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Neumática: definición y origen

Si damos respuesta a la definición de neumática, podemos decir que tanto en el campo de la ciencia como en el tecnológico están vinculados al uso de aire y gases para generar presión en diversas aplicaciones. Seguro que en varios ocasiones te has preguntado qué es la neumática. Hablamos de neumática como la tecnología que hace uso del gas (en su mayoría aire comprimido) como modo de transmisión de la energía con la finalidad de mover y hacer funcionar máquinas y mecanismos; por tanto podemos decir que la neumática se sirve solo el aire comprimido con el fin de generar movimiento propiciado por la energía del aire. El origen de la neumática se remonta al 2500 a.c con utilización de muelles de soplado y posteriormente fue en el mundo griego hace ya más de 20 siglos cuando se construyó un camión neumático que comprimía el aire de los cilindros. Ya en el siglo XIX, en la industria, se comienza a utilizar el aire comprimido de forma continuada. Desde herramientas neumáticas, instalaciones de redes de aire, compresores, etc son un ejemplo de estas aplicaciones.

¿Qué es la neumática?

Como explicamos con anterioridad, la neumática es un término que responde al estudio y la aplicación del gas o aire como medio transportador de la energía neumática, la cual es utilizada para facilitar el movimiento mecánico en el sector industrial.
En la industria la neumática industrial se muestra en instalaciones creadas por tuberías para distribuir aire comprimido en a herramientas, máquinas de la misma línea de montaje, ect. Si algo podemos destacar es que el uso de la neumática no supone un riesgo para salud además del coste gratuito de su propio uso.

¿Cómo se componen los sistemas neumáticos?

Los sistemas neumáticos hacen uso de la presión y volumen generado por un compresor de aire y lo transforman mediante el uso de cilindros y motores en movimientos rectilíneos y de giro con la finalidad última de poder automatizar todos tipo de máquina en el sector industrial. Si hablamos de los subsistemas que componen los sistemas neumáticos podemos destacar los siguientes:
1- Compresor de aire. Toma el aire ambiente y le incrementa su presión.
2- Motor del compresor. Encargado de hacer trabajar al compresor.
3- Manómetro.
4- Presostato.
5- Válvula anti-retorno.
6- Válvula de seguridad.
7- Depósito o sistema de almacenamiento neumático. Tiene por objetivo mejorar el comportamiento y eficiencia del sistema.
8- Válvula de seguridad.
9- Secador de aire comprimido.
10- Filtros de línea
11- Red de aire comprimido para transportar el aire hasta el punto necesitado.
Distribución instalación de aire

Ventajas y desventajas de los sistemas neumáticos

Si valoramos la eficiencia y eficacia de los sistemas neumáticos, podemos definir una sería de ventajas y desventajas de las estructuras neumáticas, entra las que destacamos las siguientes:

A Ventajas:
· Utiliza el aire como fuente de energía, tratándose de una fuente abundante, transportable, almacenable y resistente a modificaciones de temperatura.
· Bajo coste de implementación.
· Podemos definirla como una tecnología segura, limpia y antideflagrante puesto no genera chispas, no puede provocar incendios, y no ofrece riesgo eléctrico, etc.
· Los elementos que forman un sistema neumático, son simples y de fácil comprensión, lo que permite diseñar sistemas neumáticos con gran facilidad.
· Trabajo a alta.
· Permite sistemas con movimientos rápidos, precisos y de gran complejidad. Pudiéndose controlar las fuerzas de manera sencilla.
· Aguanta bien las sobrecargas y si existen riesgos el sistema se paraliza.

B. Desventajas
· Hablamos de una tecnología que requiere de otra maquinaria y equipos para su funcionamiento.
· Sistema de funcionamiento ruidoso, ya que el aire comprimido sale expulsado al exterior una vez utilizado.
· Tecnología algo más costosa que la tecnología eléctrica.

¿Cómo se produce la energía neumática?

Como hemos comentado con anterioridad para la producción de la energía neumática se requiere de un compresor de aire que eleva la presión del aire al valor de trabajo deseado para ser transportada por los circuitos neumáticos aunque previamente quedaría depositada.

Este tipo de herramienta compresora que puede ser tanto de pistón, tornillo, scroll y paletas (este último casi en desuso), funciona absorbiendo el aire a presión ambiental a través de un sistema de limpieza y filtrado del aire para devolver el aire con la presión deseada.

El proceso de producción de energía neumática puede clasificarse en tres fases diferenciadas:
1- La eliminación de partículas gruesas.
2- El secado del aire.
3- La preparación final del aire.

En el compresor, el aire alcanza una temperatura elevada, por lo que es necesario montar un depósito donde el aire reducirá la alta temperatura y justo a posteriori se montará un secador frigorífico.

Para calcular el aumento de temperatura en el calentamiento utilizamos la siguiente fórmula:
T2=T1*( 𝑃 2 𝑃 1 ) 𝑘 −1 𝑘 Siendo:
T1 = temperatura del aire de entrada al compresor en grados kelvin.
T2 = temperatura del aire a la salida del compresor en grados kelvin.
P1 = presión del aire a la entrada del compresor en bar.
P2 =presión del aire a la salida del compresor en bar. k = 1,38 a 1,4.

La refrigeración del aire en compresores pequeños se consigue con aletas de refrigeración montadas en los cilindros que se encargan de irradiar el calor y en los compresores de mayor volumen y potencia, se hace uso de un sistema de refrigeración por circulación de agua en circuito cerrado o abierto. Si llevamos a cabo la utilización de un compresor exento de aceite será necesario un separador de aceite agua (deposito acumulador situado a la salida del compresor) ya que el aire contendrá una mezcla comprimida de aire y aceite y partículas que se deberán extraer.

A continuación, el aire comprimido tiene la necesidad de ser secado para conseguir que su punto de rocío sea bastante inferior a la temperatura mínima que se va a tener a lo largo del año en el ambiente de trabajo donde están los equipos neumáticos. Este proceso de secado del aire se lleva a cabo en el filtro secador, pudiéndose llevar a cabo por diferentes procedimientos tales como el secado por frío, el de absorción, el de membrana y el de adsorción. En el método de secado por frío o de refrigeración, del aire disminuye por efecto de un agente refrigerante formándose condensado y disminuyendo así el contenido de agua del aire. En el secado por adsorción, la humedad es absorbida y se disuelve en una sustancia química.
Tras el proceso de secado llegamos al momento de preparación del aire donde llevaremos a cabo, previamente un proceso de filtrado, proceso que llevará mas sesiones de filtrado y de mayor calidad con el fin de obtener el aire con la calidad necesaria para la aplicación; por ejemplo el aire comprimido en el sector de alimentación requerirá de un mejor filtrado que el utilizado en procesos de soplado industrial.

Algunos ejemplos de circuitos neumáticos

Los circuitos neumáticos son sistemas que responden a necesidades según la aplicación y el objetivo o función que necesitamos cumplir, por tanto según las aplicaciones de la neumática desarrollaremos un sistema neumático diferente.

Algunos de los sectores que necesitan de la aplicación de la misma son:
- Agricultura y explotación forestal.
- Plástico.
- Metalúrgica.
- Madera.
- Aviación.
- Industria alimentaria.
- Producción de energía.
- Química y petrolífera.
- Plástico.
- Sector salud.

A continuación presentamos algunos ejemplos de circuitos neumáticos:

Ejemplo 1 – Circuito neumático con un cilindro de doble efecto.

Montaje de un circuito neumático, con un cilindro de doble efecto, que funcione en modo semiautomático o automático. Hablamos de un circuito que funciona con una presión de 4 bar.
El retroceso del cilindro se produce cuando alcance la posición final delantera y en la cámara del émbolo se tenga una presión de 3 bar.

Funcionando en automático, cada vez que cilindro pisa el final de carrera posterior, no volverá a salir hasta pasados 15 segundos.

Válvulas para el accionamiento de pulsadores: 3/2 N.C, Pulsador manual, monoestable.
Los finales de carrera utilizados, serán válvulas 3/2 N.C, pilotadas por rodillos, monoestables.
Plano de entrada y salida de aire en instalación_3
Ejemplo 2 - Circuito automático de un cilindro de doble efecto.

Al pulsar el botón para arrancar el cilindro comienza a realizar ciclos hasta que es accionado el pulsador de Paro, momento en el que realiza el ciclo y se para en el estado inicial. Con la pulsación al botón reset, se interrumpe el ciclo y el cilindro retorna a su posición inicial.
Válvulas para el accionamiento de pulsadores: 3/2 N.C. Pulsador manual, monoestable. Los finales de carrera utilizados, serán válvulas 3/2 N.C, pilotadas por rodillos, monoestables.
Plano de entrada y salida de aire en instalación_2
Ejemplo 3 - Circuito neumático de un cilindro de doble efecto, cuyo funcionamiento consista en la realización de la secuencia A+A-A+A-, cuando se pulse el botón de puesta en marcha.
Válvula para el accionamiento de pulsador: 3/2 N.C. Pulsador manual, monoestable. Los finales de carrera utilizados, serán válvulas 3/2 N.C, pilotadas por rodillos, monoestables. Si necesita saber más sobre neumática no dude en escribirnos, en la tienda online de Suministros Intec somos especialistas en neumática.
Plano de entrada y salida de aire en instalación_4
Plano de entrada y salida de aire en instalación_1

Aplicaciones de la neumática en la industria

¿Qué significado tiene la neumática industrial?

La neumática industrial  se centra en estudiar el desarrollo del gas presurizado como medio de transferencia de energía para hacer funcionar diversos mecanismos con el uso de gases como el aire comprimido, nitrógeno u otros gases inertes, que funcionan como elementos de transmisión de energía.

Actualmente se usa para hacer más fácil el movimiento mecánico. En sitios como una nave, fábrica , taller, la instalación se da mediante una conexión por tuberías para distribuir  el aire comprimido a herramientas , maquinaria de montaje, sistemas de limpieza, etc.

Hoy en día, el avance de la neumática ha traído significativos aportes tanto en las tareas del hogar como en los sistemas industriales de automatización.

La importancia de la neumática Industrial.

La neumática ha desempeñado un papel imprescindible en el desarrollo del proceso industrial, en la industria agroalimentaria, la industria química, farmacéutica, odontología, construcción, etc. En los sistemas industriales hacen uso de la neumática: por ejemplo en los sistemas de apertura automática de puertas en industrias, elevadores, etc.

También es importante destacar la variedad de herramientas neumáticas, como las  cadenas de montaje de la industria automovilística, estaciones de  maquinaria de cadenas de producción, etc.

¿Para qué sirve la neumática en la industria?

La neumática ha supuesto una de las aportaciones más destacadas a la automatización de los procesos industriales en los últimos años. Esta tecnología utiliza el aire comprimido como modo de transmisión de la energía que se necesita para mover y hacer funcionar mecanismos. Un proceso que se fundamenta en incrementar la presión del aire y, a través de la energía que se acumula sobre los elementos del circuito, efectuar un trabajo útil.

Hoy, la neumática industrial constituye una de las soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la industria, y es empleada en la mayor parte de las máquinas modernas. En los circuitos de estas características los compresores son los encargados de elevar la presión del aire al valor del trabajo deseado, que llega hasta un depósito, para posteriormente distribuirse por las tuberías que recorren el circuito con la presión y temperatura que definamos previamente.

En la actualidad el aprovechamiento del aire comprimido en la industria, es una de las técnicas que ha contribuido con el mejoramiento y optimización de muchas actividades o procesos que se requieren a diario para la transformación del entorno y la adquisición de elementos para un mejor nivel de vida. Dentro de este contexto de mejoramiento continuo, cumplen un papel fundamental los principios o leyes físicas que se aplican a diario en la cotidianidad, así como en las diferentes técnicas de producción a nivel industrial tales como sistemas electrónicos, mecánicos, eléctricos, neumáticos e hidráulicos según las necesidades y requerimientos específicos, o bien una integrándote todas ellas, para poder obtener mejores resultados en cuanto a la competitividad industrial, apuntando a un mayor control de sus procesos mediante la automatización industrial.

Las aplicaciones de esta tecnología son verdaderamente amplias; se utiliza en la industria química, textil, el transporte o la carpintería metálica, y el aprovechamiento del aire comprimido es visible hoy en muchos elementos cotidianos, como por ejemplo los sistemas de apertura y cierre de transporte público, como trenes o autobuses, pero también las aspiradoras o los sopletes de pintura.

El mercado de le neumática ofrece una gran serie de elementos neumáticos adaptados a cualquier aplicación los cuales resultan útiles al permitir realizar un trabajo físico que en ocasiones no puede desempeñar el hombre, o integran componentes de sistemas sin los cuales sería imposible obtener un resultado final. El aprovaplicaciones_neumáticaechamiento de la energía del aire para realizar trabajo se puede apreciar en diferentes aplicaciones tales como:

– El control de apertura y cierre de puertas: En vehículos de servicio público, en conjuntos cerrados. El principio de funcionamiento consiste en accionar un cilindro el cual mediante la energía del aire a una presión determinada mediante un movimiento lineal permite el desplazamiento de un resorte mecánico el cuál se estira cerrando la puerta y al recuperar su posición inicial (al contraerse) la abre.

– La utilización de la fresa en el consultorio de odontología: Esta herramienta trabaja con la energía que le suministra el aire a presión permitiendo el movimiento rotativo para obturar.

– Limpieza a presión para limpiar: Los sopletes y las aspiradoras aprovechan la presión del aire para recoger impurezas o al contrario expulsan el aire con fuerza para desalojar partículas que se encuentran en áreas de difícil acceso. También se utiliza la presión del aire en los sopletes para pintar vehículos u otros artefactos logrando una gran homogeneidad en la superficie.

– Para elevar y bajar cargas en los montacargas: El funcionamiento es a través de un cilindro de doble efecto, ya que permite el movimiento en dos direcciones hacia arriba, y hacia abajo. También permite mantener la carga elevada durante un determinado tiempo mediante un enclavamiento.

– La bomba de acción manual: Nos permite suministrar aire a los neumáticos de los vehículos de transporte, a los balones y bombas mediante la impulsión del vástago de manera consecutiva y a una presión alta y uniforme para obtener un buen caudal de aire.

Aquí os mostramos algunas de las aplicaciones que permiten transformar la energía del aire para realizar diferentes trabajos en muchas situaciones de nuestra vida cotidiana, desde el respirar que es una actividad esencial en el ser humano para vivir, hasta su utilización en máquinas, herramientas y sistemas para realizar tareas controladas. El uso del aire es muy ventajoso ya que este es un elemento que abunda en la tierra y no tiene costo, este hecho nos permite explotar sus bondades y reconocer su gran utilidad en el desempeño de mecanismos para el desarrollo industrial y por consiguiente de una sociedad que busca día a día obtener un mejor nivel de vida aprovechando los recursos que la naturaleza nos brinda. Son muchas las ventajas que se pueden obtener con los sistemas neumáticos ya que brindan un gran rendimiento en comparación con otras tecnologías gracias a su sencilla instalación y aplicabilidad.

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¿Cómo funcionan los sistemas neumáticos? 

Los sistemas neumáticos, están formados por un conjunto de compuestos que les permiten procesar el aire reduciendo el volumen del aire y aumentando la presión, para posteriormente transportarlo a través de mangueras neumáticas, controlando sus condiciones a través de diversas válvulas, hasta llegar al actuador.

Neumática Industrial. Sus ventajas y desventajas.

Ventajas:

El aire comprimido implica una gran fuente de potencia y presenta numerosas ventajas, que se fundamentan en que se trata de una energía limpia e ilimitada por la abundancia de aire en la atmósfera, pero también en su carácter antideflagrante (que implica que no conlleva ningún peligro de explosión o incendio). Además, la neumática presenta gran resistencia a los cambios en la temperatura, y permite una velocidad de trabajo alta, así como sistemas de movimientos más rápidos, precisos y de una gran complejidad.

Es una tecnología muy útil para esfuerzos que requieren precisión, velocidad, y también hacer cambios de sentido de forma instantánea, que resiste bien las sobrecargas y cuyo almacenamiento y transporte es sencillo y sin tuberías de retorno.

Otro punto importante es el asumible coste de los componentes neumáticos que encontraremos en nuestra tienda de suministros industriales, y también su facilidad de implantación, que permite instalaciones más sencillas, rápidas y limpias.

Además, los costes de reparación, sustitución y mantenimiento así como de sus componentes (cilindros, pinzas neumáticas, válvulas o equipos de tratamiento y preparación de aire, entre otros) disponibles en su tienda de ferretería industrial, es otro de los criterios que explican el éxito de la neumática industrial. Y el coste energético, en un entorno en el que las empresas tienen como objetivo la reducción de sus contaminantes por medio del mejor aprovechamiento de materiales, es otro de los aspectos a tener en cuenta. Si necesita conocer más acerca del mundo de la neumática, estaremos encantados de ayudarle, puesto que somos especialistas en el campo de la neumática industrial.

Desventajas:

Su nivel de precisión no es el más óptimo, el circuito de neumática está formado por diferentes componentes para cumplir a la perfección con sus funciones, por lo tanto puede perder cierto grado de practicidad para quienes desarrollan trabajos en el hogar o en espacios reducidos. El uso de sistemas de neumáticas suele ser ruidoso al descargar el aire comprimido. Se pueden producir pérdidas de carga y energía si el tamaño del circuito es muy extenso.

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