Apuntes · Tecnología e IngenieríaES · Selectividad

Circuitos neumáticos e hidráulicos

Los sistemas neumáticos (que emplean aire comprimido) e hidráulicos (que emplean un líquido a presión, normalmente aceite) son una de las grandes tecnologías de potencia fluida de la ingeniería: transmiten fuerza y movimiento a través de un fluido confinado. Este apunte recorre los principios físicos que los gobiernan —presión, caudal, principio de Pascal y ecuación de continuidad—, los componentes que los forman (compresores y bombas, cilindros, válvulas y actuadores), la simbología normalizada ISO 1219 con la que se dibujan sus esquemas y el diseño, montaje y simulación de circuitos sencillos. Es un contenido plenamente evaluable en la materia de modalidad Tecnología e Ingeniería II de la Selectividad/PAU, con ejercicios típicamente cuantitativos (cálculo de fuerzas y presiones) y de interpretación/diseño de esquemas.

4seccionesca. 24min de lectura3competenciasNivelEstándar 4Revisado · 06/2026

T·0444 / 11

Perfil de examen

CE1 · Diseñar e interpretar esquemas de circuitos neumáticos e hidráulicos aplicando la simbología normalizada (ISO 1219) y los principios físicos de la presión, el caudal, el principio de Pascal y la ecuación de continuidad.CE2 · Montar de forma real o simulada y verificar el funcionamiento de circuitos neumáticos e hidráulicos sencillos, identificando la función de cada componente (compresor/bomba, cilindro, válvulas y actuadores).CE3 · Resolver problemas cuantitativos de los sistemas de potencia fluida (fuerza en cilindros, multiplicación de fuerza en la prensa hidráulica, caudal y velocidad) expresando las magnitudes con sus unidades del SI y justificando los resultados.

Operadores:analizacalculaexplicainterpretajustificadiseñarelacionarazonarepresenta

nivel básico

Como Tecnología e Ingeniería es materia de modalidad, todo el contenido es exigible al alumnado que la cursa: domina con seguridad las definiciones de presión (p = F/S) y caudal (Q = S·v), el principio de Pascal con la prensa hidráulica, la simbología de los componentes básicos y el mando de un cilindro de simple y de doble efecto.

nivel avanzado

Para la fase de admisión (voluntaria) profundiza en el cálculo de la fuerza real de avance y retroceso de un cilindro de doble efecto (corona del vástago), en la lectura completa de esquemas con varias válvulas (mando indirecto, temporización, regulación de velocidad) y en la comparación razonada neumática frente a hidráulica según la aplicación.

Profundidad

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Inhalt · 4 secciones

Circuitos neumáticos e hidráulicos

Principios físicos: presión, caudal, principio de Pascal y continuidad#

StandardBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería · Circuitos neumáticos e hidráulicos: principios físicos de la neumática y la hidráulica — presión, caudal, principio de Pascal y ecuación de continuidad.

Los sistemas neumáticos e hidráulicos pertenecen a la familia de la potencia fluida: usan un fluido confinado para transmitir fuerza y movimiento desde un generador (compresor o bomba) hasta un actuador (cilindro o motor). La neumática emplea aire comprimido —un gas, por tanto compresible, limpio, rápido y barato pero con presiones de trabajo moderadas (típicamente 6-10 bar)—, mientras que la hidráulica emplea un líquido, casi siempre aceite —prácticamente incompresible, lo que permite presiones muy altas (cientos de bar) y fuerzas enormes con gran precisión de posición—. Entender la diferencia entre fluido compresible e incompresible es la clave para decidir cuál de los dos sistemas conviene a cada aplicación.

La magnitud central de ambos sistemas es la presión, definida como la fuerza ejercida perpendicularmente por unidad de superficie, p = F/S. Su unidad en el Sistema Internacional es el pascal (1 Pa = 1 N·m⁻²), pero en la práctica industrial se usa muchísimo el bar (1 bar = 10⁵ Pa = 100 000 Pa), que equivale aproximadamente a la presión atmosférica. Conviene distinguir la presión absoluta (medida respecto al vacío) de la presión relativa o manométrica (medida respecto a la atmósfera, que es la que indican los manómetros): p_absoluta = p_relativa + p_atmosférica. En los cálculos de fuerza sobre un émbolo se trabaja, salvo indicación contraria, con la presión relativa o manométrica.

El caudal Q mide el volumen de fluido que atraviesa una sección por unidad de tiempo, Q = V/t, y se relaciona con la velocidad del fluido y la sección del conducto mediante Q = S·v (Fig. 2). Su unidad SI es el m³·s⁻¹, aunque en neumática se emplea con frecuencia el litro por minuto (L/min) o el m³/h. El caudal gobierna la velocidad a la que se mueve un actuador: a mayor caudal entrante, más rápido avanza el émbolo de un cilindro. De aquí nace la ecuación de continuidad: en un conducto sin fugas y con fluido incompresible, el caudal se conserva, S₁·v₁ = S₂·v₂; por tanto, al estrecharse la sección la velocidad aumenta y al ensancharse disminuye (relación inversa entre sección y velocidad).

El fundamento físico de la transmisión de fuerza es el principio de Pascal (Blaise Pascal, 1648): la presión aplicada a un fluido confinado e incompresible se transmite íntegramente y por igual a todos los puntos del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene. Su aplicación tecnológica más importante es la prensa o multiplicador hidráulico (Fig. 1): si sobre un émbolo pequeño de sección S₁ se aplica una fuerza F₁, se genera una presión p = F₁/S₁ que se transmite a un émbolo grande de sección S₂, donde aparece una fuerza F₂ = p·S₂; como la presión es la misma en ambos, F₁/S₁ = F₂/S₂, de modo que el sistema multiplica la fuerza en la relación de áreas S₂/S₁. A cambio, el émbolo grande recorre menos distancia (se conserva el trabajo y el volumen de líquido desplazado: S₁·d₁ = S₂·d₂), de manera que no se obtiene energía «gratis».

Prensa hidráulica: el principio de Pascal multiplica la fuerza

p = \dfrac{F}{S}

Presión

Fuerza perpendicular por unidad de superficie. Unidad SI: pascal (1~Pa = 1~N\cdot m^{-2}); en la industria, 1~bar = 10^{5}~Pa.

\dfrac{F_1}{S_1} = \dfrac{F_2}{S_2} \;\Rightarrow\; F_2 = F_1\,\dfrac{S_2}{S_1}

Principio de Pascal (prensa hidráulica)

La presión se transmite íntegra; la fuerza se multiplica en la relación de áreas S_2/S_1. Conservación del volumen: S_1 d_1 = S_2 d_2.

Q = \dfrac{V}{t} = S\,v

Caudal

Volumen de fluido por unidad de tiempo. Unidad SI: m^3\cdot s^{-1}; en neumática también L/min.

S_1\,v_1 = S_2\,v_2

Ecuación de continuidad

Para un fluido incompresible sin fugas el caudal se conserva: al estrecharse la sección, la velocidad aumenta.

Ejemplo resuelto

Multiplicación de fuerza en una prensa hidráulica

En una prensa hidráulica, el émbolo de entrada tiene un diámetro d₁ = 4 cm y el de salida un diámetro d₂ = 20 cm. (a) Calcula la fuerza obtenida en el émbolo grande si sobre el pequeño se aplica una fuerza F₁ = 200 N. (b) Determina cuánto debe descender el émbolo pequeño para que el grande ascienda 1 cm.

Relación de áreas
Como ambos émbolos son circulares, S = π·d²/4, de modo que la relación de áreas es el cuadrado de la relación de diámetros: S₂/S₁ = (d₂/d₁)² = (20/4)² = 5² = 25.
Fuerza en el émbolo grande (a)
Por el principio de Pascal F₁/S₁ = F₂/S₂, así que F₂ = F₁·(S₂/S₁) = 200·25 = 5000 N. La prensa multiplica la fuerza por 25.
Conservación del volumen (b)
El líquido es incompresible: el volumen que abandona el cilindro pequeño llega al grande, S₁·d₁ = S₂·d₂. Despejando el descenso del émbolo pequeño, d₁ = d₂·(S₂/S₁) = 1 cm · 25 = 25 cm.
Comprobación energética
El trabajo se conserva: en la entrada W₁ = F₁·d₁ = 200·0,25 = 50 J; en la salida W₂ = F₂·d₂ = 5000·0,01 = 50 J. La prensa multiplica la fuerza por 25 pero el émbolo grande recorre 25 veces menos camino, así que no se gana energía.

Resultado: (a) F₂ = 5000 N (la fuerza se multiplica por 25, igual a la relación de áreas). (b) El émbolo pequeño debe descender 25 cm; el trabajo se conserva (50 J en entrada y salida), por lo que no se gana energía.

Errores frecuentes

Mezclar unidades: trabajar con la presión en bar y la superficie en mm² sin convertir a pascal y a m², lo que produce errores de factores de 10⁵ o 10⁶ en la fuerza.
Creer que la prensa hidráulica «crea» energía: multiplica la fuerza, pero el émbolo grande recorre tanto menos camino que el trabajo (F·d) se conserva; olvidar la relación inversa entre fuerza y desplazamiento.
Confundir caudal con velocidad, o aplicar la continuidad pensando que a mayor sección mayor velocidad, cuando la relación es inversa (S₁·v₁ = S₂·v₂).

Repaso activo

En una prensa hidráulica, el émbolo de entrada tiene un diámetro de 5 cm y el de salida un diámetro de 25 cm. (a) Calcula la fuerza que se obtiene en el émbolo grande si sobre el pequeño se aplica una fuerza de 300 N. (b) Determina cuánto desciende el émbolo pequeño para que el grande suba 2 cm. Razona por qué no se gana energía.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Componentes neumáticos e hidráulicos y su función#

StandardBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería · Circuitos neumáticos e hidráulicos: componentes — compresores/bombas, cilindros (simple y doble efecto), válvulas distribuidoras y reguladoras, actuadores.

Cilindro de simple efecto frente a cilindro de doble efecto

Todo circuito de potencia fluida se organiza en cuatro grupos funcionales que conviene tener siempre presentes: generación y tratamiento de energía (el compresor en neumática o la bomba en hidráulica, más el depósito y el grupo de mantenimiento), distribución (las conducciones), mando y regulación (las válvulas) y trabajo (los actuadores). Seguir esta cadena de izquierda a derecha —generar, distribuir, gobernar, trabajar— es la forma más segura de leer y de diseñar un esquema sin perderse (Fig. 1).

El generador de energía es el compresor en neumática y la bomba en hidráulica. El compresor aspira aire de la atmósfera y lo comprime, almacenándolo en un depósito o calderín a una presión superior a la de trabajo; antes de usarlo, una unidad de mantenimiento (grupo FRL: Filtro para eliminar impurezas, Regulador de presión y Lubricador que añade una fina niebla de aceite) acondiciona el aire. En hidráulica, la bomba toma aceite del depósito y lo impulsa al circuito; como el aceite es incompresible, no se almacena a presión, por lo que el circuito incorpora siempre una válvula limitadora de presión (de seguridad) que devuelve el caudal sobrante al depósito y evita sobrepresiones peligrosas.

Los actuadores convierten la energía del fluido en trabajo mecánico y son de dos tipos. Los cilindros producen movimiento lineal: el de simple efecto recibe aire (o aceite) por una sola cámara para el avance y retrocede por la acción de un muelle interno o de una fuerza externa (solo trabaja en un sentido); el de doble efecto recibe fluido alternativamente por sus dos cámaras, de modo que tanto el avance como el retroceso son motrices y controlados, lo que lo hace mucho más versátil (Fig. 3). Los motores neumáticos o hidráulicos, en cambio, producen movimiento rotativo continuo. La fuerza que desarrolla un cilindro se obtiene de F = p·S, donde S es la sección del émbolo en el avance y la sección anular o de corona (descontando el área del vástago) en el retroceso de un cilindro de doble efecto.

Las válvulas son los elementos de mando y regulación. Las válvulas distribuidoras gobiernan el paso y la dirección del fluido hacia el actuador; se nombran por el número de vías (orificios de conexión) y de posiciones que tienen: una 3/2 (tres vías, dos posiciones) basta para mandar un cilindro de simple efecto, mientras que una 5/2 o una 4/2 es la habitual para el de doble efecto (Fig. 4). Su accionamiento puede ser manual (pulsador, palanca), mecánico (rodillo, leva), neumático (pilotaje por presión) o eléctrico (electroválvula con solenoide), y el retorno suele hacerse por muelle. Junto a ellas, las válvulas reguladoras controlan magnitudes: la reguladora de caudal (estrangulamiento, a menudo con antirretorno para regular solo en un sentido) ajusta la velocidad del cilindro, la limitadora o de seguridad fija la presión máxima, y la válvula antirretorno (de retención) permite el paso del fluido en un solo sentido.

F_{\text{avance}} = p\cdot S = p\cdot \dfrac{\pi D^2}{4}

Fuerza de avance de un cilindro

D es el diámetro del émbolo. La fuerza teórica de avance es la presión por el área completa del émbolo.

F_{\text{retroceso}} = p\cdot (S - S_{\text{v}}) = p\cdot \dfrac{\pi (D^2 - d^2)}{4}

Fuerza de retroceso (doble efecto)

En el retroceso el área útil es la corona: el área del émbolo D menos la del vástago d, por eso F_retroceso < F_avance.

Ejemplo resuelto

Fuerza de avance y de retroceso de un cilindro de doble efecto

Un cilindro neumático de doble efecto tiene un émbolo de diámetro D = 50 mm y un vástago de diámetro d = 20 mm. Trabaja con aire a una presión relativa de 6 bar. Calcula (a) la fuerza teórica de avance y (b) la fuerza teórica de retroceso, y explica por qué son distintas.

Conversión de unidades
Pasamos la presión a pascal y los diámetros a metros: p = 6 bar = 6·10⁵ Pa; D = 50 mm = 0,050 m; d = 20 mm = 0,020 m.
Área del émbolo y fuerza de avance (a)
S = π·D²/4 = π·(0,050)²/4 = π·0,0025/4 = 1,963·10⁻³ m². La fuerza de avance es F_av = p·S = 6·10⁵ · 1,963·10⁻³ ≈ 1178 N.
Área de la corona y fuerza de retroceso (b)
En el retroceso el área útil descuenta el vástago: S' = π·(D² − d²)/4 = π·(0,0025 − 0,0004)/4 = π·0,0021/4 = 1,649·10⁻³ m². La fuerza es F_ret = p·S' = 6·10⁵ · 1,649·10⁻³ ≈ 990 N.
Interpretación
La fuerza de retroceso (≈ 990 N) es menor que la de avance (≈ 1178 N) porque el vástago ocupa parte del área del émbolo; el aire actúa sobre la corona, de menor superficie, y con la misma presión genera menos fuerza.

Resultado: (a) F_avance ≈ 1178 N; (b) F_retroceso ≈ 990 N. La fuerza de retroceso es menor porque en esa carrera el área útil es la corona (émbolo menos vástago).

Errores frecuentes

Confundir el cilindro de simple efecto (retorno por muelle, una sola conexión, motriz en un sentido) con el de doble efecto (dos conexiones, motriz en ambos sentidos).
Pensar que la fuerza de retroceso de un cilindro de doble efecto es igual a la de avance: en el retroceso el área útil es la corona (sección del émbolo menos la del vástago), por lo que la fuerza es menor.
Asignar mal el número de vías y posiciones de una válvula, o usar una 3/2 para mandar un cilindro de doble efecto (necesita una 4/2 o 5/2).

Repaso activo

Describe la cadena completa de componentes de un circuito neumático que acciona un cilindro de doble efecto mediante un pulsador, indicando para cada elemento su función: generación y tratamiento del aire, válvula distribuidora, regulación de la velocidad de avance y actuador. Justifica por qué se elige una válvula 5/2 y no una 3/2.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

Simbología normalizada y lectura de esquemas#

StandardBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería · Circuitos neumáticos e hidráulicos: simbología normalizada y esquemas de circuitos neumáticos e hidráulicos.

Los esquemas neumáticos e hidráulicos no se dibujan con la forma física de los componentes, sino con símbolos normalizados que representan su FUNCIÓN. La norma internacional de referencia es la ISO 1219 (heredera de la antigua DIN/ISO 1219), que fija los símbolos gráficos de los elementos de la técnica de fluidos. Trabajar con simbología normalizada permite que cualquier técnico, en cualquier país, interprete un mismo plano sin ambigüedad; por eso la lectura y el dibujo correctos de los símbolos es un objetivo evaluable en sí mismo.

Las válvulas distribuidoras se representan mediante una caja dividida en tantas casillas como POSICIONES tenga la válvula, y en cada casilla se dibuja con flechas y trazos en T el camino del fluido en esa posición (la flecha indica paso; la T, vía cerrada). Las VÍAS (conexiones externas) se dibujan sobre la casilla que representa la posición de reposo. Así, una 3/2 tiene una caja de dos casillas y tres conexiones, y una 5/2 una caja de dos casillas y cinco conexiones (Fig. 4). A los lados de la caja se añaden los símbolos de accionamiento (un rectángulo para pulsador o palanca, un zigzag para el muelle de retorno, un solenoide para electroválvula, un triángulo para pilotaje neumático).

Los actuadores tienen símbolos propios e inmediatos: el cilindro de simple efecto se dibuja como un rectángulo con el émbolo y el vástago y un muelle en la cámara de retorno, con una sola conexión; el de doble efecto, como un rectángulo con dos conexiones, una a cada lado del émbolo, y sin muelle (Fig. 3). El generador de energía también se normaliza: el compresor y la bomba se representan con un círculo con un triángulo que indica el sentido del flujo (triángulo hueco para aire, macizo para líquido), y la fuente de presión, con un círculo o un punto del que parte la línea de alimentación.

Símbolo normalizado de una válvula distribuidora 5/2 (ISO 1219)

Para LEER un esquema conviene seguir un orden fijo: localizar primero la fuente de energía (abajo o a un lado), después la válvula distribuidora que gobierna el actuador, y por último el cilindro o motor; a continuación se identifica el estado de reposo y se imagina el efecto de accionar cada válvula, viendo cómo cambian los caminos del fluido. Las líneas de trabajo (presión) se dibujan con trazo continuo y las líneas de pilotaje o de control con trazo discontinuo; el escape a la atmósfera se marca con un pequeño triángulo. Esta lectura sistemática permite predecir el comportamiento del circuito antes de montarlo o simularlo.

Ejemplo resuelto

Lectura de un esquema de mando de un cilindro de doble efecto

En un esquema neumático aparece un compresor que alimenta una válvula distribuidora 5/2 accionada por pulsador con retorno por muelle, y la salida de la válvula se conecta a las dos cámaras de un cilindro de doble efecto. Describe el funcionamiento del circuito en reposo y al accionar el pulsador.

Identificar la fuente y la posición de reposo
El compresor proporciona el aire a presión a la vía de alimentación (1) de la válvula 5/2. En reposo, el muelle mantiene la válvula en su primera posición: el aire entra por la cámara trasera del cilindro y el émbolo está en posición de partida; la otra cámara comunica con un escape (3 o 5).
Accionar el pulsador
Al pulsar, la válvula conmuta a la segunda posición y cruza los caminos: el aire pasa ahora a la cámara delantera y el cilindro AVANZA; el aire de la cámara trasera se evacua por el escape correspondiente.
Soltar el pulsador
Al soltar, el muelle devuelve la válvula a la posición de reposo y el cilindro RETROCEDE, accionado por el aire de la otra cámara. Por eso una 5/2 (con dos escapes independientes) es la idónea para un cilindro de doble efecto.

Resultado: En reposo el cilindro permanece retraído; al pulsar avanza y al soltar retrocede. La válvula 5/2 gobierna ambas carreras alimentando alternativamente cada cámara y permitiendo el escape de la contraria.

Errores frecuentes

Confundir vías con posiciones al nombrar una válvula: el primer número son las vías (conexiones) y el segundo, las posiciones (casillas del símbolo).
Dibujar las conexiones de la válvula sobre la casilla equivocada: las vías se sitúan sobre la posición de reposo (la que el muelle mantiene activa sin accionamiento).
Olvidar el símbolo del escape (triángulo) o representar el cilindro de doble efecto con un muelle de retorno, propio del de simple efecto.

Repaso activo

Dibuja, con simbología normalizada ISO 1219, una válvula distribuidora 5/2 accionada por pulsador con retorno por muelle. Indica en cada una de sus dos posiciones el camino del fluido (vías de presión, de utilización y de escape) y explica qué tipo de cilindro está pensada para gobernar.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Diseño, montaje, simulación y aplicaciones de circuitos#

StandardBOE-A-2022-5521 · Anexo II · Tecnología e Ingeniería · Circuitos neumáticos e hidráulicos: diseño, montaje real o simulado y verificación de circuitos sencillos; aplicaciones industriales de los sistemas neumáticos e hidráulicos.

Cadena de diseño y verificación de un circuito de potencia fluida

Diseñar un circuito de potencia fluida consiste en traducir un requisito de funcionamiento (qué debe mover, en qué sentido, a qué velocidad y con qué fuerza) a un esquema con los componentes adecuados. El método sistemático parte del actuador: se elige el cilindro o motor que aporta la fuerza necesaria (a partir de F = p·S, fijando la presión de trabajo y despejando el diámetro), después la válvula distribuidora que gobierna ese actuador (3/2 para simple efecto; 4/2 o 5/2 para doble efecto), luego las válvulas de regulación (reguladora de caudal para la velocidad, antirretorno para el sentido, limitadora para la seguridad) y, por último, la fuente de energía (compresor o bomba) y su tratamiento (Fig. 1).

Antes de montar físicamente un circuito, hoy se SIMULA por ordenador con programas específicos como FluidSIM, que dibujan el esquema con simbología normalizada y animan el flujo del fluido y el movimiento de los actuadores, permitiendo verificar la lógica de mando, detectar errores y medir presiones y caudales sin gasto de material ni riesgo. La simulación es una etapa de verificación: comprobar que el cilindro avanza y retrocede cuando debe, que las velocidades son correctas y que no hay sobrepresiones, antes de pasar al montaje real sobre un panel didáctico con tubos, racores y los componentes reales.

Dos técnicas de control de uso muy frecuente conviene conocerlas. La regulación de la velocidad de un cilindro se consigue con una válvula reguladora de caudal: al estrangular el paso del aire se reduce el caudal y, como la velocidad del émbolo depende del caudal (v = Q/S), el cilindro se mueve más despacio; combinada con un antirretorno se regula solo en una carrera (regulación de escape o de alimentación). El mando indirecto emplea una válvula pequeña (de pilotaje) accionada por el operario que, a su vez, pilota neumáticamente la válvula de potencia que mueve el cilindro, lo que permite gobernar grandes caudales con un esfuerzo mínimo y situar los mandos lejos del actuador.

Las aplicaciones industriales marcan la frontera entre ambas tecnologías. La neumática domina allí donde se necesitan movimientos rápidos, repetitivos, limpios y de fuerza moderada: automatización de líneas de montaje, alimentación y sujeción de piezas, apertura de puertas, herramientas (atornilladores, taladros neumáticos), envasado y robótica ligera. La hidráulica se impone donde hacen falta fuerzas muy grandes y un control preciso de la posición: prensas, elevadores y plataformas, dirección y frenos de vehículos, maquinaria de obra pública (excavadoras, grúas), timones de barcos y trenes de aterrizaje de aviones. La elección entre una y otra se justifica comparando fuerza requerida, velocidad, precisión, limpieza y coste.

F = p\cdot S \;\Rightarrow\; D = \sqrt{\dfrac{4F}{\pi\,p}}

Dimensionado del cilindro

Fijada la presion de trabajo p y la fuerza requerida F, se despeja el diametro D necesario del embolo.

v = \dfrac{Q}{S}

Velocidad del émbolo

La velocidad del cilindro depende del caudal que recibe; una reguladora de caudal, al reducir Q, lo hace mas lento.

Neumática frente a hidráulica: ámbitos de aplicación

Ejemplo resuelto

Dimensionado de un cilindro para una fuerza dada

Se necesita un cilindro neumático que ejerza una fuerza de avance de al menos 1500 N trabajando con aire a una presión relativa de 6 bar. Calcula el diámetro mínimo del émbolo y comprueba que un cilindro normalizado de 60 mm de diámetro es suficiente.

Planteamiento
La fuerza de avance es F = p·S con S = π·D²/4. Despejamos el diámetro mínimo: D = √(4F/(π·p)). Pasamos la presión a pascal: p = 6 bar = 6·10⁵ Pa.
Sustituir valores
D = √(4·1500 / (π·6·10⁵)) = √(6000 / 1,885·10⁶) = √(3,183·10⁻³).
Diámetro mínimo
D = 0,0564 m = 56,4 mm. Es el diámetro mínimo teórico para alcanzar justo 1500 N a 6 bar.
Comprobar el cilindro de 60 mm
Un cilindro normalizado de D = 60 mm = 0,060 m da S = π·(0,060)²/4 = 2,827·10⁻³ m² y F = 6·10⁵ · 2,827·10⁻³ ≈ 1696 N > 1500 N: cumple con margen.

Resultado: El diámetro mínimo teórico es de 56,4 mm; un cilindro normalizado de 60 mm de diámetro proporciona unos 1696 N a 6 bar, superando los 1500 N exigidos, por lo que es válido.

Errores frecuentes

Diseñar el circuito «de la fuente al actuador» en lugar de partir del actuador: el método correcto fija primero el cilindro y la fuerza, y luego las válvulas y la fuente.
Olvidar la válvula limitadora o de seguridad en un circuito hidráulico, imprescindible porque el aceite es incompresible y la bomba podría generar sobrepresiones peligrosas.
Elegir neumática para una aplicación de gran fuerza y precisión de posición (donde corresponde la hidráulica) o hidráulica para movimientos rápidos y limpios de poca fuerza (donde corresponde la neumática).

Repaso activo

Se desea diseñar un circuito neumático que haga avanzar un cilindro de doble efecto al pulsar un botón, con la velocidad de avance regulable, y que lo haga retroceder al soltarlo. Indica los componentes necesarios (en orden de diseño, partiendo del actuador), su función, el tipo de válvula distribuidora elegido y dónde colocarías la regulación de velocidad. Razona después si esta aplicación se resolvería mejor con hidráulica o con neumática.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

Referencias y fuentes

Fuentes

Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)

Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II)

Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob

Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos

Circuitos neumáticos e hidráulicos

Puntos clave

Multiplicación de fuerza en una prensa hidráulica

Puntos clave

Fuerza de avance y de retroceso de un cilindro de doble efecto

Puntos clave

Lectura de un esquema de mando de un cilindro de doble efecto

Puntos clave

Dimensionado de un cilindro para una fuerza dada

Fuentes

Circuitos neumáticos e hidráulicos

Puntos clave

Multiplicación de fuerza en una prensa hidráulica

Puntos clave

Fuerza de avance y de retroceso de un cilindro de doble efecto

Puntos clave

Lectura de un esquema de mando de un cilindro de doble efecto

Puntos clave

Dimensionado de un cilindro para una fuerza dada

Fuentes