado de la unión de ambos tubos. Equipo de útiles para la realización de
pondiente con la llave adecuada. roscado a mano.

a Figura 3.29. Proceso de montaje de uniones roscadas.

Elementos de neumática e hidráulica 111

Explica el proceso de montaje de los racores desmontables en las mangueras.

Solución
Tubos de un trenzado

Fase 1. Corta la tubería a la longitud deseada mediante una sierra fina, muela de tronzar o cu-
chillo circular. Procura obtener un corte perfectamente a escuadra. Sujeta el casquillo a un torni-
llo de banco e introduce la tubería en sentido de rotación a izquierda, hasta que haga tope. Aflo-
ja 1/4 de vuelta.
1
Fase 2. Lubrica abundantemente el exterior del nipple o vástago, el mandril de montaje y el inte-
rior de la tubería.

2
Fase 3. Raccords macho: Introduce el mandril de montaje en el nipple y lubrícalo. Mete el útil de
montaje en el flexible, imprimiéndole un movimiento de vaivén longitudinal hasta que no ofrez-
ca resistencia. Atornilla el nipple al casquillo mediante llave aplicada al hexagonal del raccord ma-
cho, hasta que haga tope con el casquillo.

3
Fase 4. Tuerca giratoria: Bloquea la tuerca giratoria mediante el mandril una vez introducido en
el nipple. Lubrícalo. Atornilla el nipple al casquillo aplicando la llave sobre el hexagonal del útil-
mandril de montaje, dejando una holgura de 1 a 1,5 mm entre la tuerca y el casquillo para que
dicha tuerca pueda girar libremente.

4

Tubos de dos trenzados
Fase 1. Corta la tubería a la longitud deseada. Tal como figura en el grabado, debe colocarse el cas-
quillo en posición paralela al flexible con el fin de determinar fácilmente la longitud de cubierta de
caucho que debe quitarse para el montaje. Haz una incisión circular y luego otra longitudinal, pro-
curando no dañar el trenzado de alambre de acero. Quita esta parte de cubierta de caucho mediante

5 unos alicates. Limpia las partículas de caucho adheridas al trenzado, mediante cepillo de alambre.
Fase 2. Sujeta el casquillo a un tornillo de banco. Introduce la tubería en sentido de rotación a iz-
quierda, hasta que haga tope. Afloja 1/4 de vuelta.

6
Fase 3. Lubrica abundantemente la rosca del nipple y el interior de la manguera. No es necesario
utilizar mandril en las mangueras de doble trenzado de alambre de acero. Para los tubos de ma-
yor diámetro interior deberá utilizarse grasa en lugar de aceite.

7
Fase 4. Atornilla el nipple al casquillo, dejando una holgura de 1 a 1,5 mm, especialmente en las
tuercas, para que estas puedan girar libremente.

8
Nota: El mandril no es necesario para el montaje de raccords a tubos flexibles de un diámetro interior a partir
de 1’’. El nipple puede ser roscado directamente al casquillo aplicando la llave en el hexagonal del raccord.
a Figura 3.30.

112 Unidad 3

caso práctico inicial 1.3. Unidad de mantenimiento

Todos los equipos y herramientas se Antes de la conexión a una máquina o circuito, el aire debe ser acondiciona-
conectan a la red de aire comprimi- do, instalando la llamada unidad de mantenimiento en cada toma de servicio
do mediante la unidad de manteni- de la red de distribución.
miento.
La unidad de mantenimiento estará constituida por un filtro, un regulador y
caso práctico inicial un engrasador. Los tres elementos se conectan uno a continuación del otro.

La unidad de mantenimiento está Con frecuencia, el filtro y la válvula reguladora de presión van agrupados en
formada por un filtro de aire con de- una sola unidad, ofreciendo la unidad de mantenimiento un aspecto más com-
cantador de agua, una válvula regu- pacto.
ladora de presión y un lubricador.

Unidad de mantenimiento Unidad de mantenimiento
simplificada en detalle

a Figura 3.31. Unidad de mantenimiento.

Salida Entrada El funcionamiento de sus componentes es como sigue:

A Filtro separador de agua

D Sirve para eliminar impurezas que aún puede llevar el aire comprimido. Este
V circula a través de un cartucho filtrante que retiene las partículas en suspen-
P sión y deposita el agua, que se acumula en el fondo del depósito, de donde se
elimina periódicamente por medio de la purga manual o automática.
G
T Como es lógico, hay que realizar la limpieza periódica del filtro o proceder a su
sustitución, según los casos, para garantizar el correcto funcionamiento del
aparato.

Filtro Flitro con separador Reductor de presión
de agua
Una vez filtrado, el aire pasa por el regulador de presión donde la presión es re-
a Figura 3.32. Filtro separador de ducida a un valor constante. El valor ajustado puede leerse en un manómetro.
agua. Para permitir un funcionamiento uniforme, la presión ajustada debe ser ligera-
mente inferior a la presión mínima de la red.

Elementos de neumática e hidráulica 113

Mediante el tornillo de ajuste (2) (véase la página 333) se aprieta más o me- 1.0
nos el resorte (8), el cual actúa sobre la membrana (3), levantando el vástago 1.1 (2) A
(6) y con él la junta (5), venciendo al mismo tiempo la acción del resorte (1).
El aire a presión que entra por P1 circula libremente hacia el punto P2. Si por
cualquier motivo aumenta la presión en el lado del consumo más allá del va-
lor previsto, este aumento de presión impulsa hacia abajo la membrana (3),
cerrando el paso del aire. Cuando la presión disminuya, se volverá a abrir el
paso de aire del primario al secundario.

Engrasador

Los elementos neumáticos, al tener piezas móviles, deben recibir una pequeña
dosis de aceite para su lubricación constante. Para ello se utiliza el mismo aire
comprimido, que actúa de vehículo portador. El aparato lubricador que realiza
esta función actúa según el efecto Venturi. El engrasador va provisto de una
mirilla y un tornillo de regulación para controlar el goteo. Es importante que
el nivel de aceite de alimentación esté dentro de los límites indicados por el
constructor del aparato. No obstante, no debe exagerarse la lubricación, ya que
podrían obstruirse los conductos más pequeños de los elementos.

Para simplificar, en los esquemas de cualquier circuito, al grupo compresor, a
los correspondientes conductos de aire comprimido, a la unidad de manteni-
miento y a la conexión del correspondiente circuito los representamos con un
pequeño círculo con un punto en el centro.

1 7 VC
5 D

P1 P2 E S
R T
6
3 8

4

(1) P R (3)
a Figura 3.35. Toma de aire.
2 a Figura 3.34. Engrasador.
a Figura 3.33. Reductor de presión.

ACTIVIDADES

9. De los tres elementos de la unidad de mantenimiento de un circuito neumático, ¿cuáles no crees necesarios
en un circuito hidráulico?

10. ¿Sabrías explicar en qué consiste el efecto Venturi y cómo se aplica en un engrasador?
11. Comprueba en un engrasador del taller sobre qué actúa el tornillo de regulación para controlar el goteo.

114 Unidad 3

saber más 1.4. Válvulas o elementos de control

Directiva 98/12/CE Las válvulas se emplean en cualquier circuito hidráulico o neumático para con-
Según directiva 98/12/CE. trolar las presiones, los caudales y las direcciones que debe tomar el fluido en cada
Denominación de las bocas de las fase.
válvulas de frenos neumáticos.
1 (V) ..... Alimentación Podemos distinguir las válvulas distribuidoras, las reguladoras de caudal y las re-
11 (V1) 1.ª Alimentación. guladoras de presión.
12 (V2) 2.ª Alimentación.
2 (Z) ..... Salida Válvulas distribuidoras
21 (Z1) Salida 1.
22 (Z2) Salida 2. Con ellas desviamos el camino que ha de seguir el fluido, dependiendo de su po-
4 (S) ..... Señal sición, hacia uno u otro de los elementos receptores.
41 (S1) Señal o pilotaje 1
42 (S2) Señal o pilotaje 2 Las válvulas distribuidoras se designan según el número de vías y según el núme-
3 (E) ..... Escape ro de posiciones.

1.0 Se consideran vías a las conexiones u orificios que tiene la válvula o distribuidor,
por los que puede circular el fluido.
(2) A
1.1 Las posiciones son las combinaciones o posturas que puede adoptar la válvula.
Cada válvula tiene generalmente dos o tres posiciones.
R
(1) P (3) Para designar y representar las válvulas en los esquemas de circuitos se emplean
a Figura 3.36. Toma de aire. símbolos normalizados, según las normas CETOP (Comité Europeo de Transmi-
siones Oleohidráulicas y Neumáticas).

Como ejemplo, consideraremos la válvula de la figura 3.35 de tres vías y dos po-
siciones. Se designa de forma abreviada, como válvula 3/2 (tres vías, dos posicio-
nes).

Para representarla, empleamos un bloque con tantos cuadros como posiciones
tenga (en nuestro caso dos).

Dentro de cada cuadro representamos por flechas las distintas direcciones del flui-
do. Las conexiones bloqueadas se señalan mediante líneas transversales dentro de
los cuadros.

Las conexiones con el exterior se indican en el cuadro de la posición de reposo.
Estas se señalan con letras mayúsculas (números):

• Para los conductos de trabajo y alimentación a los cilindros: A, B, C, … (2, 2.1,
2.2...)

• Alimentación del aire comprimido: P; (1)

• Escapes: R, S (3, 5)

• Líneas de pilotaje: Z, Y, X

La conexión de escape se representa por un triángulo, si este está adosado al cua-
dro. Y si está separado, posee rosca de conexión donde poder montar silenciado-
res, aparte de los elementos neumáticos.

Para ver el comportamiento de la válvula a partir del esquema, basta con des-
plazar el bloque en horizontal, dejando inmóviles las conexiones o trazos exte-
riores, hasta confrontar las conexiones con los conductos de otro cuadro, que
nos presentará otra nueva distribución de flujo (figura 3.36) para el avance del
cilindro.

Los accionamientos que hacen que se modifique la posición de las válvulas pue-
den ser manuales, mecánicos, neumáticos o eléctricos. Estos dos últimos procedi-
mientos permiten un accionamiento a distancia.

Elementos de neumática e hidráulica 115

Los símbolos de los accionamientos se dibujan en la parte lateral de los cuadros
como sigue:
• Accionamiento manual: por pulsador, palanca, pedal y pedal con enclava-

miento.

a ac a
Pulsador Pedal

a ab
bd

Palanca Pedal con enclavamiento
a Figura 3.37. Accionamiento manual.

• Accionamiento mecánico: por leva, rodillo y rodillo escamoteable.

Leva Rodillo Rodillo
a b escamoteable

c

a Figura 3.38. Accionamiento mecánico.

En el accionamiento por rodillo, este es empujado por una leva. En el de rodillo AB
escamoteable, el accionamiento del rodillo es posible solamente en un sentido. ZY

• Accionamiento neumático: en este caso, las válvulas cambian de posición S Y
cuando se hace llegar presión a un conducto lateral, lo que produce el despla- RP
zamiento del distribuidor.
AB
• Accionamiento eléctrico: las electroválvulas o válvulas electromagnéticas son
elementos mixtos que, mediante una señal eléctrica exterior, efectúan el des- Z
plazamiento del distribuidor.
R
R PS
R

PA P a Figura 3.39. Accionamiento neu-
a Figura 3.40. Accionamiento eléctrico. mático.

A

116 Unidad 3

La parte fundamental de la electroválvula es el electroimán, capaz de mover di-
rectamente el pistón. Se trata de un accionamiento directo.

a Figura 3.42. Válvula de cierre. RR
A BA B

PP

a Figura 3.41. Accionamiento eléctrico y neumático.

Para gobernar grandes caudales de paso, se requieren conductos amplios y los elec-
troimanes necesarios para accionar los émbolos resultarían excesivamente gran-
des. En este caso, se utiliza otro tipo de válvulas, de accionamiento electro-neu-
mático o servopilotadas.
Disponen de una derivación interna desde el conducto de presión (P) hacia el
asiento de la electroválvula, de manera que, al excitar el electroimán, se da
paso a la presión hacia el émbolo principal, que es accionado por medios neu-
máticos.

Válvulas reguladoras de caudal
Sirven para impedir o reducir el paso del fluido en los dos sentidos o en uno solo,
dejándolo libre en el contrario.
Las más importantes de este grupo son:
a) Válvulas de cierre.
b) Válvulas de retención.
c) Válvulas estranguladoras.
d) Válvulas estranguladoras de retención.
e) Válvulas de purga rápida.
f) Válvulas selectoras de retención.
g) Válvulas de simultaneidad.

• Válvulas de cierre. Sirven para abrir o cerrar, de forma total, el paso del
aire. Se emplean generalmente a la salida del grupo compresor.

• Válvulas de retención o antirretorno. Son válvulas de bloqueo que impi-
den el paso del fluido en un sentido determinado, permitiendo que circule
libremente en el otro sentido. La obturación puede lograrse por bola, disco,
cono, etc., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda
complementaria de un muelle.

Elementos de neumática e hidráulica 117

a Figura 3.43. Válvula antirretorno. a Figura 3.44. Válvula estrangula-
dora.
• Válvulas estranguladoras. Permiten modificar el caudal del fluido en cual-
quier sentido de circulación por medio de un dispositivo regulable de es- A
trangulación.

• Válvulas estranguladoras de retención. Trabajan como una válvula de reten-
ción y otra estranguladora en paralelo, como indica su símbolo. En un sentido,
el fluido pasa libremente por la válvula de retención y, en el sentido contrario,
esta válvula lo retiene obligándolo a pasar por la válvula estranguladora, que
puede ser regulada por un tornillo.

A

P R
P1 P

A

P2 R

a Figura 3.45. Válvula estranguladora de retención. a Figura 3.46. Válvula de purga rápida.

Este tipo de válvula se utiliza fundamentalmente en la regulación de la veloci-
dad de los cilindros, lo cual puede lograrse regulando el flujo de alimentación
o el de escape, si bien este último es lo más adecuado, puesto que lo primero
tiene el inconveniente de que cualquier variación de carga supone una sensi-
ble modificación de la velocidad.

• Válvulas de purga rápida. Se instalan entre la válvula de mando y el corres-
pondiente cilindro sobre el que esta actúa.

Su misión es que la purga de los cilindros se efectúe de forma rápida, sin pasar
por la vía de la válvula de mando (normalmente de poca sección).

Su funcionamiento (figura 3.46) es el siguiente: el aire que entra por el orificio
de alimentación (P) desplaza a la membrana de obturación, lo que bloquea el
escape (R) y conecta el orificio (A) para accionar al cilindro. Cuando cesa la
alimentación en (P), el aire a presión acumulado mueve la membrana hacia (P)
y escapa con rapidez por (R).

• Válvulas selectoras de retención (figura 3.47). Tienen dos conductos de en-
trada (X e Y) y uno de salida (A), dispuestos de manera que, cuando se aplica
presión por cualquiera de los conductos de entrada, el otro queda bloqueado.

118 Unidad 3
P1
Esta válvula se emplea en los casos de mando doble de un cilindro para aislar
el conducto que no funciona en un determinado momento. Normalmente se
les llama válvulas O.

• Válvulas de simultaneidad. Como las anteriores, tienen dos entradas y una sa-
lida. El aire no podrá pasar por la válvula a no ser que estén conectadas bajo
presión ambas entradas.

Para que el aire salga, debe mandarse presión por las entradas P1 y P2, al mismo
tiempo. A estas válvulas se les llama válvulas Y.

AA AA

P2 P1 P2 X Y X Y

Válvula «Y» Válvula «O»
a Figura 3.47. Válvulas selectoras de retención y de simultaneidad.

Se utilizan cuando se necesitan dos condiciones para que entre en funciona-
miento el actuador que gobierna y se emplean frecuentemente en dispositivos
de seguridad.

Válvulas reguladoras de presión

Están concebidas para mantener la presión entre límites preestablecidos.

Entre los tipos más extendidos hay que destacar:

• Válvula limitadora de presión. Esta válvula, llamada también de seguridad,
impide la elevación de la presión por encima del valor nominal admisible por
el sistema donde está conectada.

En caso de sobrepresión procede a liberar, hacia la atmósfera o al depósito del
fluido, según sea aire o aceite respectivamente.

• Válvula de secuencia. Se emplea en los circuitos para dar preferencia a cier-
tos consumidores, haciendo que los restantes solo puedan suministrarse cuan-
do haya suficiente presión.

Se utilizan en el circuito neumático de los camiones, donde, al arranque, se
van llenando los calderines o acumuladores de los frenos de mano, los frenos
delanteros y los frenos traseros, en este orden.

• Válvula reductora de presión. Ya la nombramos en el apartado 1.3 donde
hablamos de la unidad de mantenimiento. Ajusta la presión a un valor de-
terminado de trabajo en el circuito generalmente más bajo que la red ge-
neral.

Elementos de neumática e hidráulica 119

EJEMPLO

La válvula rotativa de la dirección asistida de cualquier vehículo consiste en una válvula distribuidora como
se representa en la figura.
a) Deduce de qué tipo de válvula se trata.
b) Haz un esquema para cada posición y explica el funcionamiento del circuito.
c) Represéntala según las normas.

A PB A PB A PB
7

R R R
A. Trayectoria recta B. Giro a la izquierda C. Giro a la derecha
a Figura 3.48. Válvula rotativa de dirección.

Solución

Al girar el volante se tuerce la barra de torsión (7) adoptando la válvula las siguientes posiciones: (A) cuando no se
gira; (B) cuando se gira a la izquierda y (C) cuando se gira a la derecha.

a) Se trata de una válvula de 4 vías y 3 posiciones, 4/3.

b) A la hora de representarla dibujamos un bloque con 3 cuadros (ya que tiene tres posiciones). Las vías o conexio-
nes con el exterior las representamos en el cuadro del medio (abajo ponemos la de alimentación (P) y, la de re-
torno, (R). Y arriba las otras dos (A y B), una para cada lado del cilindro de la dirección).

– Trayectoria recta

(1) P R (3)

a Figura 3.49. Válvula en posición central.

En el cuadro central, posición de reposo, unimos entre sí las vías según vemos que pasa el aceite para esta po-
sición; todas están unidas entre sí con una H.

120 Unidad 3

– Giro a la izquierda AB

Ponemos la válvula en otra posición y unimos las vías según vemos que pasa PR
el aceite, entra por un lado del cilindro y sale por otro, representado con dos a Figura 3.50. Posición a la iz-
flechas en paralelo. quierda.

– Giro a la derecha

Volvemos a poner la válvula en el lado contrario y hacemos que el aceite ac-
cione al cilindro en sentido contrario, representado con dos flechas cruzadas.

c) La representación de la válvula según las normas será:

AB AB

PR PR
a Figura 3.51. Posición a la derecha. a Figura 3.52. Símbolo de la válvula.

ACTIVIDADES

12. Copia las figuras en tu cuaderno y de los símbolos normalizados de las siguientes válvulas, designa a cada
una de forma abreviada, número de vías/número de posiciones.

a Figura 3.53.

13. Copia los dibujos y figuras en tu cuaderno y relaciona a cada una de las válvulas siguientes con su corres-
pondiente símbolo.
1. 2. 3. 4.

R RA R
A P
A P A
P
P (2)
(2) 22

(1) (3) (1) (3) 1 13
a. b. c. d.

a Figura 3.54. Válvulas.

Elementos de neumática e hidráulica 121

14. Haz el esquema de un circuito neumático para un cilindro de simple efecto y otro de doble efecto, donde po-
damos regular las velocidades de avance y retroceso independientemente.

15. Dadas las siguientes válvulas distribuidoras, deduce de qué tipo se trata cada una y represéntalas esquemáti-
camente.

Z

R A R
a Figura 3.55. A
P
P ARB

a Figura 3.56.
ARB

ZR P YZ P

PA R Z PA PS
R
RP
S

A B AB
a Figura 3.57. Válvulas distribuidoras.

16. Haz el esquema de un circuito neumático para un cilindro de simple efecto, con un retroceso rápido, emplean-
do una válvula de purga rápida.

122 Unidad 3

1.5. Elementos receptores o de trabajo

Son todos aquellos que, recogido el fluido a una presión determinada y con el
caudal preciso, realizan el trabajo mecánico deseado.

Podemos distinguir los cilindros y los motores, existiendo múltiples variedades de
uno y otro.

Cilindros

Los cilindros se pueden dividir en dos grandes grupos: de simple efecto y de doble
efecto. Los primeros realizan el esfuerzo activo en un solo sentido y el retorno de-
pende de un muelle o membrana que devuelve el émbolo a su posición inicial. Los
cilindros de doble efecto actúan de modo activo en los dos sentidos.

Además, existen numerosas ejecuciones especiales que pueden considerarse va-
riantes de los dos tipos básicos, destinadas a empleos muy particulares: cilindro de
membrana, cilindro en tándem, cilindro multiposicional, cilindro de impacto, etc.

• Cilindros de simple efecto: los más comunes tienen el retorno por muelle. El
aire comprimido alimenta la cámara posterior, lo que hace avanzar el pistón,
venciendo la resistencia del muelle. El retroceso se verifica al evacuar el aire a
presión de la parte posterior, lo que permite al muelle comprimido devolver li-
bremente el vástago a su posición de partida.

En algunos casos particulares, la carrera de trabajo se confía al muelle compri-
mido, empleándose la presión del aire solo para lograr esta compresión. Se uti-
liza cuando la interrupción brusca de la energía neumática puede resultar peli-
grosa, tal como en los frenos de camiones y trenes.

En aplicaciones hidráulicas se utiliza frecuentemente el cilindro de tipo buzo, don-
de la entrada y el retorno del aceite se realiza a través del mismo conducto en el
que se acopla una válvula adecuada. Se utilizan en elevadores y gatos para levan-
tamiento de automóviles. El movimiento de subida del émbolo es debido a la pre-
sión hidráulica, mientras que el de bajada lo realiza la acción del peso elevado.

Culata Culata posterior carga carga
anterior Alimentación
Muelle Pistón De
Casquillo la bomba
guía símbolo

Al tanque

Vástago Fuga Camisa Salida Entrada

Cilindro de simple efecto Cilindro de tipo buzo

a Figura 3.58. Cilindros de simple efecto.

• Cilindros de doble efecto: al dar aire a la cámara posterior del cilindro y eva-
cuar simultáneamente el aire de la cámara anterior, el vástago del cilindro
avanza y, cuando se realiza la función inversa, el vástago retrocede.

En los cilindros de doble efecto, debido a la presencia del vástago en una de las
cámaras, la superficie eficaz del émbolo queda reducida, por lo cual el esfuerzo
obtenido es mayor en la carrera de avance que en la de retroceso, por lo que se
les llama también cilindros diferenciales. Por la misma causa, el movimiento
del émbolo es más lento en el avance.

Elementos de neumática e hidráulica 123

Una variante de estos cilindros son los de doble vástago, en los que el émbolo
tiene dos vástagos, uno a cada lado, de modo que cuando uno avanza el otro
retrocede. Estos cilindros se utilizan en casos en los que es necesario obtener la
misma fuerza en los dos sentidos de movimiento. Otras veces, por razones de
espacio, la detección de fin de carrera debe hacerse sobre el vástago auxiliar y
no sobre el de trabajo.
Un problema que se presenta en el funcionamiento de los cilindros, cuando se
trabaja con velocidades considerables, es el choque del émbolo contra la cula-
ta cuando llega al final del recorrido. Para evitar estos choques se utiliza un sis-
tema de amortiguación de fin de carrera, que puede realizarse de manera inter-
na o externa al cilindro.

56

1 2 34

1. Casquillo guía Cilindro doble vástago
2. Camisa de cilindro
3. Émbolo
4. Anillo guía del émbolo
5. Vástago
6. Cabezas

a Figura 3.59. Cilindros de doble efecto.

La amortiguación interna se realiza por medio de un émbolo amortiguador si-
tuado sobre el vástago, y un cilindro adicional, así como el sistema de regula-
ción del fluido de escape, que actúa como colchón. Cuando el émbolo amorti-
guador penetra en el cilindro amortiguador, cierra el aire residual contenido en
este, que se ve obligado a salir por un regulador de caudal que permite el esca-
pe controlado del fluido para conseguir que el émbolo llegue lentamente al fi-
nal del recorrido. Para permitir que el cilindro pueda realizar la carrera contra-
ria, se instala una válvula de retención de forma que durante el escape esté
cerrada y en la admisión se abra para permitir la entrada del fluido.

La amortiguación externa se realiza por medio de muelles, amortiguadores hi-
dráulicos, estrangulamiento de conductos de escape, etc.

Como es lógico, la amortiguación puede hacerse en uno o los dos sentidos. Los
esquemas de la figura 3.60 representan cada uno de los casos posibles.

Amortiguación Amortiguación Amortiguación Amortiguación
simple fija doble fija simple regulable doble regulable

a Figura 3.60. Cilindro con amortiguación.

124 Unidad 3

a Figura 3.61. Cilindro de mem- • Cilindros especiales. Con esta denominación se agrupan los cilindros para
brana. aplicaciones específicas tanto hidráulicas como neumáticas.

Pueden destacarse los siguientes tipos:

– Cilindro de membrana. El pistón es sustituido por una membrana fijada a la
camisa en su periferia y al vástago en su parte central, de manera que, en po-
sición de reposo, quede plegada dicha membrana, para extenderse en el ac-
cionamiento, como se muestra en la figura 3.61.

Se utiliza principalmente en neumática y concretamente en la industria ali-
mentaria o farmacéutica, para evitar el aceite de lubricación que transporta
el aire.

– Cilindro en tándem. Está constituido por dos cilindros de doble efecto aco-
plados en serie, formando una sola unidad. Con ello, aplicando la misma
presión simultáneamente sobre los dos émbolos, se obtiene una fuerza doble
a la del cilindro del mismo diámetro.

Se utiliza cuando se requieren fuerzas considerables de accionamiento y no
es posible utilizar cilindros de un diámetro mayor, debido al espacio dispo-
nible en la máquina.

Posiciones de maniobra
12 3 4

P PP P

PP a Figura 3.62. Cilindro en tándem.

PP – Cilindro multiposicional. Está formado por una combinación de al me-
PP nos dos cilindros de doble efecto, dispuestos con las tapas posteriores en-
caradas.
PP
a Figura 3.63. Cilindro multiposi- En ellos son posibles más de dos posiciones definidas de maniobra, según el
cional. émbolo y la cara del mismo a la que se aplique presión, pudiendo hacerse
combinaciones que permitan cuatro, seis u ocho posiciones.
C C'
En la figura 3.63 se ha representado uno de cuatro posiciones.
AB
a Figura 3.64. Cilindro de impacto. – Cilindro de impacto (figura 3.64). Se emplea cuando se desea que el pistón
produzca un fuerte impacto sobre la pieza a actuar. Consiste en un cilindro
de doble efecto al que se ha añadido una cámara de aire.

Al dar presión a la cámara A el émbolo se traslada hacia la izquierda. Al dar
presión a la cámara B, si la fuerza que actúa sobre la superficie C es mayor
que la actuante en la cámara A, el émbolo se mueve hacia la derecha. En ese
instante, queda libre toda la superficie del émbolo en su cara de acciona-
miento y la fuerza de empuje aumenta, haciendo que el pistón se mueva
bruscamente hacia la derecha.

Con el aumento de velocidad se desarrolla una importante energía cinética,
que se aprovecha en el impacto.

Elementos de neumática e hidráulica 125

– Cilindro de cable (figura 3.65). Como se ve, los extremos del cable están fi- a Figura 3.65. Cilindro de cable.
jados a ambos lados del émbolo. Con este tipo de cilindro es fácil conseguir
grandes desplazamientos y se utiliza preferentemente para el gobierno de a Figura 3.66. Cilindro de eje gira-
puertas correderas. torio.

– Cilindro de eje giratorio. Es un tipo de cilindro que convierte el movi- saber más
miento lineal del émbolo en giratorio de un eje. En el vástago del émbolo se
forma una cremallera que acciona el piñón que gira con el eje. Aire comprimido
Puedes encontrar información
Motores sobre el primer vehículo de aire
Su funcionamiento y tipos son exactamente iguales a los compresores: transfor- comprimido en la página web
man la energía de presión del fluido en movimiento circular. El efecto es el con- www.motordeaire.com.
trario al obtenido con las bombas y compresores y su construcción resulta similar
a ellos, fabricándose motores de paletas, pistones, engranajes, etc.
Los motores de paletas son los más empleados, siendo su utilidad muy extendida
como órgano de transmisión en maquinaria de obras públicas.
Estos motores permiten una variación continua de la velocidad de rotación y del
par, ocupan poco espacio, son muy fiables, tienen un amplio campo de velocida-
des, exigen poco mantenimiento, etc.

Motor radial

Motor de paletas

Trivella

Autobetonier Dúmper
a Figura 3.67. Motores neumáticos.

ACTIVIDADES

17. ¿Por qué en los cilindros de un solo vástago la fuerza en un sentido es menor que en el otro? ¿Y la velocidad?
18. Explica el funcionamiento de los cilindros con amortiguación regulable.

126 Unidad 3

2. Elementos de hidráulica

La hidráulica es el conjunto de aplicaciones técnicas que utiliza el agua para
transmitir fuerzas y movimientos. En aplicaciones industriales, el líquido ge-
neralmente empleado es el aceite, del que deriva el nombre de oleohidráuli-
ca. Aunque generalmente por extensión se les llama también circuitos hi-
dráulicos.
La hidráulica ha encontrado una gran acogida dentro de la transmisión de
potencia y accionamiento de mecanismos en innumerables aplicaciones. Ello
se debe a las claras ventajas que ofrece frente a los mecanismos mecánicos.
Las ventajas de los sistemas hidráulicos son:
• Transmisión de grandes fuerzas en espacios reducidos.
• Es posible el almacenamiento de energía.
• Fácil regulación de las fuerzas y velocidades.
• Control a distancia de los elementos de mando (mediante electroválvulas).
• Fiabilidad o larga duración de los elementos (debido a la autolubricación).
• Protección contra sobrecargas (mediante limitadores de presión).
Como inconvenientes en la utilización de la hidráulica pueden citarse entre
otros:
• Las altas presiones del fluido (100, 200 y más kg/cm2), en caso de avería y ro-

tura de conducciones, pueden causar accidentes graves a las personas.
• El rendimiento energético es normalmente bajo, menor que en neumática,

debido a pérdidas de carga, por lo que se aplica en la transmisión de altas po-
tencias.
• Es más lenta y sucia que la neumática.
• Posibilidad de impactos bruscos en los cilindros al final de carrera (golpes de
ariete).
En un circuito hidráulico podemos distinguir los siguientes grupos funciona-
les: grupo bomba, red de distribución, válvulas y actuadores o elementos de
trabajo.

Grupo bomba o toma de fuerza

Lo forman un conjunto compacto de elementos capaces de proporcionar un cau-
dal a la presión necesaria para mover los distintos actuadores. Está formado por
un tanque o depósito, una bomba, el motor de arrastre, filtros, un manómetro, las
válvulas precisas, etc.

Tanque o depósito
Fabricado en chapa de acero, almacena fluido requerido. En general, su ca-
pacidad es de dos o tres veces la cantidad que mueve la bomba en un mi-
nuto.
Al mismo tiempo, dispone de un espacio suficiente para que el aire pueda se-
pararse del fluido, permitiendo igualmente que los contaminantes se sedimen-
ten y se disipe el calor generado en el sistema.

Elementos de neumática e hidráulica 127
bomba
En el fondo del depósito se dispone de un tapón de drenaje (6) para el vacia- 4
do total del mismo. En una de sus paredes laterales, dispone de unos visores
de máximo y mínimo (8 y 9), y de una tapa desmontable (3) que facilita la
limpieza.

En la parte superior se sitúan un respiradero (1) provisto de filtro de aire, con ob-
jeto de evitar el vacío, los conductos de aspiración (5) y retorno (2), así como el
tapón de llenado (4) provisto de tamiz.

1
retorno

8
5

2

3

7

6 cámara
10 de aspiración
cámara
de retorno cesta de tamiz

1. Respiradero 5. Conducto de aspiración
2. Conducto de retorno 6. Tapón de drenaje
3. Tapa desmontable 7. Visor de mínimo
4. Tapón de llenado 8. Visor de máximo

a Figura 3.68. Grupo bomba. a Figura 3.69. Depósito.

Bomba

La bomba se encarga de aportar el caudal necesario a todo el sistema. La fuerza de
giro la toman de un motor, eléctrico o térmico, que hace girar al eje y este a su vez
a todo el mecanismo interno, encargado de impulsar el líquido.

Atendiendo al caudal que bombean, las bombas hidráulicas se dividen en dos
tipos:

• Bombas de caudal fijo

Estas bombas suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera o
revolución. Su caudal es independiente de la presión de salida, lo que las hace
muy adecuadas para la transmisión de potencia.

Estrangulando la salida de una bomba de caudal fijo, la presión del aceite alcan-
za valores tales que provocarían la parada del motor de arrastre o la rotura de cual-
quier órgano de la bomba, si no colocaramos una válvula limitadora de presión.
El caudal que es capaz de suministrar es constante para un determinado régimen
de giro.

128 Unidad 3

Al puerto Engranaje • Bombas de caudal variable
de entrada conducido
Las bombas de caudal variable tienen la propiedad de poder variar el caudal emi-
S tido sin disminuir la velocidad de giro.

Engranaje P Son las más empleadas en los sistemas hidráulicos modernos. Se utilizan para pre-
impulsor siones superiores a las que pueden otorgar las bombas de caudal fijo.

Hacia el puerto Atendiendo a su forma constructiva, las bombas hidráulicas se dividen en tres tipos:
de salida
• Bombas de engranajes
Presión Presión
de bomba atmosférica Son las más difundidas, sencillas y económicas, pudiendo distinguirse las de
engranaje con dentado exterior o dentado interior.
a Figura 3.70. Bomba de engrana-
jes con dentado exterior. La bomba de engranajes con dentado exterior trabaja según el principio de des-
plazamiento. El engranaje A, al ser accionado en la dirección de la flecha, hace
que el engranaje B gire en sentido contrario.

El espacio S (cámara de aspiración) está unido al depósito. Al girar, los dien-
tes se separan dejando huecos entre ellos y la carcasa (cámara de dientes). La
depresión que se produce, hace que se absorba líquido del depósito, el cual
llena las cámaras de dientes, que lo transportan, rozando la pared interior de
la carcasa, al espacio P (cámara de presión).

En la bomba de engranajes con dentado interior, el piñón se acopla al eje
de arrastre, montado excéntrico sobre la carcasa. Con este piñón engrana
la corona dentada, que es arrastrada por él, girando libre en la carcasa. Con
esta disposición, las cámaras de bombeo se forman en los huecos entre dien-
tes, de manera que con el giro de los engranajes el aceite es aspirado por un
conducto e impulsado por el otro.

• Bomba de paletas

Trabaja como los compresores de paletas, vistos en el punto anterior.

• Bomba de pistones

Esta bomba destaca por su capacidad para proporcionar altas presiones. Las
hay de dos clases, dependiendo de cuál sea la posición de los émbolos o pis-
tones:

– De pistones axiales.

– De pistones radiales.

Las bombas de pistones radiales trabajan como los motores de pistones ra-
diales vistos en el punto anterior.

Las bombas de pistones axiales se utilizan más que las anteriores.

Están constituidas por una serie de pistones alojados en sendos cilindros
formados en la carcasa o cuerpo de la bomba y unidos por su extremo in-
ferior a una placa basculante, empujada por una plataforma situada obli-
cuamente respecto al eje de arrastre, al que está solidario. Para conjugar el
giro de la plataforma con el no giro de la placa, se intercalan entre ellas
bolas que ruedan sobre unas pistas circulares de la plataforma, como si fue-
ra un rodamiento axial.

Con el giro del eje, y debido a la colocación oblicua de la placa de arras-
tre, los pistones son animados de un movimiento alternativo en el interior
de sus correspondientes cilindros.

Elementos de neumática e hidráulica 129

La carrera de los pistones depende del ángulo que forma la plataforma de
arrastre con respecto al eje.

En otro tipo de bomba, más evolucionada, podemos variar el ángulo de la
plataforma, consiguiéndose con ello modificar el caudal. Este tipo de bom-
bas de caudal variable mantienen la presión constante independiente-
mente del régimen de giro y del caudal demandado.

Las bombas axiales, tanto de caudal fijo como variable, son muy emplea-
das en todos los sistemas de aire acondicionado de los vehículos.

En la tabla que se ofrece a continuación están indicados los parámetros de
las bombas de caudal fijo más difundidas en el mercado.

Tipo Margen de Volumen Presión
de bomba revoluciones de expulsión nominal

r.p.m. (cm2/rev) (bar)

Bomba 500 - 3.500 1,2 - 250 63 - 160
de engranajes

exteriores

Bomba 500 - 3.500 4 - 250 160 - 250
de engranajes

interiores

Bomba 500 - 4.000 4 - 630 25 - 160
helicoidal

Bomba 960 - 3.000 5 - 160 100 - 160
de aletas
celulares

Bomba . . . - 3.000 100 200
de émbolos 750 - 3.000 25 - 800 160 - 250
750 - 3.000 25 - 800 160 - 320
axiales

Bomba 960 - 3.000 5 - 160 160 - 320
de émbolos

radiales

a Tabla 3.1. Bombas hidráulicas.

130 Unidad 3

Acumulador
El acumulador hidráulico tiene por función absorber un determinado volumen de
fluido y devolverlo al circuito en el momento que este lo precise.
Al acumulador hidráulico puede encontrársele en el circuito hidráulico bajo di-
ferentes formas, como son:
1. Acumulador de peso.
2. Acumulador de resorte.
3. Acumulador de pistón.
4. Acumulador de vejiga.
5. Acumulador de membrana.

2 34 Nitrógeno
1 5

a Figura 3.71. Tipos de acumuladores.

Las funciones que el acumulador hidráulico realiza en un circuito pueden ser es-
tas:

Acumulador de energía Acumulador de suspensión

Anti-pulsaciones Amortiguador de golpe de ariete
a Figura 3.72.

Elementos de neumática e hidráulica 131

1. Acumulador de energía: acumular energía, conservarla sin pérdida y distribuirla
con la potencia deseada.

2. Acumulador de suspensión: suprimir los choques y vibraciones en los vehícu-
los asegurando una suspensión verdadera del peso sobre un colchón de aire.

3. Anti-pulsaciones: absorber las sobrepresiones producidas por las pulsaciones de
una bomba u otro órgano regulando el caudal y la presión en el circuito.

4. Amortiguador del golpe de ariete: absorber la energía transmitida por el líqui-
do en los choques hidráulicos producidos, por ejemplo, por el cierre de una vál-
vula, frenando bruscamente un líquido que se estaba desplazando a gran velo-
cidad en una canalización.

A la hora de catalogar un acumulador hidráulico, los clasificamos según la capa-
cidad de aceite en litros que puede alojar y la presión a la que puede mantener di-
cho aceite.

Simbología
Esta es la simbología existente sobre todos los tipos de acumuladores hidráulicos:

Símbolo del acumulador Símbolo del acumulador Símbolo del acumulador
tipo peso tipo muelle general de gas

Símbolo del acumulador Símbolo del acumulador Símbolo del acumulador
tipo vejiga tipo cilindro neumático tipo membrana

a Figura 3.73. Simbología de tipos de acumuladores.

ACTIVIDADES

19. Identifica los distintos componentes de la toma de fuerza de la dirección asistida de un vehículo y de la ma-
queta de hidráulica, si la hay en los talleres.

20. ¿Qué tipo de bomba emplea cada una?

132 Unidad 3

ACTIVIDADES FINALES

1. Haz una clasificación de los distintos compresores y ordénalos de mayor a menor presión y de mayor a
menor caudal.

2. Explica el funcionamiento de los distintos sistemas de regulación y en qué casos se utilizan cada uno de ellos.
3. Haz una clasificación de las conexiones entre tubos y demás componentes.
4. Explica el proceso de montaje de las siguientes uniones roscadas y, si dispones de medios, realízalas.

evW

evW we evT te evW
ge-ed evT evL evW

evL

evW

a Figura 3.74.

5. Si dispones de medios, realiza el montaje de racores para mangueras, tanto desmontables como fijos.

6. Si dispones de medios, realiza el montaje de racores de conexión rápidos y cónicos para tubos de plástico.

7. Haz una clasificación de los distintos tipos de válvulas.

8. ¿Para qué funciones emplearías las siguientes válvulas? Represéntalas según las normas.
a) Válvula 2/2, normalmente cerrada. Sirve como válvula de paso y cierre de un conducto (accionamiento
eléctrico).
b) Válvula 3/2, normalmente cerrada. Se emplea para mandar cilindros de simple efecto (accionada con pedal).
c) Válvula 4/2. Se utiliza para gobernar cilindros de doble efecto (accionada con palanca).
d) Válvula 5/2. Tiene el mismo empleo que la anterior.
e) Válvula 4/3, posición central de bloqueo. Se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar
bloqueado en un punto intermedio de su recorrido (accionada con palanca).
f) Válvula 4/3, posición central de desbloqueo. Se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe que-
dar desbloqueado en un momento de su actuación. ¿Dónde has visto que se emplea esta válvula?

9. Haz una clasificación de los distintos acumuladores. Como acumulador de peso, ¿qué tipo de cilindro po-
dríamos emplear empotrándolo en el suelo?

10. Queremos construir una bomba de émbolo.
a) ¿Cómo podríamos hacerla de simple efecto, si disponemos de un cilindro de simple efecto, dos válvulas
de retención, una T y demás elementos de unión?
b) ¿Cómo podríamos hacerla de doble efecto, si disponemos de un cilindro de doble efecto, 4 válvulas de
retención, 4 Tes y demás elementos de unión?
Haz el esquema de cada una.
Nota: Una bomba de simple efecto aspira en una carrera e impele en la otra. Una de doble efecto aspira e
impele en una carrera y en la otra.

Elementos de neumática e hidráulica 133

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS

Resuelve en tu cuaderno o bloc de notas

1. ¿Qué elementos transforman la energía acumu- 6. ¿Qué elementos neumáticos se utilizan para
lada en el aire en energía mecánica? controlar la dirección que debe tomar el fluido
a) Las válvulas. en cada fase?
b) Los depósitos. a) Reguladores.
c) Las tuberías. b) Limitadores de presión.
d) Los actuadores. c) Distribuidores.
d) Ninguna de las anteriores.
2. ¿Qué tipo de compresor aspira aire por la vál-
vula de aspiración y lo envía al circuito de alta 7. ¿Qué números se utilizan para señalar en los
presión a través de la válvula de escape? esquemas la presión y el escape?
a) De tornillo. a) 4; 4, 8.
b) De roots. b) 2, 3, 5.
c) De paletas. c) 1; 3, 5.
d) De pistón. d) 1, 2, 3.

3. Los compresores accionados por motor térmico 8. ¿Qué pictograma se utiliza para simbolizar un
están previstos de un sistema que evita superar accionamiento manual por pulsador de una
la presión de trabajo, ¿de cuál se trata? válvula?
a) Válvula de seguridad.
b) Válvula de timbrado. a)
c) Válvula de purga.
d) Válvula presostática. b)

4. La red de distribución de aire comprimido en su c)
trazado será:
a) Horizontal. d)
b) Inclinada hacia el acumulador.
c) Inclinada hacia el lugar de servicio. 9. En los cilindros que funcionan a velocidades
d) Es independiente de cualquier posición. considerables, ¿qué sistema se utiliza para evi-
tar que el pistón golpee con las culatas?
5. La unidad de mantenimiento general está cons- a) Válvula antirretorno.
tituida por: b) Cilindro de doble efecto.
a) Filtro, válvula de retención y engrasador. c) Válvulas reguladoras de caudal.
b) Filtros, distribuidores y actuadores. d) Amortiguadores de fin de carrera.
c) Filtro, regulador y reductor de presión.
d) Filtro, regulador y engrasador. 10. ¿Qué tipo de bombas hidráulicas son las más
utilizadas y sencillas?
a) Engranajes.
b) Paletas.
c) Pistones.
d) Tornillos.

134 Unidad 3

PRÁCTICA PROFESIONAL

HERRAMIENTAS Mantenimiento de una instalación
de aire comprimido
• Equipo individual de herramientas
OBJETIVO
MATERIAL
Saber mantener en óptimas condiciones la instalación de aire comprimido (de la aspira-
• Aula taller equipada con instalación ción del compresor a las herramientas neumáticas), siguiendo las normas de seguridad.
y distribución de aire comprimido

PRECAUCIONES

• Desconectar la corriente eléctrica para manipular en el compresor.

DESARROLLO

Mantenimiento de la unidad compresora y de almacenamiento:

Filtro de aspiración Presostato
y manómetro
Nivel de aceite
Placa identificativa

Válvula de seguridad Válvula de descarga
a Figura 3.75.

1. Comprobar el estado y la tensión de las correas.
2. Comprobar el nivel de aceite del compresor.
3. Comprobar la marcha y paro con el presostato.
4. Realizar purgas periódicas del condensado en el depósito.
5. Realizar la limpieza o sustitución de los filtros de aspiración.
6. Comprobar la estanqueidad del depósito.
7. Comprobar el accionamiento de la válvula de seguridad. La válvula de seguridad con muelle funciona automáticamente,

en caso de sobrepresión el asiento de la válvula se levanta, abriendo el orificio de escape; se vuelve a cerrar cuando las
condiciones de presión vuelven a la normalidad. El caudal de la válvula debe ser superior al caudal del compresor.

Elementos de neumática e hidráulica 135

8. Comprobar que se realizan las revisiones oficiales y el retimbrado periódico R. D. 1244/1979.
9. Comprobar que dispone de placa identificativa del aparato con:

a. Presión de diseño o máxima de servicio.
b. N.º de registro del aparato.
c. Fecha de la 1ª prueba y sucesivas.
Mantenimiento de la red de distribución

a Figura 3.76.

1. Comprobar la válvula de descarga: a) Que gira suavemente en todo su recorrido. b) Que la estanqueidad es perfecta.
2. Comprobar la estanqueidad de los conductos, especialmente en las curvas, empalmes, reducciones, tapones, co-

nectores rápidos, abrazaderas y enrolladores de tubo, etc. Palpando con el dedo húmedo.
3. Realizar las purgas de condensados en los purgadores de red colocados en las zonas más bajas.
4. Las tuberías que conducen aire comprimido deben de estar pintadas en color verde discreto (UNE 48103).
5. La canalización principal debe tener una pendiente del 1 al 3 % hacia los puntos más bajos.
6. Comprobar que los conductos no están en contacto con cables eléctricos o piezas metálicas.

Mantenimiento de las unidades de tratamiento
1. Filtro del aire comprimido: debe revisarse periódicamente el nivel de agua condensada, que no debe sobrepasar

nunca la altura marcada; sustituir o lavar el elemento filtrante.
2. Comprobar que el regulador de presión regula en todo el rango de presiones desde 0 a el máximo
3. Lubricador. Verificar el nivel de aceite y, si es necesario, añadir hasta el nivel marcado. Los filtros de plástico y los re-

cipientes de los lubricadores no deben limpiarse con disolventes, dado que pueden dañarlos. Para los lubricado-
res, utilizar únicamente aceites minerales de la viscosidad y componentes adecuados.
4. Regular mediante el tornillo de ajuste, el n.º de gotas que se suministra al aire que circula por el lubricador.
5. Comprobar la ausencia de fugas en la unidad.

136 Unidad 3

MUNDO TÉCNICO

Blaise Pascal

(Clermont-Ferrand, Francia, 1623-París, 1662) Filóso- sarrollo del cálculo diferencial. Desde 1655 frecuen-
fo, físico y matemático francés. Su madre falleció tó Port-Royal, donde se había retirado su hermana
cuando él contaba tres años, a raíz de lo cual su pa- Jacqueline en 1652.
dre se trasladó a París con su familia (1630). Fue un
genio precoz a quien su padre inició muy pronto en Adatado de
la geometría e introdujo en el círculo de Mersenne, la http://www.biografiasyvidas.com/biografia/p/pascal.htm
Academia, a la que él mismo pertenecía. Allí Pascal se
familiarizó con las ideas de Girard Desargues y en
1640 redactó su Ensayo sobre las cónicas (Essai pour
les coniques), que contenía lo que hoy se conoce
como teorema del hexágono de Pascal.

La designación de su padre como comisario del im- a Máquina de calculat de Pascal
puesto real supuso el traslado a Ruán, donde Pascal
desarrolló un nuevo interés por el diseño y la cons-
trucción de una máquina de sumar; se conservan to-
davía varios ejemplares del modelo que ideó, algunos
de cuyos principios se utilizaron luego en las moder-
nas calculadoras mecánicas.

En Ruán, Pascal comenzó también a interesarse por
la Física, y en especial por la hidrostática, y empren-
dió sus primeras experiencias sobre el vacío; intervi-
no en la polémica en torno a la existencia del horror
vacui en la naturaleza y realizó importantes experi-
mentos (en especial el de Puy de Dôme en 1647) en
apoyo de la explicación dada por Torricelli al funcio-
namiento del barómetro.

La enfermedad indujo a Pascal a regresar a París en el
verano de 1647; los médicos le aconsejaron distrac-
ción e inició un período mundano.

Pocos meses antes, como testimonia su correspon-
dencia con Fermat, se había ocupado de las propie-
dades del triángulo aritmético hoy llamado de Pascal
y que da los coeficientes de los desarrollos de las su-
cesivas potencias de un binomio; su tratamiento de
dicho triángulo en términos de una «geometría del
azar» lo convirtió en uno de los fundadores del cálcu-
lo matemático de probabilidades.

En 1658, al parecer con el objeto de olvidarse de un
dolor de muelas, Pascal elaboró su estudio de la ci-
cloide, que resultó un importante estímulo en el de-

Elementos de neumática e hidráulica 137

EN RESUMEN

ELEMENTOS DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA GRUPO COMPRESOR
NEUMÁTICA • Compresor
HIDRÁULICA • Depósito o acumulador de aire
• Sistema de regulación

RED DE DISTRIBUCIÓN
• Tuberías
• Mangueras
• Elementos de conexión

UNIDAD DE MANTENIMIENTO
• Filtro separador de agua
• Reductor de presión
• Engrasador

VÁLVULAS O ELEMENTOS DE CONTROL
• Distribuidoras
• Reguladoras de caudal
• Reguladoras de presión

ELEMENTOS RECEPTORES O DE TRABAJO
• Cilindros
• Motores

BOMBA O TOMA DE FUERZA
• Bomba
• Depósito

entra en internet 3. En las siguientes direcciones puedes encontrar
y realizar descargas de documentos acerca des-
1. En la página siguiente puedes encontrar infor- montaje, montaje y verificación de elementos
mación de noticias y productos del sector. hidráulicos.
• http://www.cepsa.com
• http://www.monografias.com
2. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias
y eventos acerca de los elementos hidráulicos. • http://www.hre.es
• http://www.repsolypf.com

138 Unidad 4

Circuitos hidráulicos

4 y neumáticos básicos

vamos a conocer...

1. Estructura de circuitos hidráulicos
y neumáticos básicos

2. Tipos de mandos en circuitos neumáticos
o hidráulicos

3. Diseño de circuitos hidráulicos y neumáticos
secuenciales

PRÁCTICA PROFESIONAL
Realización del montaje de un circuito
neumático

MUNDO TÉCNICO
Los últimos segundos antes del accidente

y al finalizar esta unidad...

Establecerás la relación entre los distintos
elementos o grupos funcionales que forman
un circuito.
Analizarás las distintas posibilidades de
mando para gobernar un circuito.
Interpretarás los esquemas de cualquier
circuito.
Diseñarás circuitos partiendo del diagrama de
fases de trabajo.
Resolverás problemas prácticos con el circuito
que convenga.

Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 139

CASO PRÁCTICO INICIAL

situación de partida Para realizar este circuito, es necesario llevar a cabo una serie de
operaciones para desarrollar la solución más adecuada, para ello
Antonio trabaja como profesional en una empresa dedicada al seguiremos este procedimiento:
mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados.
• Plantear el problema a resolver.
Los trabajos que tiene que realizar implican:
• Diseñar el circuito con la estructura y ubicación correcta de los
• Mantener y reparar los circuitos hidráulicos y neumáticos. elementos.
• Interpretar esquemas de circuitos de hidráulica y neumática bási-
• Designar los elementos del circuito con la numeración normali-
ca para descubrir su funcionamiento. zada.
• Resolver problemas prácticos.
• Diseñar circuitos partiendo del diagrama de fases y trabajo. • Representar el diagrama de fases de trabajo de forma gráfica.
• Realizar el montaje del circuito utilizando las herramientas y uti-
• Desarrollar el diagrama de fases de trabajo de forma simbólica.
llaje específico necesario.
• Efectuar los montajes, pruebas, comprobaciones de funciona- • Determinar el tipo de rodillo a colocar en los fines de carrera de
los elementos de trabajo.
miento y diseños propuestos de los circuitos.
Como ejemplo, en la empresa hay que realizar una tarea, para ello,
es necesario diseñar el siguiente circuito neumático:

1.0 2.2 2.0 1.3 2.3

1.1 2.1

1.3 1.2 2.3 2.2

estudio del caso

Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso
práctico inicial.

1. ¿Cómo se estructura el circuito? 4. ¿Que representa el diagrama de fases de trabajo de forma
2. ¿Cómo se representan los distintos elementos neumáti- gráfica?

cos del circuito? 5. ¿Qué diferencia hay entre las válvulas 1.3 y 2.3?
3. ¿Para qué se utiliza el diagrama simbólico?

140 Unidad 4
1.0
1. Estructura de circuitos hidráulicos
1.2 y neumáticos básicos
1.1
En el mecanismo neumático o hidráulico pueden distinguirse el circuito de
0.1 mando y el circuito de trabajo o potencia. En el circuito de mando se procesa
a Figura 4.1. 1.3 la información, mientras que en el de trabajo se transforma la energía.
Al mismo tiempo podemos clasificar los componentes de cada uno de estos
a Figura 4.2. circuitos según la función que realizan en los grupos funcionales que ahora
exponemos.
a Figura 4.3.
1.1. Elementos de producción y distribución del fluido

Son los elementos que producen y transportan el aire o aceite comprimido, y
están formados por bombas, compresores y tuberías de diferentes tipos.
En los circuitos neumáticos estos elementos se simbolizan con un círculo y un
punto en su interior, como en la figura 4.1.
En los circuitos hidráulicos se simbolizan con un motor acoplado a una bom-
ba y un tanque o depósito debajo. Los conductos de retorno se sustituyen por
un tanque a la salida de cada conducto o bien por la letra R, como en las figu-
ras 4.2 y 4.3.

M 1.2. Elementos de mando

Son las válvulas distribuidoras, accionadas manualmente, que pilotan las válvu-
las de gobierno (mando indirecto) o actúan directamente sobre el elemento de
trabajo (mando directo).

1.3. Elementos de entrada de señales

Son un conjunto de elementos que recogen señales exteriores que definen la si-
tuación de la máquina o equipo en cada momento, y las convierten en señales
neumáticas o hidráulicas que son enviadas bien a los elementos de tratamiento,
bien directamente a los elementos de gobierno.
Estos elementos son los finales de carrera, los detectores de proximidad, etc.
Los elementos de entrada se sitúan en las posiciones precisas de la máquina, en
función de las condiciones particulares de cada caso.

1.4. Tratamiento de señales

M

Son un conjunto de elementos que permiten combinar diferentes señales proce-
dentes de los elementos de entrada o mando para producir otras de salida.
Las señales de salida actúan directamente sobre los elementos de gobierno.
Aparte de esta misión, los elementos de tratamiento también se ocupan de la re-
gulación de caudal, presión, etc.
Los elementos que componen este grupo son las válvulas limitadoras de presión,
antirretorno, selectoras, de simultaneidad, etc.

Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 141

1.5. Elemento de gobierno

Es el elemento que, accionado por los elementos de entrada de señales, de man-
do o de tratamiento de la información, actúa directamente sobre el elemento neu-
mático de trabajo. Está constituido por válvulas distribuidoras.

Normalmente, el elemento de gobierno se sitúa directamente acoplado al ele-
mento de trabajo o en sus proximidades.

1.6. Elemento de trabajo

Es el elemento acoplado al sistema a accionar, encargado de aplicar físicamente
la energía acumulada en el fluido para realizar las operaciones correspondientes.
Lo forman los motores o cilindros.

1.7. Sistema a accionar caso práctico inicial

Es la parte de la máquina que debe asumir el cambio o movimiento bajo los efec- Para realizar cualquier circuito los
tos del correspondiente elemento de trabajo. Ejemplos de esto son: palancas, ba- elementos deben de colocarse de
rras de acoplamiento, palas, cintas transportadoras, etc. forma ordenada.
El circuito de mando puede trabajar con presiones más bajas que las aplicadas al
circuito de potencia, disponiéndose en estos casos de los correspondientes regu-
ladores de presión en el circuito de mando.

Elementos de trabajo

Tratamiento Elementos
de señales de gobierno

Mando Señales

Producción y distribución

a Figura 4.4.

ACTIVIDADES

1. De los distintos grupos funcionales enunciados en esta unidad, ¿cuáles forman el circuito de potencia y cuáles
el de mando?

2. Clasifica todos los elementos de la unidad 3, según pertenezcan a cada uno de los grupos funcionales men-
cionados.

142 Unidad 4

1.0 2. Tipos de mandos en circuitos
neumáticos o hidráulicos
1.1 A (2)
• Atendiendo a la acción de mando, este se divide en directo e indirecto:
(1) P R (3) – El mando es directo cuando la acción del operador incide directamente so-
a Figura 4.5. bre los elementos de mando o de gobierno que actúan sobre los distintos ór-
ganos de trabajo.
– El mando es indirecto cuando la acción del operador se aplica sobre unos
órganos de mando que gobiernan (pilotan), a su vez, a los elementos de
gobierno.

• Según el grado de autonomía, el mando puede ser manual, semiautomático
y automático:
– En el mando manual, todas las señales de entrada son introducidas por el
operario, a base de pulsadores, palancas o pedales. Cada movimiento del
órgano de trabajo se efectúa por separado, tras la correspondiente señal
previa.
– En el mando semiautomático, el ciclo de trabajo se efectúa sin interrupción,
aunque su repetición depende de una acción de mando del operador.
– El mando automático permite la repetición indefinida del ciclo de trabajo.

A continuación se van a mostrar algunos circuitos básicos, gobernados manual-
mente, para el mando de cilindros de simple y doble efecto, que nos ayudarán a
entender circuitos más complejos, semiautomáticos y automáticos, que estudia-
remos posteriormente.

2.1. Circuitos de mando manual

Mando de cilindros de simple efecto
• Mando directo:

– Desde un punto
• Mando indirecto:

– Desde un punto
– Desde dos puntos distintos
– Desde dos puntos simultáneamente
• Mando con regulación de velocidad:
– Regulación del avance
– Regulación del retroceso
– Regulación de avance y retroceso
– Retroceso rápido
a) Mando directo
Por medio de una válvula 3/2, de accionamiento por pulsador, como se mues-
tra en la figura 4.5, el pistón avanza mientras se presiona el pulsador. Al sol-
tarlo, retorna a su posición de partida empujado por el resorte.

Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 143

b) Mando indirecto 1.1

– Desde un punto 1.2

En la figura 4.6 se muestra un ejemplo de mando indirecto por medio de una (1) P
válvula 3/2 que pilota a otra 3/2. De esta forma, el mando del cilindro puede a Figura 4.6.
estar muy lejos del cilindro.

– Desde dos puntos

En la figura 4.7 se presenta un ejemplo de mando de un cilindro de simple
efecto desde un pulsador o desde un pedal, indistintamente, intercalando una
válvula selectora de circuito.

En la figura 4.8 el cilindro se mueve solo cuando sean presionados, simultá-
neamente, los dos pulsadores. Este mando se emplea como mecanismo de se-
guridad en prensas, guillotinas, etc., para obligar a que el operario tenga que
ocupar sus dos manos y evitar accidentes.

1.0 1.6 1.4
1.2

P P
a Figura 4.7. a Figura 4.8.

c) Mando con regulación de velocidad

La figura 4.9 muestra el circuito básico para la regulación de la velocidad de
avance del pistón de un cilindro de simple efecto, haciendo pasar el aire a tra-
vés de una estrangulación variable. El retroceso es más rápido al pasar el aire
por la válvula de retención.

La figura 4.10 presenta la regulación de la velocidad de retroceso del pistón, y
la figura 4.11 la regulación de la velocidad de avance y retroceso.

La figura 4.12 muestra el mecanismo para retroceso rápido de un cilindro de
simple efecto, que intercala entre el distribuidor y el cilindro una válvula de es-
cape rápido (el aire de escape no tiene que pasar por el conducto estrecho del
distribuidor).

1.0 1.0 1.0

1.0

1.1 A 1.1 A 1.1 A 1.1 A

P R P R PR PR
a Figura 4.9. a Figura 4.10.
a Figura 4.11. a Figura 4.12.

144 Unidad 4

1.0 Mando de cilindros de doble efecto
• Mando directo:
1.1
– Desde un punto
(1) P • Mando indirecto:
a Figura 4.13.
– Desde un punto
1.0 – Desde dos puntos
– Desde dos puntos simultáneamente
1.1 • Mando con regulación de velocidad:
– Regulación de la velocidad
(1) P – Aumento de la velocidad
a Figura 4.14. a) Mando directo
Las figuras presentan algunos ejemplos que no precisan explicación.
1.0 – Por medio de una válvula 4/2 (figura 4.13).
– Por medio de una válvula 5/2 (figura 4.14).
1.1 – Por medio de una válvula 4/3, con posición intermedia de bloqueo (figura

(1) P 4.15).
a Figura 4.15. – Por medio de una válvula 4/3, con posición intermedia de desbloqueo (figu-

1.0 ra 4.16).
b) Mando indirecto
1.1
El mando del cilindro desde un punto se efectúa como en la figura 4.17, con el
(1) P empleo lógico de dos válvulas 4/2 y 3/2, pilotada y de mando respectivamente.
a Figura 4.16. La figura 4.18 presenta un circuito en el que el retroceso del vástago puede
mandarse desde dos puntos distintos, mediante dos pulsadores.
La figura 4.19 presenta el mando de un cilindro de doble efecto en el que la sa-
lida del vástago puede mandarse desde un pedal o desde un pulsador.
El mando condicional o desde dos puntos simultáneamente se puede obtener
mediante el montaje de dos válvulas 3/2 que pilotan una válvula 4/2, interca-
lando una válvula de simultaneidad (figura 4.20).

XY

(1) (1) (1) P
a Figura 4.18. a Figura 4.19.
a Figura 4.17.

Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 145

P (1) P (1)
a Figura 4.21.
a Figura 4.20.

c) Mando con regulación de velocidad 1.1

Al igual que los cilindros de simple efecto, en los cilindros de doble efecto, la 1.0
velocidad puede regularse a distintos valores, por medio de válvulas de estran- P (1)
gulación del caudal, colocadas en la alimentación o en el escape y combinadas a Figura 4.22.
convenientemente con válvulas antirretorno.

Asimismo, la velocidad puede ser regulada en los dos sentidos del movimiento
o en uno solo de ellos.

La figura 4.21 presenta los casos de estrangulación sencilla (en una sola carre-
ra) de la alimentación y del escape.

La figura 4.22 representa una estrangulación del escape en los dos sentidos de
marcha (en ambos casos, la estrangulación variable permite elegir entre dife-
rentes gamas de velocidades).

El aumento de la velocidad de avance en ambos sentidos se puede lograr con
la aplicación de válvulas de escape rápido. Estos elementos permiten obtener
el vaciado más rápido de la cámara correspondiente y, por consiguiente, al ofre-
cer menor resistencia al avance del émbolo, crece la velocidad de este.

2.2. Circuitos de mando semiautomático o automático

Mando de un cilindro de doble efecto con retroceso automático a Figura 4.23.

a) Por final de carrera

Al accionar el pulsador, se pilota la válvula de gobierno y el vástago sale. Al
llegar a su final, acciona por medio de la leva la válvula final de carrera, la cual
pilota a la válvula de gobierno en sentido contrario, iniciándose el retroceso del
vástago hasta la posición de partida, en la cual permanece hasta que recibe de
nuevo la orden de marcha por medio del pulsador (figura 4.23).

b) Por válvula de secuencia

En algunas aplicaciones, la inversión del movimiento del émbolo se obtiene
por medio de un dispositivo que sustituye a la válvula de fin de carrera. Dicho
dispositivo actúa en función de la presión y su principal componente es una
válvula de secuencia.

La figura 4.24 muestra un esquema de ubicación de esta válvula 1.5, conectada con
la carrera activa del cilindro. Al actuar sobre 1.2, se activa el distribuidor 1.1, que
aplica la presión a la cámara trasera del cilindro, comenzando su movimiento de

146 Unidad 4

avance con la presión necesaria para vencer los rozamientos. Al final de su reco-
rrido, la presión aumenta hasta el valor máximo, alcanzando el valor de tarado de
la válvula de secuencia 1.5, la cual activa la 1.3, quien a su vez acciona el distri-
buidor 1.1 que conmuta su posición poniendo la cámara trasera a escape y apli-
cando la presión a la cámara delantera para invertir el movimiento del émbolo.

Movimiento de vaivén de un cilindro de doble efecto
a) Por final de carrera

Al dar aire al sistema con el accionamieno de la válvula de palanca, y al estar ac-
cionado el final de carrera (de replegado), se pilota la válvula de gobierno y el vás-
tago sale. Al llegar al final, se acciona el final de carrera (de desplegado), el cual pi-
lota el distribuidor en sentido contrario, iniciándose el retroceso del vástago hasta
la posición de partida y comenzando a continuación un nuevo ciclo (figura 4.25).

1.0

1.5

1.2 1.3
1.1

0.1

a Figura 4.24. a Figura 4.25.

ACTIVIDADES

3. En tu cuaderno, haz un organigrama, con sus grupos fun- a b
cionales, como el de la figura 4.4, para un circuito manual a Figura 4.26.
con mando directo y otro manual con mando indirecto.

4. ¿Se podría accionar directamente un cilindro de simple
efecto desde dos puntos distintos con solo dos válvulas
3/2? Razona la respuesta.

5. Explica el funcionamiento de los circuitos de las figuras
4.13, 4.14, 4.15 y 4.17.

6. ¿Cuál de estos circuitos se emplea en la dirección asis-
tida de un coche?

7. ¿En qué tipo de circuitos clasificarías a los dos circuitos si-
guientes (figura 4.26)? Explica cómo funcionan.

8. En la figura 4.22, explica cómo conseguir el aumento
de la velocidad en un sentido o en ambos con la apli-
cación de válvulas de escape rápido que permitan ob-
tener un vaciado más rápido.

Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 147

3. Diseño de circuitos hidráulicos
y neumáticos secuenciales

Hasta ahora hemos estudiado circuitos hidráulicos y neumáticos simples con un
solo actuador (cilindro o motor).

Se dice que un automatismo es secuencial cuando dispone de varios actuadores
(cilindros motores) cuyos movimientos se efectúan en un orden determinado.

3.1. Representación de los circuitos

En general, los esquemas normalizados dibujan los cilindros en posición horizon-
tal, uno a continuación del otro, siguiendo la secuencia de trabajo sin tener en
cuenta la posición real en la máquina.

Debajo de cada cilindro se coloca su correspondiente válvula de gobierno.
Normalmente cada cilindro tiene su propia válvula de gobierno. Se debe a
que cada cilindro puede tener tamaños muy diferentes y precisar su propia re-
gulación de velocidad, lo que resultaría casi imposible con una válvula de go-
bierno común.

Asimismo es corriente que cada cilindro tenga dos finales de carrera, uno para de-
tectar la posición replegado «–» y otro la de desplegado «+». El accionamiento
por los vástagos de los correspondientes finales de carrera se señala con un trazo
y la numeración de la válvula accionada.

Todos los componentes han de quedar perfectamente identificados y la forma más caso práctico inicial
usual de hacerlo es la numeración decimal de los mismos.
Todos los elementos existentes en
En principio, se clasifican los elementos en dos grandes grupos: el circuito deben de estar ordena-
dos y numerados correctamente.
– Grupo 0: elementos comunes para todo el circuito (compresor, unidad de man-
tenimiento, etc.). saber más

– Grupos 1, 2, 3: elementos asociados a cada cilindro o motor. Señalización de cambios
Cuando en una misma fase cam-
A su vez, los elementos asociados a cada cilindro o motor se subdividen en 4 gru- bian de posición dos o más cilin-
pos, colocados en el esquema de arriba abajo: dros, se indicará entre paréntesis las
maniobras que se inician simultá-
Para el cilindro 1, por ejemplo: neamente.

1.0: Elemento de trabajo (el cilindro en cuestión).

1.1: Órgano de gobierno.

1.2, 1.4: Elementos de mando de la fase de salida del vástago (elementos
pares).

1.3, 1.5: Elementos de mando de la fase de entrada del vástago (elemen-
tos impares).

1.01, 1.02: Elementos de tratamiento de señal.

3.2. Diagrama de fases de trabajo

Se entiende por fase al cambio de estado de un componente cualquiera (cilindros
o válvulas), a partir de su posición de reposo a la opuesta. La representación del
cambio de estado de los componentes neumáticos o hidráulicos puede hacerse de
varias maneras.

148 Unidad 4

a) Forma simbólica

caso práctico inicial 1+, 2+, 2–, 1–, 3+, 3–

Es muy importante conocer el dia- En este ciclo o secuencia hay 6 fases:
grama de fases de trabajo para
desarrollar la secuencia de trabajo 1.ª El cilindro 1 se despliega. 4.ª El cilindro 1 se repliega.
de todos los elementos y ubicar las
válvulas correctamente. 2.ª El cilindro 2 se despliega. 5.ª El cilindro 3 se despliega.

3.ª El cilindro 2 se repliega. 6.ª El cilindro 3 se repliega.

1.0 3.2 2.2 2.0 1.3 2.3 3.0 3.3

1.1 2.1 2.2
1.3 1.2 2.3

a Figura 4.27.

caso práctico inicial b) Forma gráfica

El diagrama de fases de trabajo Representamos para cada cilindro en unos ejes coordenados. En abscisas se po-
de forma gráfica nos muestra la nen las fases totales de trabajo, 6 en este caso, y en ordenadas el estado, – o +.
secuencia de trabajo de todos los Se dibujan los diagramas de cada cilindro uno debajo de otro (figura 4.28).
elementos.

12345 6 7=1

1 1
A A

0 0
1 1
B B
0 0
1 1
C C
0
0
Espacio-fase
Espacio-tiempo
a Figura 4.28. Diagramas.

EJEMPLO

Dado el circuito de la figura 4.30, desarrolla el diagrama de fases de dicho circuito.

Solución
Se trata de un circuito de 3 cilindros con una válvula de gobierno cada uno, 5 finales de carrera y una válvula
de mando, la 1.2.
El pulsado de 1.2 inicia la primera fase (avance del cilindro 1.0, actuando sobre sus finales de carrera, que pre-
pararán a otro cilindro para la siguiente fase):
• 1.ª fase: 1.2+, 1.0+, 2.3–, 2.2+

En la segunda fase, avance del cilindro 2.0, que actúa sobre sus finales de carrera:
• 2.ª fase: 2.0+, 3.3–, 3.2+

En la tercera fase, avance del cilindro 3.0, que actúa sobre sus finales de carrera:
• 3.ª fase: 3.0+, 1.3+

En la cuarta fase, retroceso del cilindro 1.0, que actúa sobre sus finales de carrera:
• 4.ª fase: 1.0–, 2.2–, 2.3+

Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 149

En la quinta fase, retrocede el cilindro 2.0, que actúa sobre sus finales de carrera:
• 5.ª fase: 2.0–, 3.2–, 3.3+
En la sexta fase, retrocede el cilindro 3.0, que actúa sobre sus finales de carrera:
• 6.ª fase: 3.0–, 1.3–
Al final de esta fase, termina la secuencia. Pulsando el mando 1.2, iniciaríamos otra nueva.
El diagrama de fases de cada uno de los cilindros quedaría de la forma siguiente:

+ 1+, 2+, 3+, 1–, 2–, 3–

1.0 Fases
- Fases
+ Fases

2.0
-
+

3.0
-
12 34 56

a Figura 4.29.

ACTIVIDADES

9. De los circuitos de las figuras 4.23, 4.24 y 4.25, ¿cuáles son semiautomáticos y cuáles automáticos? Explica
por qué.

10. Haz un circuito con movimiento de vaivén de un cilindro de doble efecto con dos válvulas de secuencia de
presión, en lugar de dos finales de carrera. Explica el funcionamiento.

11. En tu cuaderno copia las figuras e identifica cada uno de los componentes del siguiente circuito, según la nu-

meración decimal.

1.0 2.3 2.2 2.0 3.3 3.2 3.0 1.3

1.1 2.1 3.1 3.2
1.3 1.2 2.3 2.2 3.3

a Figura 4.30.

12. Enumera a cada uno de los componentes de todos los circuitos vistos hasta ahora, empleando el criterio de
la numeración decimal.

13. Realiza el diagrama de fases de cada uno de los circuitos automáticos o semiautomáticos estudiados en el
punto anterior.