01-Conceptos básicos
Industrialmente, la neumática y la hidráulica (más correctamente oleohidráulica) son técnicas que consisten en dar presión a un fluido (aire o aceite respectivamente), lo canalizan y dirigen hacia receptores que desplazan objetos mediante la fuerza que ejerce esa presión. Hay varios parámetros que influyen en estas técnicas, y que son:
TEMPERATURA
Es una medida del movimiento de los átomos y moléculas que componen un material, y el estado teórico de velocidad nula de las partículas corresponde al cero absoluto en la escala Kelvin. Pero la medida de la temperatura se realiza comúnmente en grados Celsius (º C) o centígrados, basada en los puntos de congelación y ebullición del agua.
VOLUMEN Y CAUDAL
El volumen es el contenido de un recipiente, y en el Sistema Internacional se mide en metros cúbicos (m³), que es el contenido de un cubo que tenga un metro de arista. Pero esta medida es muy grande para las técnicas neumáticas e hidráulica, por lo que es más corriente usar el litro (l) (1000 litros = 1 m³) o el centímetro cúbico (106 cm³ = 1 m³; 1000 cm³ = 1 litro). Se simboliza con la letra V (mayúscula).
El caudal es la cantidad de volumen que atraviesa una sección durante una unidad de tiempo. Se suele medir en litros por minuto (l/min) o litros por segundo (l/s). El caudal se simboliza con la letra Q.
Volumen
Caudal
El caudal que pasa por un conducto se puede calcular a partir de la sección y la velocidad de paso del fluido:
El volumen de fluido que ha pasado a través de una sección en un tiempo t es:
V = A · Δx
Al dividir los dos miembros de la expresión entre el tiempo tenemos:
V / t = A · Δx / t
es decir:
Q = A · v
siéndo A el área o sección de paso del fluido.
PRESIÓN
Es la medida de la concentración de una fuerza respecto a la superficie en que se aplica, y viene dada por la expresión:
p = F / S
Cuanto mayor sea la fuerza o menor la superficie en que se aplica, mayor presión existe. La presión se simboliza mediante la letra p (minúscula).
En neumática e hidráulica se da presión a un fluido y se traslada éste hasta émbolos que se desplazan por efecto de la fuerza que ejerce el fluido sobre la superficie. Evidentemente, esta fuerza viene dada por la expresión:
F = p · S
La presión absoluta del fluido actúa sobre una cara del cuerpo que se quiere desplazar, y sobre la cara opuesta actúa normalmente la presión atmosférica. La fuerza neta sobre el objeto en realidad viene dada por la diferencia entre ambas presiones, y a este valor se le llama presión relativa o manométrica. En la industria a la presión relativa se le llama presión de trabajo, que es el valor con el que trabajaremos en lo sucesivo.
La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa) equivalente a la presión que ejerce una fuerza de 1 Newton sobre un metro cuadrado de superficie. Pero este valor es muy bajo, por lo que la presión de trabajo se suele medir en atmósferas, en bares o en kilopondios por centímetro cuadrado (kp/cm²).
1 atm ≈ 1 bar ≈ 1 kp/cm² ≈ 105 Pa = 0,1 MPa
La fuerza que se obtiene en la barra depende de la superficie sobre la que actúa el fluido a presión: en el movimiento de salida o carrera de avance se ejerce presión sobre toda la superficie del émbolo interior; para que la barra se introduzca en la carrera de retroceso, a la superficie sobre la que se hace presión hay que descontarle la superficie ocupada por el vástago.
Además, cuando se hacen cálculos hay que tener en cuenta que el rozamiento producido en el desplazamiento reduce la fuerza entre un 5 y un 10 %.
ENERGÍA Y POTENCIA
La energía neumática (o hidráulica) es el trabajo que realiza el fluido, y que se calcula como el producto de la fuerza que ejerce éste por el desplazamiento que produce:
E = p · S · x
La potencia (expresada con P -mayúscula-) vuelve a ser la velocidad con se genera o consume una energía, y que se traduce en la expresión:
P = E / t = p · S · x / t = p · (S · x) / t
Por otro lado, el producto S · x es el volumen que hay dentro del espacio en que actúa el fluido, por lo tanto la expresión de la potencia neumática o hidráulica viene dada por:
P = p · Q
Con los parámetros anteriormente vistos se diseñan las instalaciones, determinando la potencia que debe tener la bomba, el diámetro y rugosidad de las tuberías, tamaño de las válvulas, etc.
