Tecnología 4 - Unidad de muestra (ESO)

TECNOLOGÍA 4X. Àgueda, R. Alujas, J. Mazón, M. Prats

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ÍA 4

Tecnologies 4 CAST cs5.5.indd 1 21/03/12 16:41

1. Introducción a la neumática

2. Introducción a la hidráulica

3. Las características de los fluidos

4. Los circuitos neumático e hidráulico

5. El grupo compresor del circuito neumático

6. Los elementos de regulación y control de los circuitos neumático e hidráulico

7. Los actuadores de los circuitos neumático e hidráulico

8. Aplicaciones de los circuitos neumático e hidráulico

5CompeteNCias básiCas

Comunicativa, lingüística y audiovisualValoración de la importancia del dibujo técnico en la transmisiónde datos e ideas.Interpretación de la simbología normalizada en los circuitosneumáticos e hidráulicos.Utilización de la representación gráfica para la descripción técnicade circuitos neumáticos e hidráulicos.Interpretación correcta de los textos descriptivos e instructivos.

Artística y culturalValoración del dibujo como lenguaje comunicativo respecto a lasrepresentaciones gráficas de los circuitos neumáticos e hidráulicos.

Conocimiento e interacción con el mundo físicoUtilización de los materiales y herramientas de representacióngráfica y de las herramientas del taller y de casa.

MatemáticaCálculo de magnitudes relacionadas con la mecánica de fluidos.

Autonomía e iniciativa personalValoración crítica de las ventajas del uso de maquinaria concircuitos neumáticos e hidráulicos.

Neumática e hidráulica

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99

Herón de Alejandría desarrolló una serie de artilugios neumáticos

e hidráulicos diseñados para entretener a los comensales de un

simposio o impresionar a los fieles en una ceremonia religiosa.

En la imagen se puede observar el sistema de apertura y cierre

de puertas de un templo una vez se encendía fuego en el altar.

¿Quién era y en qué época vivió Herón de Alejandría?¿Podrías explicar el funcionamiento de este ingeniososistema?

La utilidad del aire comprimido es bien conocida desde la

antigüedad, pero no fue hasta el año 1950 cuando se empezó a

utilizar en el control de procesos industriales. Actualmente

existen numerosas aplicaciones que emplean el aire

comprimido como fuente de energía, como, por ejemplo, la

excavadora neumática de la imagen.

¿Qué elemento neumático se observa en la imagen?Propón otros ejemplos donde se utilice el aire comprimidocomo fuente de energía.

Joseph Bramah construyó la primera prensa hidráulica en el año

1770. Consistía en dos cilindros de diferente sección que se

comunicaban a través de una tubería. Su interior estaba

completamente lleno de un líquido que podía ser agua o aceite.

La prensa hidráulica es una aplicación directa de unconocido principio. ¿Cuál es este principio? Haz una breveexplicación de este.

Este fragmento del documental Diamond diggers se centra en la

mina de Ekati, en Canadá, situada 200 km al sur del círculo

polar ártico, donde se utilizan supermáquinas para trabajar en la

tundra. Estas enormes máquinas manipulan más de cinco

millones de quilates de diamantes al año.

¿Qué tres tipos de máquinas cooperan entre sí para extraerlas riquezas del subsuelo en la mina de diamantes de Ekati?¿Qué sistema incorpora la pala en una de estassupermáquinas?

5. Neumática e hidráulica


1. introducción a la neumática

El aire comprimido es una forma de energía que el ser humano descubrió en la

antigüedad. El griego Ctesibio de Alejandría, que vivió en el siglo III a. de C., es-

cribió el primer tratado sobre aire comprimido y por este motivo se le considera

el padre de la neumática. Su discípulo, Herón de Alejandría, redactó un trabajo

relacionado con las aplicaciones del aire comprimido y del vacío que no pudo ser

desarrollado por la falta de recursos.

El progreso de las aplicaciones neumáticas se detuvo durante un largo período

de tiempo. Los descubrimientos de científicos como Galileo Galilei, Robert Boyle

y de otros contemporáneos suyos en los siglos xVI y xVII hicieron posible que se

retomara el progreso de la neumática.

En el siglo xIx se empezó a utilizar el del aire comprimido en las obras públicas

con la presencia de herramientas como el martillo neumático o máquinas como

la primera perforadora de aire comprimido, que se utilizó para la construcción del

túnel de Mont Cenis en el año 1857.

Por tanto, se observa que las características básicas de la neumática forman

parte de los conocimientos tecnológicos más antiguos del mundo occidental.

Sin embargo, no es hasta aproximadamente el año 1950 cuando la neumática

se aplica a la industria para automatizar los procesos de producción.

Se entiende por neumática el conjunto de técnicas basadas en la utilización

del aire comprimido como fluido transmisor de energía para el acciona-

miento de máquinas y mecanismos.

Algunas ventajas e inconvenientes de la utilización del aire comprimido en las

aplicaciones industriales son los siguientes:

100


En el año 1857, el ingeniero francés Germain

Sommeiller inventó una perforadora de aire com-

primido que conseguía una velocidad de avance

de 2 m diarios, frente a los 60 cm que se obtenían

con los medios tradicionales.

Ventajas Inconvenientes

• El aire comprimido se obtiene fácilmente a partir del aire atmosférico. El

aire atmosférico es de fácil captación y se encuentra en abundancia.

• El aire comprimido se almacena con facilidad en depósitos. El aire

almacenado se puede usar cuando sea necesario.

• El aire comprimido es un fluido limpio y los sistemas que lo utilizan lo

mantienen limpio.

• Los sistemas neumáticos están indicados para trabajar en ambientes

húmedos.

• Los sistemas neumáticos no emiten chispas; por tanto, no comportan

peligro de incendio o deflagración y están indicados para trabajar en

ambientes en los que el uso de la electricidad representa un peligro.

• El aire comprimido necesita un pretratamiento, que implica la limpieza

de impurezas, la eliminación de humedad, etc., para evitar la corrosión

en los equipos y de esta forma poder realizar el trabajo propuesto.

• A causa de las propiedades físicas del aire comprimido, no se pueden

obtener bajas velocidades.

• La descarga del aire comprimido a la atmósfera produce un alto nivel

de ruido.

• Se requieren instalaciones especiales para recuperar el aire

previamente utilizado.


101


actividades

¿Qué significa y de dónde proviene el prefijo neuma-?

¿Qué fluido transmisor de energía utiliza la neumá-tica?

1n n

2n

¿Por qué crees que se emplean sistemas neumáti-cos en las industrias alimentaria y farmacéutica?

3n

La neumática se encuentra presente en distintas aplicaciones de nuestro en-

torno, como:

Aplicaciones móviles. El aire comprimido proporciona la energía necesaria

para poder transportar, levantar, excavar, perforar, manipular materiales, impul-

sar, etc. Con estas aplicaciones, el aire comprimido está presente en los siste-

mas de apertura y cierre de puertas, en las atracciones de parques temáticos...

Además, se pueden encontrar aplicaciones neumáticas en los siguientes ve-

hículos: tractores, grúas, camiones de basura, vehículos para la construcción y

mantenimiento de carreteras, etc.

Aplicaciones industriales. El aire comprimido se utiliza para controlar, impulsar,

posicionar, manipular y mecanizar elementos o materiales en los procesos de fa-

bricación automatizados. Con estas aplicaciones, el aire comprimido está presente

en la maquinaria para las industrias plástica, alimentaria, papelera, farmacéutica,

etc.; en el equipamiento para la robótica y manipulación automatizadas...

Otras aplicaciones. Se pueden encontrar sistemas que utilizan el aire compri-

mido en herramientas como el martillo y el taladro neumáticos, grapadoras, pis-

tolas, etc.

Sistema de apertura de puertas y plataforma. Atracción de feria. Grúa móvil.

Planta de embotellamiento. Planta de envasado al vacío. Cadena de montaje de automóviles.



2. introducción a la hidráulica

Desde la antigüedad el hombre ha aprovechado el agua para regar o transpor-

tar materiales, pero una de las primeras sociedades de que se tiene constancia

que intentó controlar la energía del flujo de agua fue la griega hacia el siglo III

a. de C. El matemático y físico Arquímedes fue quien contribuyó en mayor me-

dida a los fundamentos de la hidráulica, ya que descubrió el primer principio de

la hidrostática: la flotabilidad. En el año 30 a. de C., el Imperio romano conquistó

Grecia y aprovechó sus conocimientos para mejorar ciertos inventos griegos,

como, por ejemplo, la rueda hidráulica y los acueductos.

Después de una larga parada en el desarrollo de las aplicaciones hidráulicas, en

la Edad Media se mejoraron las prestaciones de los molinos de agua.

Alrededor del siglo xVII, el matemático francés Blaise Pascal redactó el Tratado

sobre el equilibrio de los líquidos. Por primera vez en la historia de la ciencia se

hacía una descripción completa de la hidrostática. El inglés Joseph Bramah llevó

a la práctica el principio de Pascal en el año 1770 con la invención de la primera

prensa hidráulica.

Hasta mediados del siglo xIx, la energía hidráulica se obtenía del aprovecha-

miento de la energía del agua en movimiento. Pero esto cambió con el descu-

brimiento del petróleo en 1859. El uso del aceite mineral como fluido hidráulico

convirtió la prensa hidráulica en una herramienta esencial en las fábricas, es-

pecialmente en la industria del automóvil con los inventos de los frenos y la sus-

pensión hidráulicos. A partir de la segunda mitad del xx, la hidráulica se introduce

en los procesos de automatización de la industria.

Se entiende por hidráulica el conjunto de técnicas basadas en la utilización

de líquidos bajo el efecto de la presión por el accionamiento de máquinas y

mecanismos.

Algunas de las ventajas e inconvenientes de la utilización de los sistemas hi-

dráulicos son los siguientes:

Los relojes de agua de la antigüedad, las clepsi-

dras, eran recipientes de barro que se vaciaban

por un pequeño orificio en un tiempo calculado. En

el siglo III a. de C., Ctesibio de Alejandría ideó la

primera clepsidra hidráulica, que se reproduce en

esta ilustración.

102

Ventajas Inconvenientes

• La fuerza y la velocidad se pueden regular de forma precisa.

• El fluido utilizado en el sistema (aceite, por ejemplo) se puede

recuperar fácilmente.

• El fluido se adapta a las tuberías y transmite la fuerza como si fuera

una barra de acero.

• El aceite, además de actuar como fluido transmisor de energía, actúa

como autolubrificante, lo cual alarga la vida útil de los elementos.

• Se pueden transmitir grandes fuerzas empleando pequeños

dispositivos.

• Existe el riesgo de producirse una fuga del fluido a alta presión.

• Se necesita personal cualificado para realizar el mantenimiento del

sistema.

• En el caso de la oleohidráulica se utiliza un fluido contaminante y caro:

el aceite mineral.

• Presentan un coste y una complejidad elevados, ya que necesitan

tuberías de retorno y algunos de los elementos son costosos.

La hidrostática es la parte de la física que

estudia los fluidos en reposo.

En la industria, el fluido que se utiliza gene-

ralmente como transmisor de energía es el

aceite mineral; por eso, esta técnica se

llama oleohidráulica.


103


actividades

¿Qué significa y de dónde proviene el prefijo hidra-?

¿Qué fluido transmisor de energía utiliza la hi-dráulica?

4n n

5n

¿Por qué se emplean aceites minerales en lugar deagua en los sistemas hidráulicos de la industria?

6n n

La hidráulica, al igual que la neumática, se encuentra presente en muchas apli-

caciones de nuestro entorno, como:

Aplicaciones móviles. Proporciona la energía para sostener y mover cargas

enormes, perforar, etc. Se aplica en los sistemas hidráulicos de las excavado-

ras, perforadoras de túneles...

Aplicaciones industriales. Los sistemas hidráulicos se utilizan para transpor-

tar, posicionar, embutir, estampar, manipular y mecanizar elementos o materia-

les en los procesos de fabricación automatizados. Podemos encontrar ejemplos

de sistemas hidráulicos en la industria de la minería y siderurgia, en plegadoras

y prensas industriales, entre otras.

Otras aplicaciones. Podemos encontrar sistemas hidráulicos en aplicaciones

automotrices, como, por ejemplo, el mecanismo de frenada de los automóvi-

les, en los ascensores y gatos hidráulicos; en aplicaciones relacionadas con la

medicina, por ejemplo, en instrumental quirúrgico y en la mesa de operacio-

nes; en aplicaciones aeroespaciales, como los simuladores de vuelo; en apli-

caciones militares y náuticas, etc.

Mecanismo de frenada. Gato hidráulico. Moldeadora de plástico.

Pala excavadora. Tuneladora. Bomba extractora de petróleo.


104


3. Las características de los fluidos

El aire comprimido que se utiliza en los circuitos neumáticos y el líquido a pre-sión empleado para el funcionamiento de los sistemas hidráulicos son los flui-

dos encargados de transmitir energía. Las magnitudes más importantes en los

sistemas donde intervienen fluidos son:

La presión

La presión es la fuerza que ejerce el fluido por unidad de superficie.

P es la presión resultante [Pa].

donde F es la fuerza ejercida por el fluido [N].

S es la superficie de actuación [m2].

El instrumento que se utiliza para medir la presión es el manómetro. La unidad

de presión en el SI es el pascal y se representa con el símbolo Pa. A veces, se

suelen usar otras unidades para expresar la presión, por ejemplo, el bar (bar),

la atmósfera (atm) o el kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2).

Normalmente, el aire comprimido que se utiliza en los sistemas neumáticos está

sometido a una presión que oscila entre los 4 y 8 bar.

P =F

S

El pascal es una unidad muy pequeña en

relación con las presiones que se utilizan en

la industria. Por esta razón se emplean múl-

tiplos del pascal u otras unidades.

1 kPa = 1 000 Pa

1 MPa = 1 000 000 Pa

1 atm = 101 325 Pa

1 bar = 100 000 Pa

eJempLo: análisis de un circuito neumático

El circuito neumático más sencillo es el compuesto por un único cilindro y el aire comprimido suministrado. Eneste ejemplo se dispone de los datos de presión del aire comprimido y de la sección del cilindro.

Determina la fuerza que ejerce el émbolo del cilindro en el movimiento de avance.

Para determinar la fuerza del émbolo, utilizaremos la expresión que relaciona la presión, la fuerza y la superficie. Estos

datos los expresaremos en las unidades del SI, con el uso de factores de conversión si es necesario.

S = 30 cm2

6 bar 6 bar

P =F

Sg F = P · S

= 600 000 Pa100 000 Pa

1 barP = 6 bar·

S = 30 cm2 ·(1 m)2

(100 cm)20,003 m2

F = 6 · 105 Pa · 3 · 10-3 m2 = 1 800 N


105


actividades

Aplica los factores de conversión adecuados en cadacaso para expresar las siguientes magnitudes en uni-dades del SI.

7n n

¿Crees que los sistemas hidráulicos son sistemascapaces de multiplicar fuerzas? Razona la respuesta.

8n n

El caudal

El caudal es el volumen de fluido que circula por un punto de la tubería en una

unidad de tiempo.

C es el caudal [m3/s].

donde V es el volumen de fluido [m3].

t es el tiempo de actuación [s].

El instrumento que se utiliza para medir el caudal es el caudalímetro.

La unidad de caudal en el SI es el metro cúbico por segundo (m3/s), pero en oca-

siones se suelen utilizar otras unidades, como el litro por minuto (L/min), el litro por

segundo (L/s), el metro cúbico por minuto (m3/min) o el metro cúbico por hora (m3/h).

eJempLo: análisis de un circuito hidráulico

El circuito hidráulico de la imagen es conocido con el nombre de prensa hidráulica y es una aplicación directa del principio

de Pascal, según el cual la presión de un fluido en un circuito cerrado se transmite por igual en todas las direcciones. En

este ejemplo se dispone de los datos de la fuerza aplicada al émbolo pequeño y de las secciones de los dos cilindros.

Determina la fuerza que se producirá en el segundo émbolo.

Para determinar la fuerza producida en el segundo émbolo, utilizaremos la expresión que relaciona la presión, la fuerza y la

sección. El líquido, que es un fluido incompresible, transmitirá la presión al segundo émbolo y se generará una fuerza.

F1

= 500 N

S1= 10 cm2

S2= 100 cm2

P1

=F

1

S1

P2

=F

2

S2

P1

= P2

F1

= 500 · 100

= 5 000 N10

F1

S1

F2

S2

= g F2= F

1 ·

S2

S2

3,8 bar 5 atm 360 L/min 18 m3/h

C =V

t

PP

F1

S1 S2

F2



4. Los circuitos neumático e hidráulico

Un circuito neumático o uno hidráulico es el conjunto de elementos unidos de tal

forma que, mediante aire comprimido o líquido a presión, consigue realizar un

trabajo o accionar máquinas y mecanismos. Los elementos que forman parte

de los circuitos neumáticos e hidráulicos son los grupos compresor y de ac-cionamiento, las tuberías, las válvulas y los cilindros.

El circuito eléctrico tiene varios elementos en común con los circuitos neumático

e hidráulico y que ejercen la misma función. Su comparación ayuda a entender

la función de cada elemento.

106

Comparación entre los elementos de los circuitos eléctrico, neumático e hidráulico

Circuito eléctrico Circuito neumático Circuito hidráulico

Generador: es el dispositivo encargado de

suministrar la energía eléctrica al circuito.

Ejemplo: pila.

Grupo compresor: es el dispositivo encargado

de suministrar el aire comprimido al circuito.

Ejemplo: compresor de aire.

Grupo de accionamiento: es el dispositivo

encargado de suministrar el líquido a presión en el circuito.

Ejemplo: bomba hidráulica.

Conductor: es el elemento que permite el

paso de la corriente eléctrica en el circuito.

Conducto o tubería: es el elemento que canaliza el fluido en el circuito.

Elementos de control: son los dispositivos

encargados de gestionar el paso de la

corriente eléctrica en el circuito. Ejemplos:

interruptor, pulsador, etc.

Elementos de mando, regulación y control: son los elementos encargados de regular y

controlar el fluido en el circuito.

Ejemplos: válvulas distribuidoras, válvulas de control...

Receptores: son los elementos finales

encargados de transformar la energía eléctrica

en otras formas de energía. Ejemplos: lámpara,

timbre...

Actuadores neumáticos e hidráulicos: son los dispositivos encargados de realizar un trabajo o

accionar máquinas y mecanismos.

Ejemplos: cilindros, motores...

En primer plano, operario trabajando con un marti-

llo neumático.

generador bombillas

interruptor

fusible

conductor

grupo compresor

válvula de control

conducto

válvula distribuidora

cilindro grupo de accionamiento

válvula de control

conducto

válvula distribuidora

cilindro


107


Entre los circuitos neumático e hidráulico existen unas diferencias básicas que

determinan su comportamiento y la aplicación.

actividades

Indica cuáles de los elementos de la siguiente listacorresponden al circuito eléctrico y cuáles a los cir-cuitos neumático o hidráulico:

grupo de accionamiento, generador, válvula de con-trol, válvula de distribución, interruptor, compresorde aire, actuador y timbre.

¿Qué quiere decir que los circuitos neumáticos soncircuitos abiertos?

9n

10n

Seguro que alguna vez habrás visto trabajar un marti-llo neumático como el de la fotografía. Justifica cómopuedes averiguar rápidamente que se trata de una má-quina que funciona con aire comprimido.

11n

Circuito eléctrico Circuito neumático/hidráulico

Comparación funcional entre los circuitos neumático e hidráulico

Características Sistema neumático Sistema hidráulico (oleohidráulico)

Fluido

Tipo Aire. Líquido (aceite).

Propiedades Es un fluido que se puede comprimir. Es un fluido que no se puede comprimir.

Fuerza y velocidad

Son sistemas adecuados para trabajar en

escenarios donde se requiera poca fuerza

y gran velocidad.

Son sistemas adecuados para trabajar en es-

cenarios donde se requiera mucha fuerza y

poca velocidad.

Particularidades del entorno

Son sistemas insensibles a las variaciones

de temperatura y que no producen explo-

siones.

Son sistemas sensibles a las variaciones de

temperatura y a la suciedad. Existe la posibili-

dad de peligro de incendio en caso de fuga del

aceite.

ContaminaciónAcústica: el aire que sale a presión del sis-

tema produce un ruido molesto.Ambiental: el aceite es un producto contaminante.

Control de los actuadoresLos cilindros son difícilmente controlables

porque el aire es un fluido compresible.

Los cilindros son fácilmente controlables por-

que el aceite es un fluido incompresible.

Respuesta de accionamiento Rápida. Lenta.

Tipo de circuito Abierto. Cerrado.

Coste

Tienen un coste y una complejidad

reducidos, ya que no necesitan tuberías

de retorno.

Tienen un coste y una complejidad elevados,

ya que necesitan tuberías de retorno y algunos

elementos son caros.



5. el grupo compresor del circuitoneumático

El grupo compresor del circuito neumático está constituido por los conjuntos de

producción y acondicionamiento de aire comprimido.

Conjunto de producción de aire comprimido

La producción de aire comprimido se realiza en una única máquina. En esta má-

quina se integran los tres elementos siguientes: el compresor, el refrigerador y

el acumulador.

Compresor: es el dispositivo encargado de la producción del aire comprimido.

Su función es aspirar aire de la atmósfera, aumentar su presión y confinarlo a

un espacio más reducido del que ocupaba. Está provisto de un filtro para elimi-

nar las impurezas. Los mecanismos de estos dispositivos están accionados por

medio de motores eléctricos o térmicos de combustión interna.

Para la elección del compresor se deben tener en cuenta los parámetros del

caudal de fluido que suministra y de la presión de trabajo. Existen una gran va-

riedad de compresores, pero los más utilizados en los sistemas industriales son

los compresores de pistón o de émbolo, en los que la presión del aire a la sa-

lida del dispositivo suele estar comprendida entre 4 y 8 bar.

Refrigerador: a la salida del compresor el aire tiene una temperatura elevada,

ya que en el proceso de compresión el fluido se ha calentado. El refrigerador es

un intercambiador de calor constituido por un tubo enrollado o doblado en zig-

zag llamado serpentín, en el interior del cual circula el líquido refrigerante.

El contacto del aire comprimido caliente con el líquido refrigerante hace posible

el enfriamiento del aire a una temperatura próxima a los 25 °C (temperatura am-

biente).

Acumulador: es un dispositivo que almacena el aire comprimido para hacer

frente a la demanda en los momentos de máximo consumo. Los acumuladores

mantienen estable la presión del circuito y descargan de trabajo a los motores

que forman parte de los compresores. Además, incorporan una serie de acce-

sorios de protección y control, como, por ejemplo, el manómetro, el termómetro,

la válvula de seguridad o limitadora de presión, etc.

108

actividades

Si la presión del aire de salida del compresor suele estarcomprendida entre 4 y 8 bar, ¿qué ganancia propor-ciona?(Dato: la presión a nivel del mar equivale a 1 atm).

¿Qué función realizan el termómetro, el manómetroy la válvula de seguridad del acumulador de aire com-primido?

12n n

13n n

n

Señala el compresor, el refrigerador y el acumuladoren este equipo compresor de aire.

14n n

Compresor de émbolo.

Acumulador.

Refrigerador.

proceso de escape

proceso de admisión

pistóncamisa

biela

válvula de seguridad aire caliente

agua calienteagua

aire refrigerado agua

condensada

válvula limitadora de presión

válvula limitadora de presión

termómetro

manómetro


Representación esquemática del grupo compresor

Aire atmosférico

Conjunto de producción de aire comprimido Conjunto de acondicionamiento

Filtro previo Compresor Refrigerador Acumulador Filtro Regulador Lubrificador


Conjunto de acondicionamiento del aire comprimido

El aire procedente del conjunto de producción debe recibir una serie de trata-

mientos antes de ser distribuido al circuito neumático. Los tratamientos más ha-

bituales son la filtración, la regulación y la lubrificación, acciones realizadas por

la unidad de mantenimiento.

Filtración: el aire se somete a un proceso de centrifugación para eliminar im-

purezas, como polvo, vapor de agua, etc.

Regulación: asegura una presión constante del aire comprimido a la salida. La

presión se ajusta a un valor seleccionado que queda reflejado en el manómetro.

Lubricación: se añade aceite nebulizado al aire comprimido para engrasar las

partes móviles del circuito neumático. De esta forma disminuye la fricción de

las piezas deslizantes y se evita su oxidación.

Distribución del aire comprimido

El aire comprimido se canaliza desde el grupo compresor hasta los puntos de

consumo por una red de tuberías. Las tuberías suelen ser de acero o cobre y

están diseñadas para soportar altas presiones. La red de distribución se debe

instalar de manera que se forme una pendiente del 2 o 3% en el sentido de cir-

culación del aire comprimido.

109

actividades

¿Por qué crees que a la unidad de mantenimientotambién la llama conjunto FRL? ¿Para qué sirve?

15n n

Averigua por qué la red de distribución de airecomprimido debe tener una pequeña pendiente.

16

LubrificadorReguladorFiltro

Unidad de mantenimiento.



6. Los elementos de regulación y controlde los circuitos neumático e hidráulico

En los circuitos neumático e hidráulico es necesario regular el paso, la direc-

ción, el sentido y la presión del fluido. Todas estas funciones de regulación y

control las efectúan unos elementos llamados válvulas. En función de las ac-

ciones que realizan, se clasifican en:

Válvulas distribuidoras o de control direccional

Son los elementos encargados de controlar el paso y el sentido del fluido por los

distintos componentes del circuito. Este tipo de válvulas se identifican por dos

cifras que quedan determinadas por los parámetros siguientes: el número deorificios o vías de que dispone la válvula para hacer circular el fluido y el nú-mero de posiciones de trabajo de la válvula. Así, una válvula distribuidora 4/2

es una válvula de 4 vías y 2 posiciones de trabajo o conmutación.

La numeración siempre empieza por la entrada de fluido comprimido (1). Los

números pares corresponden a salidas de trabajo (2, 4, 6…) y los números im-

pares siempre corresponden a salidas de escape de aire (3, 5, 7…).

En la posición de reposo, las vías se numeran de acuerdo con su función. Si el

orificio de entrada del fluido (1) está bloqueado, la válvula recibe el nombre de

normalmente cerrada (NC). En cambio, si el orificio 1 está abierto, la válvula se

conoce como normalmente abierta (NA).

Tipo de accionamiento. Indica el modo de accionamiento y de retorno de la

válvula. Existen múltiples accionamientos para controlar una válvula, como, por

ejemplo, el pulsador, el pedal, el rodillo, etc.

110

Válvula 3/2

Válvula 4/2

Válvula 5/2

con pedalcon pulsador con rodillo por presión con cebador

Válvula 2/21

2

1

2

3

1

2

3

4

31

24

5

eJempLo: análisis de una válvula distribuidora 3/2 NC

Número de vías: 3.

Número de posiciones de trabajo: 2.

Tipo de accionamiento: controlada por pulsador y retorno por muelle.

Estado de reposo: normalmente cerrada (el fluido a presión tiene la entrada bloqueada).

1 3

2



Válvulas de control, regulación y bloqueo

Son los elementos encargados de gestionar el caudal, la presión y la velocidad

de los componentes del circuito. También gestionan la salida del fluido en fun-

ción de las condiciones de entrada.

• Válvulas unidireccionales. Permiten el flujo del fluido en un único sentido y

evitan su paso en sentido contrario. Se conocen con el nombre de válvulas an-tirretorno.

• Válvulas reguladoras de caudal. Permiten regular la velocidad de los actua-

dores (normalmente, cilindros). La velocidad se gestiona mediante la regulación

del caudal de alimentación (se estrangula el paso del fluido).

• Válvulas selectoras de circuito. Permiten el paso del fluido hacia la salida

siempre que haya señal en alguna de las dos entradas. Cumplen la función ló-

gica OR de dos entradas. Este tipo de válvula es adecuada para hacer fun-

cionar una máquina desde dos puntos distintos.

• Válvulas de simultaneidad. Permiten el paso del fluido hacia la salida siem-

pre que haya señal en las dos entradas simultáneamente. Cumplen la función

lógica AND de dos entradas. Este tipo de válvula es adecuada como sistema

de seguridad, para asegurar que las dos manos del trabajador están ocupadas

accionándola y, por tanto, lejos de otros peligros.

111

actividades

¿Cómo se pueden clasificar las válvulas según sufunción? Haz un breve resumen.

Dibuja el esquema de una válvula 2/2 NA. ¿Qué signi-fican las siglas NA?

¿Qué función lógica realizan las válvulas selectorasde circuito y las válvulas selectoras de simultaneidad?

Escribe las características más importantes de lasválvulas que observas en el circuito de la derecha.

17n

18n

19n n

20n n

Válvulas de control, regulación y bloqueo

Unidireccional Reguladora de caudal Selectora de circuito De simultaneidad

Antirretorno Bidireccional Unidireccional Función OR Función AND

no circula fluido regula el caudal

Válvula reguladora de caudal.

Válvula selectora de circuito.

Tornillo de regulación

P1 P2

P1 P2

S



7. Los actuadores de los circuitosneumático e hidráulico

En los circuitos neumático e hidráulico, los actuadores son los elementos finales en-

cargados de transformar la energía del aire comprimido o del líquido a presión en

energía mecánica, que se utiliza para el accionamiento de máquinas y mecanismos.

En función del tipo de movimiento que realizan, los actuadores se pueden cla-

sificar en cilindros, motores y actuadores de giro.

Los cilindros

Son unos elementos que están constituidos por un tubo de sección circular cerrado

por sus extremos. En el interior del tubo se desliza un émbolo (pistón) solidario con

una varilla, que separa el cilindro en dos cámaras. La entrada y la salida del aire

comprimido o el líquido a presión se canalizan a través de una o dos aberturas.

Los cilindros se clasifican según el modo de funcionamiento en:

Cilindros de simple efecto: estos actuadores disponen de una sola abertura

para la entrada y la salida del fluido a presión; por tanto, solo efectúan trabajo

en el sentido de avance. El retorno se consigue por medio de un muelle o de una

fuerza externa. Se utilizan para sujetar, expulsar, apretar o levantar piezas y en

los sistemas de freno de los autobuses, trenes, etc.

112

Bomba de aire del siglo xVIII. Funciona haciendo

girar la manivela. Mientras uno de los cilindros ex-

trae el aire del recipiente colocado en la bandeja,

el otro lo expulsa. Después se produce el movi-

miento contrario.

cilindro de simple efecto

cilindro de doble efecto

Cilindros de doble efecto: estos actuadores disponen de dos aberturas para

la entrada y la salida del fluido a presión; por tanto, realizan trabajo tanto en el

sentido de avance como en el de retroceso. Se utilizan para sujetar, expulsar,

apretar o levantar piezas y en los sistemas de apertura y cierre de puertas de

los autobuses, trenes...

orificio de entrada

orificio de escape pistón

muelle

orificio de entrada

pistón

orificio de salida



Accionamiento de cilindros

Los cilindros de los circuitos neumático e hidráulico se accionan mediante vál-

vulas distribuidoras. A continuación se exponen algunos ejemplos.

Accionamiento directo de cilindros de simple efecto: los cilindros de simple efecto

se accionan mediante válvulas distribuidoras 3/2. En el estado de reposo, la abertura

de entrada del fluido a presión permanece cerrada (1). Al accionar el pulsador, la vál-

vula conmuta su estado y el fluido a presión se canaliza a través de la válvula (1-2).

El fluido entra en la cámara del cilindro, donde empuja el émbolo en el sentido de

avance. La válvula retorna al estado de reposo mediante el muelle y este vuelve a

conmutar su estado. En el retorno del cilindro por acción del muelle, el fluido aban-

dona la cámara (2) y se canaliza al exterior de la válvula (3).

Accionamiento directo de cilindros de doble efecto: los cilindros de doble efecto

se accionan mediante válvulas distribuidoras 4/2 o 5/2. Al accionar el pulsador, la

válvula conmuta su estado y el fluido a presión se canaliza a través de la válvula

(1-4). El fluido entra en la cámara izquierda del cilindro, donde empuja el émbolo

en el sentido de avance. La válvula retorna al estado de reposo mediante el mue-

lle y este vuelve a conmutar el estado. En este momento, el fluido a presión se ca-

naliza a través de la válvula (1-2) y entra en la cámara derecha del cilindro, donde

empuja el émbolo en el movimiento de retroceso. El fluido existente en la cámara

izquierda abandona el cilindro en dirección a la válvula (4-3).

113

actividades

Dibuja un cilindro de doble efecto y señala en estetodos los elementos importantes.

En los cilindros de doble efecto, ¿dónde crees que serealiza más fuerza, en el movimiento de avance o enel de retroceso?

21n

22n n

n

Dibuja el esquema de accionamiento directo del ci-lindro de doble efecto por medio de una válvula 5/2.Explica su funcionamiento.

23n n

1 3

2

1 3

2

1 3

24

1 3

24

Estado de reposo. Estado de trabajo.

Estado de reposo. Estado de trabajo.

Algunas de las aplicaciones donde solo inter-

viene un único cilindro de simple o doble

efecto son: prensar una pieza, cortar un ma-

terial, levantar un peso, abrir una puerta, etc.


114


8. aplicaciones de los circuitosneumático e hidráulico

Accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto

En ciertas ocasiones no existe la posibilidad de controlar un cilindro directa-

mente, ya que las válvulas de accionamiento no se pueden colocar cerca de

este. La solución es situar otra válvula que se encargue de recibir la información

del resto.

Accionamiento desde distintos puntos

En momentos puntuales se hace necesario poder accionar un cilindro desde distin-

tos puntos. Por ejemplo, en el sistema de apertura de puertas de un autobús, el chó-

fer es el encargado de accionar el sistema de apertura desde su asiento. Normalmente

existe la posibilidad de accionar la apertura por medio de un sistema de emergencia.

En este caso, el control del cilindro desde dos puntos es de gran utilidad.

eJempLo: estampadora

Elemento de trabajo: cilindro de simple efecto (1.0).

Órgano de gobierno: válvula distribuidora 3/2 con accionamiento

por presión y retorno por muelle (1.1).

Captador de información: válvula distribuidora 3/2 con

accionamiento por pulsador y retorno por muelle (1.2).

El operario presiona el pulsador de la válvula 1.2. El fluido a presión se canaliza a

través de esta válvula y acciona la válvula 1.1, que al recibir la información

conmuta su estado y conduce el fluido a presión hacia la cámara del cilindro 1.0.

En este momento, la presión del fluido empuja el émbolo en el movimiento de

avance y la estampadora realiza su tarea.

1.0

1.1

1.2

eJempLo: sistema de apertura de puertas

Elemento de trabajo: cilindro de simple efecto (1.0).

Órgano de gobierno: válvula selectora de circuito (1.1).

Captador de información: válvula distribuidora 3/2 con accionamiento

por pulsador y retorno por muelle (1.2) y válvula distribuidora 3/2 con

accionamiento por pedal y retorno por muelle (1.3).

El chófer del autobús presiona el pedal de la válvula 1.3. El fluido a presión se

canaliza a través de esta válvula y acciona la válvula selectora de circuito 1.1,

que conduce el fluido a presión hasta la cámara izquierda del cilindro 1.0. En

este momento, la presión del fluido empuja el émbolo en el movimiento de

avance y las puertas del autobús se abren. En caso de emergencia se puede

accionar el pulsador de la válvula 1.2. El proceso de apertura sigue las mismas

pautas que en el caso de accionamiento por pedal.

1.0

1.1

1.31.2


115


Aplicación completa

Las aplicaciones más complejas son las que están constituidas por válvulas cap-

tadoras de información, por cilindros de simple o doble efecto, por válvulas que

se encargan de gobernar el sistema y por válvulas que regulan algún paráme-

tro, como, por ejemplo, el caudal o la presión.

actividades

Realiza el esquema del accionamiento indirecto deun cilindro de doble efecto. Recuerda que en esta si-tuación el cilindro realiza trabajo tanto en el movi-miento de avance como en el de retroceso.

Dibuja el esquema de un sistema de accionamientodesde cuatro puntos distintos. ¿Cuántas válvulas se-lectoras has utilizado?

En el ejemplo de aplicación completa del texto, ¿quéfunción realiza la válvula con accionamiento por ro-dillo? ¿Qué pasaría si esta válvula se suprimiera delesquema?

24n

25n

26n n

Explica el funcionamiento del esquema de la figurade debajo. Dibuja otro esquema similar que realice lamisma función utilizando una válvula de simulta-neidad.

27n n

eJempLo: pasaje del terror

Elemento de trabajo: cilindro de doble efecto 1.0.

Órgano de regulación: válvula reguladora de caudal

(1.01).

Órgano de gobierno: válvula distribuidora 5/2 con

accionamiento por presión (1.1).

Captador de información: válvula distribuidora 3/2 con

accionamiento por pedal y retorno por muelle (1.2) y

válvula distribuidora 3/2 con accionamiento por rodillo y

retorno por muelle.

El usuario sube a una vagoneta del pasaje del terror. Al pasar por cierto punto del circuito, las ruedas del tren presionan el pedal de la válvula

1.2. El fluido a presión se canaliza a través de esta válvula y acciona la válvula 1.1, que, al recibir la información, conmuta su estado y conduce

el fluido a presión hacia la cámara izquierda del cilindro 1.0. En este momento, la presión del fluido empuja el émbolo en el movimiento de

avance y provoca la salida de Freddy Krueger.

Al final del movimiento de avance, la varilla del cilindro 1.0 acciona la válvula 1.3. El fluido a presión se canaliza a través de esta válvula y

controla la válvula 1.1, que, al recibir la información, vuelve a conmutar su estado y conduce el fluido a presión hacia la cámara derecha del

cilindro 1.0. En este momento, la presión del fluido empuja el émbolo en el movimiento de retroceso y provoca la salida del fluido existente de la

cámara izquierda, que abandona el cilindro 1.0 en dirección a la válvula 1.1. En su recorrido, el fluido pasa por una válvula reguladora de

caudal 1.01, que provoca la desaparición de Freddy Krueger de forma progresiva.

1.0

1.1

1.2

1.3

1.01


actividades

El uso del aire comprimido como fuente de energía¿es una técnica de uso reciente? ¿En qué siglo seutilizó el aire comprimido para automatizar losprocesos de producción?

¿Qué se entiende por neumática?

Escribe dos ventajas y dos inconvenientes del usodel aire comprimido en las aplicaciones industriales.

Enumera unas cuantas aplicaciones (industriales yno industriales) donde se utilice la neumática.

¿Qué sociedad fue pionera en intentar controlar laenergía del flujo de agua?

¿Qué matemático francés da nombre al principioque rige la prensa hidráulica?

¿Qué se entiende por hidráulica?

Escribe dos ventajas y dos inconvenientes del usodel fluido a presión en las aplicaciones industriales.

Enumera unas cuantas aplicaciones (industriales yno industriales) donde se utilice la hidráulica.

¿Qué dos magnitudes caracterizan los sistemasdonde intervienen los fluidos? Defínelas e indicaen estas las unidades de medida.

¿Para qué sirven el manómetro y el caudalímetro?

La fuerza ejercida por el émbolo de un cilindro de simple efecto en el movimiento de avance es de2 000 N. Determina a cuántos bares de presión estásometido el fluido si se sabe que la superficie delémbolo es de 40 cm2.

¿Qué cuatro elementos forman parte de un sistemahidráulico? Haz un breve resumen de cada uno.

¿Qué funciones realiza el grupo compresor de uncircuito neumático?

28n

29n

30n

31n n

32n

34n

35n

36n n

37n

38n

39n n

33n

40n

41n n

Calcula la fuerza que se debe ejercer en el cilindro delémbolo pequeño para elevar un coche de 6 500 N.

S1 = 40 cm2 S2 = 200 cm

2

¿Qué conjunto está representado en el esquema dela figura? Haz un breve resumen de los cuatro ele-mentos representados.

Los compresores más utilizados en la industria son loscompresores de émbolo. Explica su funcionamiento.

¿Qué función realizan las válvulas? Dibuja el es-quema de una válvula distribuidora 3/2 NC con ac-cionamiento por pedal y retorno por muelle y el deuna válvula de simultaneidad.

¿Cómo se llaman los elementos encargados detransformar la energía contenida en el fluido en nergía mecánica?

43n n

45n

46n

44n n

42n n

116


F = 2 000 N y S = 40 cm2

PP

F1

S1 S2

F2


Imagínate que estás trabajando en una empresa ytu jefe te encarga el diseño de un sistema de aper-tura y cierre de una barrera levadiza de un garaje.En la reunión con los propietarios del garaje, te muestran un croquis del proyecto y te explican elmodo de funcionamiento de la barrera levadiza.

Al llegar al estacionamiento, el automóvil frenará yse situará cerca de la barrera. Esta barrera se elevaráde manera progresiva cuando el coche pise un pedalsituado en el suelo y, además, el usuario del coche pre-sione el pulsador ubicado en el exterior de la garita.La barrera volverá a su posición inicial horizontal unavez esta haya llegado a su punto más alto, donde habráun dispositivo que captará esta información. Si enalgún momento la barrera se estropea, existe la posi-bilidad de retornarla a su posición mediante un pul-sador de seguridad ubicado en el interior de la garitadel vigilante. En ambas situaciones, la barrera retor-nará a su posición horizontal de forma progresiva.Para realizar el esquema neumático del sistema, con-testa las siguientes preguntas, que te servirán de guía.

47 a) ¿Qué cilindro utilizarás, de simple efecto o de dobleefecto? ¿Por qué?

b) ¿El accionamiento será directo o indirecto? ¿Por qué?¿Qué válvula distribuidora utilizarás para gobernarel cilindro anterior?

Utiliza válvulas 3/2 para accionar la válvula que go-bierne el circuito neumático.

c) ¿Cuántas válvulas 3/2 necesitas para realizar el mo-vimiento de apertura de la barrera? ¿Qué acciona-miento utilizarás para cada una de las válvulas? ¿Quéválvula de control emplearás para gestionarlas?

d) ¿Cuántas válvulas 3/2 pueden realizar el movimientode cierre de la barrera? ¿Qué accionamiento utiliza-rás para cada una de las válvulas? ¿Qué válvula decontrol usarás para gestionarlas?

e) ¿Qué válvula de control utilizarás para gestionar lavelocidad del cilindro en el movimiento de apertura ycierre de la barrera?

f) Con esta información ya puedes dibujar el esquemaneumático.


construye tus competencias

117

pedal de detección del vehículo

pulsador exterior para activar la barrera

pulsador de seguridad situado en el interior

de la garita

sensor dispositivo que capta la situación de la barrera

plano de la instalación

l e la garitade la garita o en el interior situado en el interior o pulsador de seguridad


118


La fuente de Herón es un dispositivo neumático inventadopor el famoso matemático y científico de Alejandría, en elque la presión del aire produce y mantiene un chorro de aguavertical. Físicamente se basa en el principio de Pascal, segúnel cual cualquier presión ejercida sobre un fluido cerrado y enreposo se transmite en todas las direcciones sin pérdidas.

Materiales y herramientas• Tres botellas de agua mineral de 330 ml.• Cuatro pajitas, dos del mismo color.• Pegamento impermeable.• Unas gotas de tinte de la ropa, tinta de bolígrafo o colo-rante alimentario.

• Taladro y broca de 8 ø mm.• Tijeras.• Pieza de madera de cualquier medida (para apoyar el ta-ladro).

Procedimiento1. Corta en dos mitades una de las botellas.

2. Realiza dos agujeros iguales y a la misma distancia encada uno de los tres tapones con el taladro. Puedes uti-lizar el primer tapón agujereado como modelo para losotros. Usa la madera para apoyar los tapones.

3. Haz dos agujeros iguales y a la misma distancia en elextremo inferior de una de las dos botellas. Utilizauno de los tapones agujereados como modelo.

4. Encaja las dos pajitas del mismo color.

5. Monta las pajitas siguiendo el esquema que te propo-nemos.

6. Llena de agua hasta la mitad las botellas 2 y 3.

7. Pega con pegamento todo el montaje procurando queno queden poros.

8. Añade el tinte o colorante en un recipiente con agua yvierte esta agua lentamente en el extremo inferior dela botella 1.

ResultadoCumpliendo el principio de Pascal, cuando vertemos aguaen el extremo inferior de la botella 1, esta baja hacia la bo-tella 2. La presión ejercida en el agua de la botella 2 setransmite al aire de la misma, y de esta al aire y, después,al agua de la botella 3 provocando el flujo de agua verticalhacia el extremo inferior de la botella 1.

Más ideas En lugar de pajitas puedes utilizar tres fragmentos de tuboflexible de los que se usan en los acuarios, dos iguales y unodel doble de la medida de los otros. Si se emplean estos frag-mentos de tubo, no es necesario que las tres botellas esténconectadas en vertical, lo pueden estar de forma lateral.

La fuente de Herón

aCtiViDaDes pRáCtiCas

botella 1

botella 2

botella 3

una pajita

una pajita

dos pajitasencajadas


119


Una bomba es un aparato que sirve para extraer, elevar oimpulsar fluidos, tanto si son líquidos como gases, de unlugar a otro. Las bombas industriales tienen un motoreléctrico de combustión que realiza el trabajo. Ahora bien,también son bombas las de mano o de pie para hinchar lasruedas de las bicicletas, las peras de goma de loslaboratorios que se utilizan para succionar líquidos derecipientes, etc. En esta actividad práctica, te proponemosque fabriques una bomba casera para extraer líquido deun recipiente con materiales y aparatos sencillos.

Materiales• Una jeringa de 6 ml.• Una jeringa de 2,5 ml.• 2 bolas metálicas (deben caber en la jeringa pequeña).• Pegamento instantáneo.• Tijeras.• Recipiente con agua.

Procedimiento1. Desmonta las dos jeringas y saca la goma del extremo

del pistón.

2. Pon una de las bolas de metal en la jeringa pequeña.

3. Tapa el extremo ancho de la jeringa pequeña con lagoma del pistón que le corresponde.

4. Haz un agujero con las tijeras a la goma del pistón dela jeringa grande.

5. Engancha con pegamento instantáneo la goma aguje-reada del pistón grande con la boca de la jeringa pe-queña. La boca de la jeringa pequeña debe quedar in-sertada en la goma. Tienes que ver el agujero.

6. Realiza un agujero lateral en el extremo opuesto de lapunta del cilindro de la jeringa pequeña.

7. Pon la segunda bola de metal en la jeringa grande.

8. Inserta la jeringa pequeña dentro de la grande.

9. Succiona agua con el mecanismo montado, enseguidaverás que la bomba actúa.

Cuestiones ¿Qué función realizan las bolas? ¿Qué pasaría si noestuvieran?

¿Te parece que el invento funcionaría igual con aire?¿Por qué?

Más ideasPuedes pensar en otros tipos de bombas fabricadas con ob-jetos caseros. Para hacerlo, debes tener en cuenta dos cuestiones: la primera, que la bomba debe de tener una sa-lida a la misma superficie del pistón o a la camisa de labomba; y la segunda, que en cualquier caso debes colocaruna válvula que deje circular el fluido en un solo sentido.

bomba de agua con dos jeringas


Sacar el tapón de una botella de vino es

una acción que requiere un buen sacacor-

chos. Los más comunes y usuales son los

de tirabuzón. Existen distintos modelos de

sacacorchos de tirabuzón, pero todos se

basan en el efecto palanca. A medida que

se hace girar el sacacorchos, un tornillo va

penetrando en el corcho a una determinada

profundidad a partir de la cual, haciendo

palanca con el abridor, el tapón sale.

Pero existe un sacacorchos de diseño que

saca los tapones de las botellas de vino

aplicando la neumática. La estructura bá-

sica es una aguja muy fina, vacía por den-

tro, que comunica con un émbolo que el

usuario acciona. El funcionamiento es

el siguiente: se perfora completamente el

tapón de la botella con la aguja del saca-

corchos y se empieza a bombear aire con

un pequeño brazo que comunica con el

émbolo, igual que si estuviéramos hin-

chando la rueda de una bicicleta. A me-

dida que la presión se incrementa entre la

base interior del tapón y la superficie del

vino, el tapón empieza a salir despacio.

Después de unos cuantos bombeos, el

tapón sale al exterior, seguido de un

«¡plop!», que indica que el aire a presión

ha salido disparado hacia fuera de la bo-

tella, donde la presión es menor.

¿Cómo funciona el sacacorchos delque habla el texto?

¿Crees que el hecho de introducir aire a pre-sión en el vino puede afectarlo? ¿En qué?

Uno de los relojes más antiguos de los que

se tiene referencia es la clepsidra, palabra

que viene del griego (klepto, «robar, escon-

der» e hydro, «agua»), presente ya en la

época de los babilonios y egipcios, hace unos

3500 años. Las primeras clepsidras consis-

tían en un recipiente de barro que contenía

agua hasta cierto nivel, con un orificio en la

base de la medida adecuada para que el

agua fuera cayendo al ritmo deseado. El

agua se recogía con otro recipiente que tenía

unas marcas en el interior para medir el nivel

del líquido, que equivalía a un determinado

lapso de tiempo. Debido a la sencillez de este

mecanismo de medida del tiempo, su uso se

extendió por muchas culturas.

El griego Ctesibio de Alejandría ideó una

clepsidra hidráulica en la que el agua pasaba

de un recipiente a otro con un sistema de

tubos y sifones. Un puntero que flotaba en

uno de los recipientes marcaba la hora sobre

un tambor giratorio conectado a un sistema

de engranajes. Las marcas horarias tenían

una separación distinta en función de la va-

riación horaria estacional. A las doce de la

noche de cada día, el depósito con el mar-

cador quedaba vacío y una rueda giraba para

colocar el puntero en la posición correcta

para volver a empezar.

Los relojes hidráulicos se utilizaron para co-

nocer y limitar el tiempo en multitud de ac-

ciones, como, por ejemplo, para acotar los

discursos de los pensadores y políticos grie-

gos, el tiempo que los abogados romanos te-

nían ante los tribunales, etc. A diferencia de

los relojes de sol, los de agua podían funcio-

nar tanto de día como de noche, razón por la

cual los acabaron sustituyendo, hasta que en

el siglo xVII Christiaan Huygens aplicó el pén-

dulo a la medida del tiempo y se crearon los

relojes modernos.

¿Crees que las clepsidras de barro eranmuy exactas? ¿Por qué?

Piensa y propón otras maneras de medirel tiempo.

pasaDo, pReseNte Y FUtURo

120


CLepsiDRa, eL ReLoJ HiDRáULiCo

saCaCoRCHos NeUmátiCos


en verano y el calor del depósito como ca-

lefacción en invierno.

El aire de salida al exterior es más limpio

que el de entrada, ya que en el compresor

se encuentran unos filtros de carbón activo

que lo limpian antes de ser almacenado a

alta presión. De esta forma, pues, los ve-

hículos de aire comprimido purificarían y

refrescarían el aire de nuestras ciudades.

Algunos de los prototipos construidos hasta

el momento han sido exitosos. El proceso

de compresión y carga de 90 m3 de aire a

300 bar (aproximadamente, 300 veces la

presión atmosférica) es de unas 4 h, con

un coste cercano a los 2 €. La autonomía

de algunos de estos prototipos es de 200

km a una velocidad urbana de 45 km/h y

de unos 70 km si la velocidad se incre-

menta a 110 km/h.

Para grandes trayectos, la empresa MDI

ha desarrollado un vehículo híbrido aire-

gasolina, el RoadCAT’s, con una autono-

mía de 2 000 km con una carga de

combustible de 100 m3 de aire comprimido

y solo 50 L de gasolina.

El MultiCAT’s es otro prototipo para el trans-

porte de un gran número de personas, una

especie de tren con ruedas neumáticas mo-

¿Te imaginas un coche que por el tubo de

escape solo expulsara aire lo bastante lim-

pio para que pudiésemos acercar la nariz

y respirar aire muy puro? Sería una solu-

ción a los graves problemas de contamina-

ción atmosférica de las ciudades causada

por los actuales motores de explosión, que

emiten gases y partículas contaminantes.

Desde que en el año 1993 Guy Nègre tuvo

la idea de diseñar un motor que funcionara

con aire comprimido, se han desarrollado

varios prototipos hasta el día de hoy. El

principio del motor de aire comprimido es

bastante sencillo. Actúa descargando la

energía del aire, previamente comprimido

a alta presión en unos depósitos debajo

del chasis del vehículo, con un sistema de

pistones que transmite esta energía a unos

engranajes que hacen mover el vehículo.

La alta presión del aire en el interior del de-

pósito hace aumentar la temperatura de

este hasta los 400 °C. Pero la rápida y

brusca expansión de este hace que la tem-

peratura del aire a la salida del tubo de es-

cape disminuya a valores de entre los 0 °C

y los –20°C. De hecho, la climatización del

vehículo utiliza el aire frío de la salida del

tubo de escape como aire acondicionado

vido por aire comprimido. Permite transportar

135 personas a un coste de 2,5 € cada 100 km,

un precio muy reducido si se compara con el

de los transportes públicos actuales.

Hasta ahora, el principal obstáculo para el de-

sarrollo de estos motores ha sido el depósito

de alta presión, ya que en caso de accidente

puede provocar explosiones violentas en el

vehículo. Parece ser que esto pronto tendrá

solución con el uso de un nuevo material

para la fabricación del depósito resistente a

altas presiones y que en caso de accidente

se agrietaría y dejaría escapar de forma con-

trolada el aire almacenado, sin que se pro-

dujeran explosiones peligrosas.

¿Por qué razón, al comprimir el aire, sealcanza una temperatura tan elevada? ¿Ypor qué a la salida es mucho más baja?(Piensa en la ley de los gases ideales).

¿Cómo funciona el motor de aire com-primido?

Puede parecer que 400 °C es una tem-peratura muy elevada. Compárala con latemperatura que se alcanza en el inte-rior de un motor de explosión.


121

VeHÍCULos De aiRe CompRimiDo


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Tecnología 4 - Unidad de muestra (ESO)