VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA Y NEUMATICA


Los sistemas de transmisión de energía oleohidráulicos y neumáticos son una garantía de seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos.
La Seguridad es de vital importancia en la navegación aérea y espacial, en la producción y funcionamiento de vehículos, en la minería y en la fabricación de productos frágiles. Por ejemplo, los sistemas oleohidráulicos y neumáticos se utilizan para asistir la dirección y el frenado de coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleohidráulico y el tren de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo de aviones y naves espaciales. Los rápidos avances realizados por la minería y construcción de túneles son el resultado de la aplicación de modernos sistemas oleohidráulicos y neumáticos.
La Fiabilidad y la Precisión son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales en las que los usuarios exigen cada vez más una mayor calidad. Los sistemas oleohidráulicos y neumáticos utilizados en la manipulación, sistemas de fijación y robots de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados, por ejemplo, en la fabricación de automóviles.
En relación con la industria del plástico, la combinación de la oleohidráulica, la neumática y la electrónica hacen posible que la producción esté completamente automatizada, ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisión.
Los sistemas neumáticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene y la precisión son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la industria farmacéutica y alimenticia, entre otras.

La Reducción en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un país industrial.
La tecnología moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas oleohidráulicos y neumáticos. Entre otros ejemplos, cabe citar el uso generalizado de estos sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidráulicamente, las máquinas herramientas de alta tecnología, así como los equipos de fabricación para procesos de producción automatizada, las modernas excavadoras, las máquinas de construcción y obras públicas y la maquinaria agrícola.
Con respecto a la manipulación de materiales y para citar unos ejemplos, los sistemas oleohidráulicos permiten que una sola persona pueda trasladar, fácil y rápidamente, grandes cantidades de arena o de carbón.

La palabra "Hidráulica" proviene del griego "hydor" que significa "agua". Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite.

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA HIDRAÚLICA Y NEUMÁTICA
En la actualidad las aplicaciones de la oleohidráulica y neumática son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general.
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales:

Aplicaciones Móviles
El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como:
Tractores
Grúas
Retroexcavadoras
Camiones recolectores de basura
Cargadores frontales
Frenos y suspensiones de camiones
Vehículos para la construcción y mantención de carreteras
Etc.

Bomba de vacío para el transporte neumático

Aplicaciones Industriales
En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:
Maquinaria para la industria plástica
Máquinas herramientas
Maquinaria para la elaboración de alimentos Equipamiento para robótica y manipulación automatizada
Equipo para montaje industrial
Maquinaria para la minería
Maquinaria para la industria siderúrgica
Etc.

Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehículos automotores, como automóviles, aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:
Aplicación automotriz: suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc.
Aplicación Aeronáutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc.
Aplicación Naval: timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques militares
Medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental odontológico, etc.
La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en controles escénicos (teatro), cinematografía, parques de entretenciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesas de levante de automóviles, etc.

La hidráulica es la ciencia que utiliza de materia prima el aceite para producir acciones o respuestas. La hidráulica es la ciencia que ha estado permanentemente en contacto con la humanidad. Primeras aplicaciones técnicas van desde el simple arrastre de tron­cos por el caudal del río, pasando por la rueda hidráulica que tuvo una gran difusión en la antigua Roma.
De hecho, la primera descripción de una rueda hidráulica en Occidente es obra del ingeniero romano Vitruvio. Posteriormente se siguieron empleando, y aún se conservan algunas en nuestra época.

Tras estas primeras aplicaciones de un sistema hidráulico como elemen­to productor de energía, en la maquinaria de la industria moderna tiene una gran difusión como elemento de transmisión de esta energía, tanto para pequeños como grandes esfuerzos o amplias variaciones de velocidad. De hecho, la industria del automóvil ha introducido el sistema de freno hidráu­lico, cuyo principio de funcionamiento fue ideado en 1851 por el astróno­mo británico George Biddell Airv, correspondiendo al alemán Hugo Mayer la creación de los primeros frenos hidráulicos para automóviles en 1895, si bien la comercialización de este equipo la realizaría más tar­de el estadounidense Malcolm Lockheed. Otra aplicación posterior para la industria de automación ha sido la dirección hidráulica que ha facilitado notablemente el manejo de la dirección con el volante. Ventajas:

1ª.- Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad.

2ª.- Permiten acoplar una dirección mas directa; es decir, con una menor reducción con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares.

3ª.- En el caso de reventón del neumático, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantáneamente la dirección, actuando automáticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumático reventado haría girar al vehículo.

4ª No presentan complicaciones en el montaje, son de fácil aplicación a cualquier vehículo y no afectan a la geometría de la dirección.

5ª.- Permiten realizar las maniobras mas delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posición de paro a la máxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehículo sin servodirección.

6ª.- En caso de avería en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehículo sin servodirección, ya que las ruedas continúan unidas mecánicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo.

Inconvenientes:

Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prácticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un entretenimiento especial y no tienen prácticamente averías. Por tanto los únicos inconvenientes a destacar son:

1ª.- Un costo mas elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada.

2ª.- El costo mas elevado de este mecanismo y su adaptación inicial en el vehículo, con respecto a la dirección simple

Con el desarrollo industrial, el empleo del flujo hidráulico como elemento de accionamiento y gobierno de máquinas sustituye, con ventaja, a una serie de órganos mecánicos convencionales tales como: palancas, árboles de trans­misión, husillos de avance, engranajes, etc.; de tal manera que se reducen problemas de desgaste y mantenimiento, además de estar exentos de vibra­ciones y ser muy fácil la regulación de velocidad.

El fluido que se utiliza en esta hidráulica industrial es el aceite proveniente de la destilación del petróleo, por lo que sería más propio denominar esta rama con el sustantivo de óleo-hidráulica. No obstante, mantendremos el nombre inicial que se asocia, en sentido amplio, con el empleo y características de los líquidos.
Los conocimientos científicos de la rama de la hidráulica que ahora nos concierne comenzaron a desarrollarse en el siglo XVII, basándose en el princi­pio descubierto por el científico francés Blaise Pascal, según el cual un fluido confinado puede transmitir energía multiplicando la fuerza y modificando el desplazamiento.



Presión De Vapor
La evaporación de los líquidos se produce porque sus moléculas escapan de su superficie. Si cerramos al líquido en un espacio, las moléculas del vapor generado ejercen una presión parcial en dicho espacio que se denomina pre­sión de vapor.
En el equilibrio, el número de moléculas que salen del líquido en forma de vapor coincide con las que se condensan. Este hecho depende solamente de la temperatura. Si, por alguna circunstancia, la presión alrededor del líquido coincide con la de vapor, dicho líquido hierve. Así, el agua tiene una presión de vapor de 0,0238 kp/cm2, por lo que si a temperatura ambiente disminuye la presión suficientemente, el agua hervirá.
Puede suceder que en el movimiento de líquidos se produzcan presiones muy bajas en algunos lugares. Si esta presión es menor o igual que la de vapor, el líquido se transforma en vapor, y se forman bolsas de vapor que se retiran de su zona de origen y se convierten de nuevo en líquido. Este es el fenómeno de la cavitación, y tiene como consecuencia la erosión de las par­tes metálicas de bombas y turbinas.

Viscosidad
Atribuimos la viscosidad al frotamiento interior entre las moléculas de un flui­do. Sería, de alguna forma, equivalente al rozamiento entre sólidos, y repre­senta una medida de la resistencia del fluido a su movimiento.
Así, si un flui­do circula fácilmente decimos que la viscosidad es baja (el agua es un líquido poco viscoso). Por el contrario, si el fluido circula con dificultad, tendrá una viscosidad alta (el alquitrán es un fluido muy viscoso). En el caso de los líqui­dos la viscosidad disminuye con la temperatura.
Una viscosidad elevada seria deseable pues así se mantendría la estanquei­dad en los cierres y racores, pero si fuera excesiva, tendríamos una alta fricción con lo que aumentaría la potencia consumida, y las burbujas de aire serían difíciles de separar, pudiendo hacerse más lento el funcionamiento del sistema.
En Física, la viscosidad se define como aquella propiedad de 105 fluidos que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes, o la resistencia que ofrece una capa de fluido al circular sobre otra.
La ley de Newton, que nos permitirá evaluar la viscosidad, afirma, entre, otras definiciones, que la tensión unitaria cortante es proporcional a la velocidad de deformación.
En efecto, si tomamos dos placas planas paralelas separadas una distancia, con el espacio entre ellas lleno de fluido, y suponiendo que la placa supe­rior se mueve con velocidad constante al actuar sobre ella una fuerza también constante, el fluido en contacto con la placa móvil se adhiere a ella moviéndose a su misma velocidad, mientras que el fluido en contac­to con la placa fija permanecerá en reposo. La variación de velocidades, son pequeñas, podrá representarse por una línea recta.
A pesar de la definición física, esta propiedad tan importante, sobre todo cuando el fluido es aceite, se mide en Europa en grados Engler, en Inglaterra en segundos Redwood, y en los Estados Unidos en segundos Saybolt (SSU, segundos Saybolt universal).
Debido a que la viscosidad de los aceites se modifica con la temperatura, generalmente se efectúan dichas mediciones a 20, 50 Y 100 O (según sean Aceites ligeros, de máquina o de cilindros, denotando las viscosidades así obtenidas en grados Engler por P20, Pso o PIOO.
Como se ha comentado, la viscosidad es una característica de los aceites que varía ampliamente con la temperatura. Así, un aceite muy viscoso a tem­peratura ambiente se puede comportar como un aceite poco viscoso cuando la temperatura aumenta. Para paliar en parte este fenómeno se añaden aditi­vos de forma que un aceite se comporte a temperatura ambiente como poco viscoso, pero que a elevada temperatura lo haga como un aceite que hubiera sido más viscoso a dicha temperatura ambiente. Con ello se consigue que a alta temperatura le corresponda más viscosidad.


Índice De Viscosidad
Sabemos que los aceites minerales son unos derivados de los productos petrolíferos y que éstos se extraen de muchas partes del mundo. Pues bien, para hallar el índice de viscosidad de un aceite dado, se toma un aceite de Pensilvania, dándole un índice 100 (son los aceites de menor variación de viscosidad con la temperatura), y un aceite del Golfo Pérsico, asignándole un índice O (aceites de la mayor variación viscosidad-temperatura), cuyas visco­sidades a una determinada temperatura fuesen iguales a la del aceite a exami­nar. A continuación se comparan las viscosidades de los tres aceites a 37,8 °C (100 °F), y de esta confrontación se obtiene el índice de viscosidad.
La finalidad de este índice consiste en señalar la variación de la viscosi­dad de un líquido con los cambios de temperatura. Si un líquido se hace muy viscoso a temperaturas bajas y muy fluido a temperaturas altas, posee un índi­ce de viscosidad muy bajo (varía mucho la viscosidad). Por el contrario, cuando la viscosidad de un líquido se mantiene casi inalterable con los cam­bios de temperatura, su índice es muy alto (varía poco la viscosidad).
Diferentes estudios y muchas experiencias prácticas han demostrado que los aceites minerales empleados en los circuitos hidráulicos son óptimos si su índice de viscosidad no es inferior a 75­.
En el mercado existen una serie de aceites hidráulicos, de marcas acredi­tadas, propios para circuitos hidráulicos. Es aconsejable emplear siempre el que recomienda el constructor y si, por cualquier circunstancia, hubiera que cambiarlo (cosa no recomendable), es necesario limpiar muy bien todo el cir­cuito, pues al mezclar dos aceites diferentes se puede producir una reacción química que los deteriore.
Los aditivos químicos, así como las técnicas de refinado, han conseguido aceites con índices de viscosidad superiores a 100. Si se trabaja con variacio­nes de temperatura conviene utilizar un LV. de viscosidad elevado, pero si la máquina funciona a temperatura casi constante el índice de viscosidad care­ce de importancia.

Punto De Fluidez
El punto de fluidez es la temperatura más baja a la que un líquido puede fluir. En un aceite hidráulico, la comprobación de esta especificación tendrá una gran importancia cuando su utilización se produzca a temperaturas muy bajas. Como regla, el punto de fluidez suele estar 1O°C por debajo de la tem­peratura más baja de utilización.


Capacidad De Lubricación
El ajuste entre las partes móviles de un sistema hidráulico debe permitir el suficiente juego como para que entre los materiales exista una capa de fluido. Si el aceite tiene una viscosidad ade­cuada se podrá evitar que las imperfecciones de las superficies metálicas con­tacten. Cuando la presión de trabajo es muy grande, las holguras muy peque­ñas, o las velocidades altas, la película de fluido se hace más delgada, pudiendo existir contacto metal-metal. Se hace necesario añadir aditivos para lograr un aceite con propiedades químicas especiales.


Resistencia A La Oxidación
Los aceites derivados del petróleo son muy susceptibles a la oxidación, el oxígeno atmosférico del aire disuelto en el aceite se combina fácilmente con el carbono e hidrógeno. Los productos en contacto con el aceite pueden ser solubles o insolubles en él. En ambos casos producen consecuencias perjudiciales.
Los productos solubles producen reacciones que forman goma o Iodos que, por su acidez, pueden provocar la corrosión del sistema a la vez que aumentan la viscosidad del aceite.
Los productos insolubles taponan los orificios, aumentan el desgaste (actúan de abrasivos), haciendo que las válvulas se agarroten.

Ley De Continuidad
Debemos recordar que en este tema estamos tratando sobre líquidos incom­presibles y, por tanto, con densidad constante, de tal forma que si por una conducción con diferentes secciones circula de forma continua nuestro líqui­do, por cada tramo de conducción pasarán los mismos volúmenes por unidad de tiempo, es decir, será igual el caudal.
Cuando el sistema es accionado por una fuerza aplicada a un líquido con­tenido en un recipiente cerrado se le denomina sistema hidrostático. En la au­tomatización neumática, , predomina la componente de sistema hidrostático, pero en el transporte del aceite, así como en los compre­sores, tienen lugar fenómenos hidrodinámicos.



Movimiento De Fluidos Viscosos Través De Tubos
Dada la naturaleza de los efectos de la viscosidad, resulta lógico pensar que la velocidad de un fluido viscoso que pasa a través de un tubo no es la misma en todos los puntos de la sección transversal. En las paredes del tubo tendremos la menor velocidad debido a la fuerza resistente que ejercen sobre la capa exterior del fluido. Ésta, a su vez, actúa sobre la capa inmediata y así sucesivamente. Una consecuencia de este hecho es que la velocidad es máxi­ma en el centro de la conducción, disminuyendo hasta ser nula en las paredes.


Pérdida De Carga
La pérdida de carga, o caída de presión, es la disminución de presión que ex­perimenta un líquido al circular por un conducto.


Resistencia Hidráulica
Es la resistencia que oponen al paso del líquido los elementos que componen un circuito hidráulico.
La resistencia hidráulica que se produce a lo largo de una tubería, cuyo lí­quido fluye en régimen laminar, la podemos comparar fácilmente con la resis­tencia eléctrica producida a lo largo de un hilo conductor de corriente eléctri­ca, realizando la analogía entre el caudal del líquido con la intensidad de co­rriente, la resistencia hidráulica con la resistencia eléctrica, y la caída de pre­sión con la caída de tensión.

Ventajas De La Hidráulica. Instalaciones Hidráulicas
Fácil regulación de la velocidad. Al ser el aceite un fluido incompresible, no tienen lugar los efectos que se producen en la neumática, y que ha­cen difícil una regulación de velocidad estable. Con el aceite es posible obtener cambios infinitamente variables de la velocidad de los actuadores hidráulicos, ya sean rotativos o lineales, bien variando el caudal de suministro de la bomba, o bien usando válvulas de control de caudal, lo que es más frecuente. Estos sistemas de variación se emplean en maqui­naria de obras públicas incluso para la tracción. Se puede Prote­ger el conjunto contra cualquier sobrecarga con la utilización de una válvula limitadora de presión. Cuando la fuerza o el par pasan de un valor, la presión aumenta y la válvula actúa liberando pre­sión.
Como quiera que la creación de esfuerzo se hace. con el producto de la presión por la sección, con componentes de reducido tamaño es posible el movimiento de grandes y para ello basta emplear sistemas a alta pre­sión (más de 150 kp/cm2).
También, debido a la incompresibilidad del líquido, un actuador hi­dráulico puede detenerse en cualquier posición. Con el aire, tanto parla compresibilidad, como por las mayores fugas, es difícil no estar «vibran­do» en torno a una posición. En los actuadores eléctricos, su bloqueo puede quemarlos.
La bomba se encarga de generar la presión de trabajo con el caudal requerido por los elementos de trabajo.
Los elementos de transporte, tuberías y racores, se encargan de la con­ducción del fluido hasta el lugar de consumo (al contrario que en neumática, las instalaciones hidráulicas son comparativamente de menor longl-tud).
Por último, los elementos de trabajo son los actuadores, tanto motor como cilindros. Para su correcto funcionamiento en el momento adecuado si encuentran elementos de regulación y control (válvulas).

La Unidad Hidráulica. Depósito, Filtro, Manómetro, Válvulas
La unidad hidráulica es el elemento del circuito hidráulico donde se genera la potencia hidráulica (presión y caudal). Suele presentarse en un bloque cerrado que contiene el depósito, la bomba, el motor de accionamiento, las válvulas de seguridad, un manómetro, filtro, y en ocasiones, un radiador para eliminar el exceso de calor del aceite.
El filtro, es el elemento de la unidad hi­dráulica encargado de eliminar las partículas sólidas que se forman y que el aceite arrastra en su circulación. Si además se incorpora un imán, las partí­culas metálicas quedarán adheridas a él.
El manómetro es un aparato que se encarga de medir la presión a la que se encuentra el aceite que sale de la unidad hidráulica.
Por último, las válvulas. Se utilizan dos, una de cierre y otra limitadora de presión. La primera solamente abre o cierra el paso de aceite. En cambio, la se­gunda puede regular la presión de servicio y en caso de superarse dicha pre­sión, se produce una descarga automática de aceite al depósito.

LEY DE PASCAL
Aunque los dos sean fluidos hay una diferencia importante entre los gases y los líquidos, mientras que los líquidos no se pueden comprimir en los gases sí es posible. Esto lo puedes comprobar fácilmente con una jeringuilla, llénala de aire, empuja el émbolo y veras cómo se comprime el aire que está en su interior, a continuación llénala de agua (sin que quede ninguna burbuja de aire) observarás que por mucho esfuerzo que hagas no hay manera de mover en émbolo, los líquidos son incompresibles.




Esta incompresibilidad de los líquidos tiene como consecuencia el principio de Pascal (s. XVII), que dice que si se hace presión en un punto de una masa de líquido esta presión se transmite a toda la masa del líquido.