CIRCUITOS HIDRAULICA Y NEUMATICA

UNIVERSIDAD PÚBLICA Y AUTÓNOMA DE EL ALTO

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOTRÓNICA

Docente: Ing. Edwin Flores Menacho

II - 2015

Neumática vs Oleohidráulica

Neumática“Tecnología que estudia la producción, transmisión y

control de movimientos y esfuerzos mediante el aire

comprimido”

Oleohidráulica

“Tecnología que estudia la producción, transmisión y

control de movimientos y esfuerzos mediante el aceite

a presión”

¡Compresible!

¡Incompresible!

Del griego pneuma: viento, respiración

Oleo (del latín oleum): AceiteDel griego hidra: agua y aulos: conducto

Neumática vs Oleohidráulica

Transformación de energía

Motor Compresor Actuador TrabajoEnergía Energía Energía Energía

Mecánica MecánicaHidráulicaηM ηC ηA

Motor Bomba Actuador TrabajoEnergía Energía Energía Energía

Mecánica MecánicaHidráulicaηM ηB ηA

Neumática

Oleohidráulica

Neumática vs Oleohidráulica

Costes energéticos

100

400

1000

EnergíaEléctrica

Energía Oleohidráulica

Energía Neumática

Neumática vs Oleohidráulica

Aire libre

Depósito

Válvula

F

Compresor

Bomba

Válvula

Neumática vs Oleohidráulica

Aire libre

Depósito

Válvula

F

Compresor

Bomba

Válvula

Control sencillo

Control de fuerza

Regulando la

presión

Control de velocidadRegulando el

flujo

Control de posición

Regulando el

volumen

Compresibilidad del aire

Desventajas

Elasticidad frente a la variación de las cargas

F

P1

F+ΔF

P2

Compresibilidad del aire

Desventajas

La presión no se puede aumentar instantáneamente

Aire libre

Válvula

F

Compresor

Válvula

P

t

F/A

tretardo

¡Se necesita un depósito!

Compresibilidad del aire

Desventajas

El desplazamiento de los actuadores es irregular

Aire libre

Válvula

V

Compresor

Válvula

La velocidad no es constante

No tiene respuesta inmediata

a la parada del compresor

¡Poca precisión en

posicionamiento!

Ventajas de la Neumática

•Fuente inagotable, limpia, que no contamina

•No le afecta la temperatura y es antideflagrante

•Instalación sencilla

•Transportable y almacenable

•Riesgo de accidente mínimo. No requiere expertos

•Velocidad y aceleración elevadas

¡Inmejorable para la automatización de procesos!

Machines should work,

people should think

The IBM Pollyanna Principle

Comparación de los medios de trabajo entre diversas tecnologías

Criterio Neumática Hidráulica Electricidad

Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido ala baja presión y aldiámetro del cilindro(50.000 N). Produce fuerzaen reposo sin consumo deenergía.

Grandes fuerzasutilizando alta presión.Produce fuerza enreposo con consumode energía.

Mal rendimiento; granconsumo de energía en lamarcha en vacío. Noproduce fuerza en reposo.

Fuerzarotativa

Par de giro en reposotambién sin consumo deenergía.

Par de giro también enreposo, originándoseconsumo de energía.

Par de giro más bajo enreposo.

Seguridadfrente a lassobrecargas

Sí, se para. Vuelve amoverse cuando se eliminala sobrecarga.

Sí, se para. Vuelve amoverse cuando seelimina la sobrecarga.

No, se estropea.

Movimientolineal

Generación fácil; altaaceleración; alta velocidad(1,5 m/s y más).

Generación fácilmediante cilindros;buena regulabilidad.

Complicado y caro.

Movimientorotativo uoscilante

Motores neumáticos conmuy altas revoluciones(500.000 min

-1); elevado

coste de explotación; malrendimiento; movimientooscilante por conversiónmediante cremallera ypiñón.

Motores hidráulicos ycilindros oscilantescon revoluciones másbajas que en laneumática; buenrendimiento.

Rendimiento másfavorable enaccionamientos rotativos;revoluciones limitadas.

Regulabilidad Fácil regulabilidad de lafuerza y de la velocidad,pero no exacta.

Regulabilidad muybuena y exacta de lafuerza y la velocidaden todo caso

Posible sólolimitadamente siendo elgasto considerable

Acumulaciónde energía ytransporte

Posible, incluso enapreciables cantidades sinmayor gasto; fácilmentetransportable en conductos(1.000 m) y botellas de airecomprimido.

Acumulación posiblesólo limitadamente;transportable enconductos de hastaunos 100 m.

Acumulación muy difícil ycostosa, fácilmentetransportable por líneas através de distancias muygrandes.

Influenciasambientales

Insensible a los cambios detemperatura; ningún peligrode explosión; hay peligrode congelación existiendoelevada humedadatmosférica.

Sensible a lasfluctuaciones detemperatura; fugassignifican suciedad ypeligro de incendio.

Insensible a lasfluctuaciones detemperatura; en losámbitos de peligrosidadhacen falta instalacionesprotectoras contraincendio y explosión.

Gastos deenergía

Alto en comparación con laelectricidad; 1 m

3 de aire

comprimido a 6 bar cuestade 0,006 a 0,012 euros.

Alto en comparacióncon la electricidad.

Gastos más reducidos deenergía.

Manejo No requiere deespecialistas ni enejecución ni enmantenimiento. Nopresenta peligros.

Requiere deespecialistas. Precisaconducciones deretorno.

Sólo con conocimientostécnicos; peligro deaccidente; la conexiónerrónea causa a menudola destrucción de loselementos y del mando.

En general Los elementos son seguroscontra sobrecargas; losruidos del aire de escapeson desagradables,necesita unaamortiguación.

Con altas presionesruido de bombeo; loselementos sonseguros contrasobrecargas.

Los elementos no sonseguros contrasobrecargas; ruidos en lamaniobra de loscontactores yelectroimanes.

Comparación de los medios de trabajo

entre diversas tecnologias

Comparación de los medios de trabajo

entre diversas tecnologias

Criterio Neumática Hidráulica Electricidad

Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido ala baja presión y aldiámetro del cilindro(50.000 N). Produce fuerzaen reposo sin consumo deenergía.

Grandes fuerzasutilizando alta presión.Produce fuerza enreposo con consumode energía.

Mal rendimiento; granconsumo de energía en lamarcha en vacío. Noproduce fuerza en reposo.

Fuerzarotativa

Par de giro en reposotambién sin consumo deenergía.

Par de giro también enreposo, originándoseconsumo de energía.

Par de giro más bajo enreposo.

Seguridadfrente a lassobrecargas

Sí, se para. Vuelve amoverse cuando se eliminala sobrecarga.

Sí, se para. Vuelve amoverse cuando seelimina la sobrecarga.

No, se estropea.

Movimientolineal

Generación fácil; altaaceleración; alta velocidad(1,5 m/s y más).

Generación fácilmediante cilindros;buena regulabilidad.

Complicado y caro.

Movimientorotativo uoscilante

Motores neumáticos conmuy altas revoluciones(500.000 min

-1); elevado

coste de explotación; malrendimiento; movimientooscilante por conversiónmediante cremallera ypiñón.

Motores hidráulicos ycilindros oscilantescon revoluciones másbajas que en laneumática; buenrendimiento.

Rendimiento másfavorable enaccionamientos rotativos;revoluciones limitadas.

Regulabilidad Fácil regulabilidad de lafuerza y de la velocidad,pero no exacta.

Regulabilidad muybuena y exacta de lafuerza y la velocidaden todo caso

Posible sólolimitadamente siendo elgasto considerable

Acumulaciónde energía ytransporte

Posible, incluso enapreciables cantidades sinmayor gasto; fácilmentetransportable en conductos(1.000 m) y botellas de airecomprimido.

Acumulación posiblesólo limitadamente;transportable enconductos de hastaunos 100 m.

Acumulación muy difícil ycostosa, fácilmentetransportable por líneas através de distancias muygrandes.

Influenciasambientales

Insensible a los cambios detemperatura; ningún peligrode explosión; hay peligrode congelación existiendoelevada humedadatmosférica.

Sensible a lasfluctuaciones detemperatura; fugassignifican suciedad ypeligro de incendio.

Insensible a lasfluctuaciones detemperatura; en losámbitos de peligrosidadhacen falta instalacionesprotectoras contraincendio y explosión.

Gastos deenergía

Alto en comparación con laelectricidad; 1 m

3 de aire

comprimido a 6 bar cuestade 0,006 a 0,012 euros.

Alto en comparacióncon la electricidad.

Gastos más reducidos deenergía.

Manejo No requiere deespecialistas ni enejecución ni enmantenimiento. Nopresenta peligros.

Requiere deespecialistas. Precisaconducciones deretorno.

Sólo con conocimientostécnicos; peligro deaccidente; la conexiónerrónea causa a menudola destrucción de loselementos y del mando.

En general Los elementos son seguroscontra sobrecargas; losruidos del aire de escapeson desagradables,

Con altas presionesruido de bombeo; loselementos sonseguros contra

Los elementos no sonseguros contrasobrecargas; ruidos en lamaniobra de los

Comparación de los medios de trabajo entre diversas tecnologías

Criterio Neumática Hidráulica Electricidad

Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido ala baja presión y aldiámetro del cilindro(50.000 N). Produce fuerzaen reposo sin consumo deenergía.

Grandes fuerzasutilizando alta presión.Produce fuerza enreposo con consumode energía.

Mal rendimiento; granconsumo de energía en lamarcha en vacío. Noproduce fuerza en reposo.

Fuerzarotativa

Par de giro en reposotambién sin consumo deenergía.

Par de giro también enreposo, originándoseconsumo de energía.

Par de giro más bajo enreposo.

Seguridadfrente a lassobrecargas

Sí, se para. Vuelve amoverse cuando se eliminala sobrecarga.

Sí, se para. Vuelve amoverse cuando seelimina la sobrecarga.

No, se estropea.

Movimientolineal

Generación fácil; altaaceleración; alta velocidad(1,5 m/s y más).

Generación fácilmediante cilindros;buena regulabilidad.

Complicado y caro.

Movimientorotativo uoscilante

Motores neumáticos conmuy altas revoluciones(500.000 min

-1); elevado

coste de explotación; malrendimiento; movimientooscilante por conversiónmediante cremallera ypiñón.

Motores hidráulicos ycilindros oscilantescon revoluciones másbajas que en laneumática; buenrendimiento.

Rendimiento másfavorable enaccionamientos rotativos;revoluciones limitadas.

Regulabilidad Fácil regulabilidad de lafuerza y de la velocidad,pero no exacta.

Regulabilidad muybuena y exacta de lafuerza y la velocidaden todo caso

Posible sólolimitadamente siendo elgasto considerable

Acumulaciónde energía ytransporte

Posible, incluso enapreciables cantidades sinmayor gasto; fácilmentetransportable en conductos(1.000 m) y botellas de airecomprimido.

Acumulación posiblesólo limitadamente;transportable enconductos de hastaunos 100 m.

Acumulación muy difícil ycostosa, fácilmentetransportable por líneas através de distancias muygrandes.

Influenciasambientales

Insensible a los cambios detemperatura; ningún peligrode explosión; hay peligrode congelación existiendoelevada humedadatmosférica.

Sensible a lasfluctuaciones detemperatura; fugassignifican suciedad ypeligro de incendio.

Insensible a lasfluctuaciones detemperatura; en losámbitos de peligrosidadhacen falta instalacionesprotectoras contraincendio y explosión.

Gastos deenergía

Alto en comparación con laelectricidad; 1 m

3 de aire

comprimido a 6 bar cuestade 0,006 a 0,012 euros.

Alto en comparacióncon la electricidad.

Gastos más reducidos deenergía.

Manejo No requiere deespecialistas ni enejecución ni enmantenimiento. Nopresenta peligros.

Requiere deespecialistas. Precisaconducciones deretorno.

Sólo con conocimientostécnicos; peligro deaccidente; la conexiónerrónea causa a menudola destrucción de loselementos y del mando.

En general Los elementos son seguroscontra sobrecargas; losruidos del aire de escapeson desagradables,necesita unaamortiguación.

Con altas presionesruido de bombeo; loselementos sonseguros contrasobrecargas.

Los elementos no sonseguros contrasobrecargas; ruidos en lamaniobra de loscontactores yelectroimanes.

Medios de mando

Aire libre

Depósito

Válvula

F

Compresor

Bomba

Válvula

Comparación de los medios de mando

Criterio Electricidad ElectrónicaNeumática

presión normal

Neumática baja

presión

Fiabilidad delos elementos

Insensibles a lasinfluenciasambientalescomo polvo,humedad, etc.

Muy sensibles alas influenciasambientalescomo polvo,humedad,camposperturbadores,golpes yvibraciones; largaduración.

Insensibles a lasinfluenciasambientales; conaire limpio largaduración

Insensibles a lasinfluenciasambientales;sensibles al airecontaminado;larga duración.

Tiempo deconmutación delos elementos

> 10 ms << 1 ms > 5 ms > 1 ms

Velocidad delas señales.

Muy elevada(velocidad de laluz).

Muy elevada(velocidad de laluz).

10-40 m/s 100-200 m/s

Distanciasalvable

Prácticamente ilimitada Limitada por la velocidad de lasseñales

Espacionecesario

Poco Muy poco Poco Poco

Procesamientoprincipal de laseñal

Digital Digital,analógico

Digital Digital,analógico

Compresión del aire

El trabajo realizado se transforma en:– Energía de presión (20%)

– Energía térmica (80%) F

V1, P1, T1

F

V2, P2, T2

V1 > V2

P1 < P2

T1 < T2

Totalmente inútil.

¡Se elimina!

¡Comprimir aire a presiones mayores que

10 bar es completamente antieconómico!

Las presiones típicas en neumática están

alrededor de 7-8 bar (absolutos) Volver

Compresión de aceite

Prácticamente el 100% del trabajo se convierte

en energía de presión

Módulo de elasticidad volumétrico

K = 16.000 bar

Disminuyendo un 1% el volumen

la presión se incrementa en

160 bar

F

P1 = 1 bar

F

P1 = 161 bar

Las presiones típicas en oleohidráulica

suelen ser de alrededor de 150-300 bar

Volver

CALCULOS BASICOS HIDRAULICA

e) Continuity

b) Pascals’s

law

g) Bernoulli

equation

f) Flow

resistance

a) Hydrostatic pressure

c) Transmission of

power

d) Transmission of pressure

ELEMENTOS Y ACCESORIOS

HIDRAULICOS Y

NEUMATICOS

2005/20 Hydraulic 19

Hydraulic Systems

2005/20 Hydraulic 20

Hydraulic Systems

Pneumatic and Hydraulic

Dangers

The dangers of the use of

compressed air include:

Air Embolism

Hose/Pipe Whipping

Noise

Crushing/Cutting

The dangers of working with

high pressure oil can be

infinitely more drastic:

High Pressure Oil Injection

Oil Burns

Crushing/Cutting

CarcinogensThis injury is a result of placing the hand in front of a

jet of leaking hydraulic fluid at around 180 Bar

Differences in Symbols

Symbols

ReminderHydraulic Pump Compressor

Pumps and Motors

differ only by filling in

the direction arrow or

leaving it white.

Supply and Pilot

arrows are also filled

in or left white.

Pneumatically Actuated and

supplied 3/2 Pilot Spring

Hydraulically Actuated and

supplied 3/2 Pilot Spring

Differences in SymbolsCylinders and other actuators also differ with respect to supply and direction arrows.

Hydraulic Double Acting Cylinder Pneumatic Double Acting Cylinder

Hydraulic Filter Pneumatic Filter

Many symbols do not change, for example the Filter symbol.

Remember however that the physical construction is completely different.

For example, hydraulic filters can be either Suction Strainers (suction side of the pump),

Pressure Filter (pressure side of the pump) or Return Filter (in the return to tank line).

Each filter requires different properties.

Differences in Symbols

Hydraulic valves have a crossover to

Tank.

Pneumatic valves tend to have two

Exhaust outlets to Atmosphere.

Differences in Medium

Hydraulic Fluid is viscous and can be various types with varying Viscosities

including:

Hydraulic fluid can have many additives including:

Hydraulic Oil is Hygroscopic and can be easily Oxidised at high temperatures.

Air can hold Moisture which can turn into Condensation at the Dew Point.

The pneumatic components must remove the Condensation from the air

and provide Lubrication.

Air is safe under a wide range of operating temperatures.

Flame Retardant

Mineral Oil

Synthetic Oil

Water Glycol

Anti Oxidants

Lubricity Improvement

Anti Foaming Additive

Anti Wear Additives

Differences in Principles and

Properties

Air is Compressible.

Oil is considered Incompressible.

Actuator demand is measured in m3 per hour or operation

Compressor output is measured in m3 per hour Free Air Delivery (FAD)

Gas laws such as Boyle’s and Charles’s Laws govern medium behaviour

Both Hydraulics and Pneumatics are described with Pascal’s Law and F=PA

Bernoulli’s and other Fluid Flow Laws govern medium behaviour

Actuator demand is measured litres per minute for a specific speed

Pump output is measured litres per minute

Pneumatic systems rely on a supply of Compressed air flowing through Pipes to

Actuators. The Force for work is produced due to the Pressure of the Air acting on the

Area of the actuator.

Hydraulic systems rely on a supply of incompressible fluid flowing through Hoses to

Actuators. The Force for work is produced due to the Pressure of the Oil acting on the

Area of the actuator.

Differences in Pressure and Force

Pneumatic Pressures and Forces

Hydraulic Pressures and Forces

Force

Calculator

Force

Pressure

Area

Produced at 10Bar

Used at 0~6 Bar

Forces up to 5000Kg

Produced and used at 200~400Bar

Forces up to Thousands of tonnes

Differences in ConstructionValves and Actuators

Pneumatic valves and actuators are generally of

light construction as they need to deal with

pressure up to a maximum of 10 Bar.

The cost of these components is cheap when

compared to the much more heavily constructed

hydraulic components.

Hydraulic valves and actuators are much more

heavily constructed than pneumatic components.

This is because the components must deal with

pressures up to 400 Bar+. Hydraulic actuators can be

very large when compared with common pneumatic

actuators. Hydraulic components are much more

expensive than standard pneumatic components. A

standard hydraulic DCV is in the region of hundreds

of Euro, a standard application pneumatic valve

would typically cost tens of Euro.

Differences in ConstructionHoses, Pipes and Connectors

Braid

(Reinforceme

nt)

Hos

e

Fittings

(Connectors)

Hydraulic hoses and

connectors are heavily

constructed to hold the

higher pressures. Rubber

hoses are steel

Reinforced (Braided) to

Strengthen them.

Pipe

Y

Tee

Straight

Coupling

Fittings

(Connector

s)

Pneumatic Pipes and

Fittings are of light

construction. Pneumatic

Pipe is made from

nylon and generally

connects to the fittings

using ‘Push Fit’

connectors.

Differences in Application

Hydraulic systems are

used where large forces

are required such as in

earth moving

equipment, heavy

cutting, Pressing and

Clamping

Pneumatic systems are

used for relatively light

moving, Clamping and

Process operations

Application Example Video

Moving and light clamping of

components is easily, cleanly and

quickly achieved using a pneumatic

control system.

Lifting a car on a Car Ramp does

not require high speed or clean

control systems. Large forces are

required to lift the heavy car. This

application is particularly suited to

the use of hydraulics.

Simple Application Example

Hydraulic

Tank

DCV

Filter

Simple Application ExamplePneumatic

Act

ua

tor

Electro-Pneumatic and Hydraulic

Systems

Control of Electro-Pneumatic and

Hydraulic systems using Electrical

control systems is similar for both

media types.

Both systems would use Solenoid

actuated valves, either Directly

Actuated or Indirectly Actuated.

Electro-Pneumatic and Hydraulic

Systems

Push

Button

Switch

Reed

SwitchProximity

Sensor

Solenoid

RelaySolenoid

Programma

ble Logic

Controller

(PLC)