Tecnología · 4º ESO · Unidad 4

Operadores Neumáticos
e Hidráulicos

Circuitos de fluidos a presión · Principio de Pascal · Diseño de circuitos

5Temas
12+Fórmulas
25+Ejercicios
15Test interactivo

⚙️ ¿Qué son los circuitos neumáticos e hidráulicos?

Sistemas que utilizan un fluido (gas o líquido) a presión para mover elementos y realizar trabajo mecánico.

Principio fundamental: Cuanto mayor sea la presión ejercida sobre un fluido, mayor será la fuerza que realice el sistema. La presión es la fuerza ejercida por unidad de superficie.
Presión — Fórmula fundamental p = F / S  →  F = p · S  →  S = F / p
PaUnidad: Pascal
1 Pa= 1 N / 1 m²
S = π·r²Sección circular
1 cm²= 10⁻⁴ m²

⚡ Comparativa: Eléctrico vs Neumático vs Hidráulico

ElementoCircuito EléctricoCircuito NeumáticoCircuito Hidráulico
Generador de energía Pila / bateríaCompresorBomba
Transporte Cables conductoresTuberíasTuberías
Actuadores Bombilla / motorCilindro / motorCilindro / motor
Mando y control InterruptorVálvulaVálvula

🔬 Diferencias clave: Aire vs Aceite

🌬️ Neumático — Aire comprimido

  • Fluido: aire (abundante, gratuito, limpio)
  • El aire sí se comprime → presiones moderadas
  • Velocidad de movimiento alta
  • Requiere compresor + depósito acumulador
  • Aplicaciones: martillos, frenos, puertas de autobús
  • Presiones de trabajo: 6–10 bar

💧 Hidráulico — Aceite mineral

  • Fluido: aceite mineral (lubricante, resistente)
  • El aceite no se comprime → amplifica fuerzas enormes
  • Movimiento más controlado
  • Requiere bomba + depósito de recogida
  • Aplicaciones: grúas, prensas, frenos de coche
  • Presiones de trabajo: hasta 200+ bar
⚙️ Principio de Pascal: Al aplicar una fuerza a un líquido en un recipiente cerrado, la presión se transmite por igual a todos los puntos del líquido. Este principio es la base de todos los sistemas hidráulicos.

🌬️ Componentes de un circuito neumático

Los circuitos neumáticos emplean aire comprimido. Se representan con simbología normalizada, igual que los circuitos eléctricos.

🔴 El Compresor — Generador de energía

🔴
Compresor Alternativo
Tipo biela-manivela
  • Mecanismo de sistema biela-manivela
  • Similar al motor de combustión interna
  • Aletas de refrigeración: el aire alcanza ~180°C al comprimirse
  • Dispone de manómetro, sistema de seguridad y grifo de purga
  • La presión del aire pasa al depósito acumulador
🔵
Compresor Rotativo
Tipo cámara + rotor
  • Formado por una cámara de compresión y un rotor
  • Al girar el rotor, aspira y comprime el aire
  • Variantes: de paletas y de tornillo
  • Mayor rendimiento para uso continuo
  • Menos vibraciones que el alternativo
Tuberías: Suelen ser de acero o latón, aunque también de polietileno y poliamida. Se unen mediante soldadura o con racores. La línea principal debe tener una pendiente de 1,5° en el sentido de circulación del fluido.

⚡ Actuadores — Conversión de energía

🔩
Cilindro Simple Efecto
Actuador alternativo
  • El aire desplaza el pistón en un solo sentido
  • El retroceso se realiza mediante un muelle
  • Se usa con válvulas 2/2 o 3/2
  • Ventaja: circuito más sencillo
  • Uso: prensas, estampado, sujeción
⚙️
Cilindro Doble Efecto
Actuador alternativo
  • El aire provoca tanto el avance como el retroceso
  • Genera fuerza en ambos sentidos
  • Se controla con válvulas 4/2 o 5/2
  • Mayor control del movimiento
  • Uso: puertas de autobús, plataformas elevadoras

🎛️ Válvulas distribuidoras

Las válvulas son los elementos de mando y control que permiten o impiden el paso del aire. Se describen como (vías/posiciones). Ejemplo: 3/2 = 3 orificios, 2 posiciones.
VálvulaVías / PosicionesAccionamientoUso típicoTipo
Válvula 2/2 2 orificios · 2 posiciones Pulsador, palanca, pedal Apertura/cierre simple Distribuidora
Válvula 3/2 3 orificios · 2 posiciones Pulsador, rodillo, electroimán Cilindros de simple efecto Distribuidora
Válvula 4/2 4 vías · 2 posiciones Aire comprimido, electroimán Cilindros de doble efecto Distribuidora
Válvula 5/2 5 vías · 2 posiciones Pulsador + muelle retorno Control apertura/cierre puerta Distribuidora
Antirretorno Paso en un sentido solo Automático (presión) Impedir retroceso del fluido Bloqueo
Simultaneidad (Y) Lógica AND — 2 entradas Automático (presión doble) Seguridad: requiere 2 mandos Bloqueo
Selectora (O) Lógica OR — 2 entradas Automático (cualquier entrada) Mando desde varios puntos Bloqueo
Reguladora de flujo Paso en un sentido Automático Controlar velocidad del vástago Flujo
Temporizadora 3/2 + reguladora + depósito Acumulación de presión Retardo temporal en circuito Tiempo

🛡️ Elementos de protección y mantenimiento

💧
Secador
  • Reduce el vapor de agua en el aire
  • Imprescindible para evitar corrosión
🔽
Filtro
  • Elimina impurezas del aire
  • Evita desgaste prematuro de componentes
🛢️
Lubricador
  • Añade partículas de aceite al fluido
  • Disminuye la fricción y facilita el transporte
⚠️
Válvula de escape
  • Expulsa el aire cuando la presión alcanza el límite
  • Elemento de seguridad imprescindible
🔇
Silenciador
  • Situado en la salida del circuito
  • Disminuye el ruido al liberar el aire
🔧
Unidad de mantenimiento
  • Conjunto: filtro + lubricador + válvula de escape
  • Elemento estándar en toda instalación neumática industrial

💧 Circuito Hidráulico

Los sistemas hidráulicos usan aceite mineral a presión. El aceite no se comprime, lo que permite desarrollar fuerzas enormes mediante la amplificación de presión.

Principio de Pascal: La presión aplicada a un líquido en un recipiente cerrado se transmite por igual a todos sus puntos. Esto permite multiplicar fuerzas: una fuerza pequeña en un pistón pequeño genera una fuerza enorme en un pistón grande.
Principio de Pascal — Amplificación de fuerza P₁ = P₂  →  F₁/S₁ = F₂/S₂  →  F₂ = F₁ · (S₂ / S₁)
Ejemplo numérico: Si S₂ = 1 m² y S₁ = 10 cm² = 0,001 m², aplicando F₁ = 1 N se obtiene F₂ = 1 × (1/0,001) = 1000 N. ¡Una fuerza 1000 veces mayor! Esta es la base de la prensa hidráulica, el elevador de coches y los frenos de disco.

📊 El Caudal

Caudal (Q) Q = Volumen de fluido / tiempo   [litros/segundo → L/s]
El caudal (Q) es la cantidad de fluido que pasa a través de una sección del circuito por unidad de tiempo. Determina la velocidad de movimiento de los actuadores.

⚙️ Bomba hidráulica — Generador de energía

⚙️
Bomba de engranajes
Tipo más común
  • Composición sencilla → más económica
  • Dos engranajes que rotan en sentidos contrarios
  • El aceite circula por los dientes entre la carcasa y los engranajes
  • Rendimiento bajo, pero muy empleada
🔩
Bomba de tornillos
Silenciosa y precisa
  • Formada por 2 o 3 tornillos helicoidales engranados
  • Silenciosa, no produce vibraciones
  • Mayor precisión de caudal
  • Aplicaciones donde el ruido es crítico

🛡️ Protección hidráulica

ElementoFunciónEquivalente neumático
Filtro Elimina partículas sólidas del aceite generadas por desgaste Filtro neumático
Válvula de alivio Descarga el exceso de presión para proteger el circuito Válvula de escape
Depósito de recogida Recoge el aceite de retorno para reutilizarlo. Evita contaminación No existe (el aire se libera al exterior)

🔄 Aplicación: Plataforma elevadora

📍 Con 2 pulsadores

  • Válvula 3/2 activa subida → válvula 4/2
  • La válvula 4/2 permite el aceite a la cámara del cilindro
  • El vástago avanza → la plataforma sube
  • Pulsador de bajada: aceite va a la cámara opuesta
  • Fluido de retorno → depósito

📍 Con 4 pulsadores

  • Incorpora válvulas selectoras en subida y bajada
  • Permite manejar desde dos puntos externos
  • Un pulsador de subida + uno de bajada en cada punto
  • La válvula selectora (función OR) emite señal si entra fluido por cualquier entrada
  • Aplicación real: ascensores con mando interior y exterior

📐 Diseño de circuitos neumáticos

Los circuitos se representan con simbología normalizada. Los casos más frecuentes usan válvulas 3/2, 5/2, de simultaneidad o temporizadoras.

🔣 Simbología normalizada

●—◇
COMPRESOR

Genera el aire comprimido. Círculo + flecha de salida

SALIDA DE AIRE

Triángulo apuntando hacia afuera del conducto

⊟⊟
VÁLVULA 3/2

Dos cuadros: posición reposo y posición accionada. 3 conexiones

⊟⊟⊟
VÁLVULA 5/2

Representa las 5 vías y 2 posiciones del distribuidor

⇒⊙
CILINDRO SIMPLE

Rectángulo + pistón + vástago. Muelle de retorno en el extremo

⇔⊙
CILINDRO DOBLE

Entradas A y B en ambos extremos del cilindro

FILTRO

Rombo con línea ondulada interior

◇○
LUBRICADOR

Rombo con gota de aceite en el interior

V. ANTIRRETORNO

Bola presionada por muelle → paso solo en un sentido

V
SILENCIADOR

Letra V en la salida del circuito

📋 Circuitos tipo — Casos habituales

1️⃣
Circuito básico 3/2 + cilindro simple
  • Al pulsar, la válvula 3/2 cambia de posición
  • El aire pasa hacia el cilindro de simple efecto
  • El émbolo y el vástago se desplazan linealmente
  • Al soltar, el muelle retorna el vástago
  • Aplicación: aplastadora de latas de refresco
2️⃣
Circuito 5/2 + cilindro doble efecto
  • Al pulsar P1 (izq), aire pasa por vías 1 y 4 → cámara izquierda
  • La válvula reguladora controla la velocidad de avance
  • El vástago avanza lentamente hacia la derecha
  • Al pulsar P1 (der), el vástago retrocede lentamente
  • Aplicación: apertura/cierre de puertas de autobús
3️⃣
Circuito con válvula de simultaneidad
  • Solo actúa si se accionan dos pulsadores a la vez (lógica AND/Y)
  • Si solo uno está activo, el otro queda bloqueado
  • El operario debe usar las dos manos
  • Aplicación: seguridad en prensas y máquinas peligrosas
4️⃣
Circuito con válvula temporizadora
  • Temporizadora = 3/2 + reguladora de flujo + depósito de aire
  • Al pulsar, el aire se acumula en el depósito hasta alcanzar la presión
  • El tiempo de retardo se ajusta con la reguladora de flujo
  • Aplicación: puerta que se cierra sola tras unos segundos

🔩 Accionamientos de válvulas

AccionamientoDescripciónRetorno habitual
Por pulsadorBotón que se aprieta manualmenteMuelle
Por rodilloDetecta el paso de la pieza (final de carrera)Muelle
Por pedalAccionado con el pie, manos libresMuelle
Por palancaPalanca manual, con o sin enclavamientoManual o enclavamiento
Por electroimánSeñal eléctrica → acción neumática (electroválvula)Muelle o electroimán
Por aire comprimidoLa propia presión del circuito acciona la válvulaMuelle
🖥️ Simulador FluidSIM: Permite crear y simular circuitos neumáticos e hidráulicos. Dispone de una biblioteca de componentes a la izquierda y una superficie de trabajo central. Para simular: Ejecutar → Iniciar. Para configurar una válvula: doble clic sobre ella.

🔩 Ejercicios de la Unidad

Ejercicios de presión, fuerza, caudal y diseño de circuitos. Consulta el glosario si necesitas las fórmulas.

🧮 Calculadora de Presión y Fuerza

⚡ Calcular la Fuerza (F = p · S)

Introduce la presión y el radio del pistón para obtener la fuerza.

Pa
m

💧 Calcular el Caudal (Q = V / t)

Introduce el volumen y el tiempo para obtener el caudal.

litros
segundos

⚖️ Principio de Pascal — Amplificación de fuerza

Dado F₁, S₁ y S₂, calcula la fuerza F₂ amplificada por el sistema hidráulico.

N
01
BÁSICO

Fuerza sobre un pistón circular

Determina la fuerza que ejercerá una masa de fluido sobre un pistón de 2 cm de radio si la presión aplicada es de 3 000 Pa.

F = p · S = p · π·r²

💡 Pista: convierte cm a metros primero (2 cm = 0,02 m)

02
BÁSICO

Presión con pistón de 20 mm de diámetro

Calcula la presión ejercida sobre un pistón de 20 mm de diámetro si la fuerza obtenida es de 1 200 N.

p = F / S  ·  S = π·(d/2)²

💡 Ojo: d = 20 mm = 0,02 m → r = 0,01 m

03
INTERMEDIO

Radio del pistón a partir de presión y fuerza

¿Cuál será el radio del pistón si la presión del fluido es de 10⁶ Pa y la fuerza con que se desplaza el vástago es de 2 100 N? Expresa el resultado en centímetros.

r = √(F / (p · π))
04
INTERMEDIO

Fuerza en un pistón de 0,5 dm de diámetro

¿Cuál será la fuerza que ejercerá una masa de fluido sobre un pistón de 0,5 dm de diámetro si la presión aplicada es de 4 000 Pa?

F = p · π · (d/2)²

💡 0,5 dm = 0,05 m → r = 0,025 m

05
INTERMEDIO

Diámetro del pistón

Determina el diámetro del pistón si la presión del aire es de 800 000 Pa y la fuerza con que se desplaza el vástago es de 3 000 N.

d = 2 · √(F / (p · π))
06
AVANZADO

Prensa hidráulica: Pascal aplicado

En una prensa hidráulica, F₁ = 10 N, F₂ = 30 000 N, S₁ = 20 cm².
Calcula: a) S₂ b) Diámetro d₂ c) Presión p₁ d) F₂ si S₂ = 13 m² e) p₂

F₁/S₁ = F₂/S₂  →  S₂ = F₂·S₁/F₁
07
AVANZADO

Sistema elevador de coches

Calcula la fuerza para levantar un vehículo de 2 000 kg. S₂ = 1 m² y S₁ = 10 cm².

F₁ = F₂ · (S₁/S₂)    F₂ = m·g

💡 g = 9,8 m/s² → F₂ = 2000 × 9,8 = 19 600 N

08
AVANZADO

Freno hidráulico

Explica cómo funciona un freno hidráulico. ¿Cuál será la fuerza de frenado si aplicamos una fuerza de 500 N en el pedal? Los pistones tienen áreas relacionadas.

F_frenado = F_pedal · (S_rueda / S_pedal)
09
BÁSICO

Caudal de un circuito hidráulico

Calcula el caudal de un circuito hidráulico si el volumen que atraviesa en 30 min una sección del circuito es de 3 hL.

Q = V / t    [3 hL = 300 L · 30 min = 1800 s]
10
INTERMEDIO

Volumen de fluido en 2 horas

Calcula el volumen de fluido (en mililitros) que pasa en dos horas por una sección de la tubería si el caudal es de 2 L/s.

V = Q · t    [t = 2 h = 7200 s]
11
BÁSICO

Identificar vías y posiciones

Para cada válvula de los esquemas del libro, indica: número de vías y posiciones, accionamiento y retorno.

Recuerda: la notación es vías/posiciones. Ej: 3/2 = 3 vías, 2 posiciones.

12
BÁSICO

Representar válvula 5/2

Representa una válvula 5/2 con accionamiento por palanca y retorno por muelle.

Las válvulas 2/2 y 3/2 → cilindros simple efecto; las 4/2 y 5/2 → cilindros doble efecto.

13
INTERMEDIO

Aplicaciones de válvulas especiales

¿Qué aplicaciones crees que pueden tener las válvulas antirretorno, de simultaneidad y selectoras? Pon ejemplos de situaciones prácticas.

14
INTERMEDIO

Válvula temporizadora: componentes

Nombra todos los componentes del circuito neumático con válvula temporizadora. Para las válvulas, indica tipo, vías/posiciones, accionamiento y retorno.

15
AVANZADO

Señal en válvula de simultaneidad

¿Qué señal alcanzará la salida de una válvula de simultaneidad si las presiones de entrada en X e Y son distintas? ¿Cuál es la función del conector en T?

16
INTERMEDIO

Circuito neumático: cilindro con pulsador

Diseña un circuito neumático en el que el vástago del cilindro se accione mediante un pulsador y vuelva a su posición inicial mediante un muelle.

💡 Elementos: compresor, unidad mantenimiento, válvula 3/2, cilindro simple efecto, tuberías.

17
INTERMEDIO

Circuito con dos pulsadores simultáneos

Un circuito neumático que mueva el cilindro desde dos pulsadores accionados al mismo tiempo. Añade después la variante con válvula de simultaneidad.

18
AVANZADO

Circuito con válvula selectora para puerta de autobús

Diseña un circuito neumático con una válvula selectora y un cilindro de simple efecto para la apertura de una puerta de autobús desde dos pulsadores.

19
AVANZADO

Ascensor: subida y bajada

Diseña un circuito neumático para controlar el ascenso y descenso de la cabina de un ascensor. El vástago debe tener 4 m de carrera.

20
AVANZADO

Identificar errores en circuitos

Identifica los errores en los diseños de circuitos neumáticos del libro (ejercicio 38) y corrígelos para que puedan cumplir su función.

21
BÁSICO

Tabla comparativa de elementos

Completa la tabla sobre la relación entre los elementos de los circuitos eléctricos, neumáticos e hidráulicos. Rellena los huecos A, B, C, D, E, F, G, H de la tabla del libro.

22
BÁSICO

Símbolos de elementos neumáticos

Explica y dibuja cada uno de los símbolos de los siguientes elementos: a) Compresor, b) Silenciador, c) Filtro, d) Lubricador, e) Válvula de escape.

23
INTERMEDIO

Análisis de la prensa hidráulica

Realiza el análisis técnico, funcional y socioeconómico de la prensa hidráulica. Responde: ¿Cuántas piezas la componen? ¿En qué principio físico se basa? ¿Cuál es su utilidad? ¿Qué riesgos implica?

24
AVANZADO

Martillo neumático: proyecto completo

Recopila información sobre los componentes y funcionamiento de un martillo neumático. Elabora un documento técnico que incluya: componentes, esquema del circuito, funcionamiento, aplicaciones, impacto medioambiental y riesgos.

🧠 Test de Autoevaluación

Responde a las preguntas para repasar los conceptos clave de la unidad. ¡Cada acierto suma puntos!

📊 Puntuación actual

0Correctas
0Incorrectas
0Respondidas

❓ Pregunta 1 — Fundamentos

¿Cuál es la fórmula que relaciona la presión, la fuerza y la superficie?

❓ Pregunta 2 — Neumática

¿Qué componente genera el aire comprimido en un circuito neumático?

❓ Pregunta 3 — Válvulas

Una válvula 5/2 tiene:

❓ Pregunta 4 — Hidráulica

¿Qué principio físico es la base de todos los sistemas hidráulicos?

❓ Pregunta 5 — Cilindros

En un cilindro de simple efecto, ¿cómo se produce el retroceso del vástago?

❓ Pregunta 6 — Seguridad

La válvula de simultaneidad realiza la función lógica...

❓ Pregunta 7 — Comparativa

¿Cuál es el fluido que utiliza un sistema hidráulico?

❓ Pregunta 8 — Unidades

La unidad de medida de la presión en el Sistema Internacional es:

❓ Pregunta 9 — Componentes

¿Qué elemento de un circuito neumático reduce el ruido al liberar el aire?

❓ Pregunta 10 — Hidráulica

En un sistema hidráulico, ¿cuál es el equivalente al compresor de un sistema neumático?

❓ Pregunta 11 — Aplicaciones

Las puertas de un autobús se accionan habitualmente con:

❓ Pregunta 12 — Conceptos

El caudal (Q) de un circuito hidráulico se mide en:

❓ Pregunta 13 — Seguridad

¿Qué válvula impide el retroceso del fluido en un circuito?

❓ Pregunta 14 — Mantenimiento

La unidad de mantenimiento de un circuito neumático está formada por:

❓ Pregunta 15 — Síntesis

¿A qué elemento eléctrico equivale la válvula en un circuito neumático o hidráulico?

📋 Glosario de términos y fórmulas

Diccionario técnico de la unidad con fórmulas, unidades y definiciones claras.

GENERAL
PRESIÓN (p)
p = F / S

Fuerza ejercida por unidad de superficie. A mayor presión, mayor fuerza para la misma área.

UNIDAD: Pascal (Pa) = N/m²
GENERAL
FUERZA (F)
F = p · S

Producto de la presión por la superficie del pistón sobre la que actúa el fluido.

UNIDAD: Newton (N)
GENERAL
SECCIÓN (S)
S = F / p  ·  S = π · r²

Área de la sección transversal del pistón. Para un pistón circular, se calcula con el radio.

UNIDAD: m² (1 cm² = 10⁻⁴ m²)
GENERAL
CONVERSIÓN DE UNIDADES
1 cm = 0,01 m · 1 dm = 0,1 m

Siempre trabajar en el Sistema Internacional (SI). Convertir antes de aplicar la fórmula.

1 cm² = 10⁻⁴ m² · 1 dm² = 10⁻² m²
NEUMÁTICA
COMPRESOR

Elemento generador de energía. Proporciona aire a presión al circuito. Dispone de manómetro, sistema de seguridad y grifo de purga. Tipos: alternativo (biela-manivela) y rotativo (paletas o tornillo).

NEUMÁTICA
VÁLVULA DISTRIBUIDORA

Elemento de mando y control que permite o impide la entrada de aire. Se describe como (vías/posiciones). Ej: 3/2 = 3 orificios, 2 posiciones.

NEUMÁTICA
VÁLVULA ANTIRRETORNO

Permite el paso del aire en un sentido y lo impide en el contrario. No tiene accionamiento externo: funciona por diferencia de presión.

NEUMÁTICA
VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD

Realiza la función lógica Y (AND). Solo hay señal de salida si están activas las dos entradas. Usada para seguridad: el operario necesita usar las dos manos.

NEUMÁTICA
VÁLVULA SELECTORA

Realiza la función lógica O (OR). Habrá señal de salida si entra aire por cualquiera de las dos entradas. Permite controlar desde varios puntos.

NEUMÁTICA
CILINDRO SIMPLE EFECTO

El aire desplaza el pistón solo en un sentido. El retroceso se produce por un muelle interno. Usado con válvulas 2/2 o 3/2.

NEUMÁTICA
CILINDRO DOBLE EFECTO

El aire genera fuerza en ambos sentidos: avance y retroceso. Permite un control preciso de la velocidad. Usado con válvulas 4/2 o 5/2.

NEUMÁTICA
VÁLVULA TEMPORIZADORA

Formada por una 3/2 + reguladora de flujo + depósito de aire. Provoca un retardo: solo actúa cuando el depósito alcanza la presión necesaria. El tiempo se regula con la reguladora de flujo.

HIDRÁULICA
PRINCIPIO DE PASCAL
P₁ = P₂ → F₁/S₁ = F₂/S₂

La presión en un líquido cerrado se transmite por igual a todos sus puntos. Permite amplificar fuerzas: pistón grande genera fuerza mayor que pistón pequeño con la misma presión.

HIDRÁULICA
CAUDAL (Q)
Q = Volumen / tiempo

Cantidad de fluido que pasa por una sección del circuito por unidad de tiempo. Determina la velocidad de movimiento de los actuadores.

UNIDAD: L/s (litros por segundo)
HIDRÁULICA
BOMBA HIDRÁULICA

Equivalente al compresor en los sistemas neumáticos. Proporciona energía al fluido (aceite). Tipos: bomba de engranajes (más común) y bomba de tornillos (silenciosa, alta precisión).

HIDRÁULICA
VÁLVULA DE ALIVIO

Equivalente a la válvula de escape neumática. Protege el circuito descargando el exceso de presión cuando se supera el límite establecido.

HIDRÁULICA
AMPLIFICACIÓN DE FUERZA
F₂ = F₁ · (S₂ / S₁)

Consecuencia directa del Principio de Pascal. Si S₂ es mayor que S₁, la fuerza F₂ será mayor que F₁ en la misma proporción.