Principios de Mantenimiento Electromecánico: Nociones de Neumática

Nociones Generales de Neumática

Introducción a la Neumática

La neumática es la tecnología que se basa en el uso del aire comprimido como medio para transmitir energía que permite hacer funcionar mecanismos y realizar fuerzas.

Energía Neumática y sus Aplicaciones

En la actualidad son múltiples las tareas en las que se utilizan circuitos neumáticos para realizar una función determinada. Existen máquinas que aprovechan las elevadas fuerzas que pueden transmitir los sistemas neumáticos para doblar chapas de acero que por otros medios costaría mucho realizar. Algunas atracciones de feria también utilizan un sistema neumático. Los martillos neumáticos que se utilizan para picar el suelo y levantar el asfalto o pavimento también utilizan energía neumática.

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.

Podemos encontrar también elevadores neumáticos (ascensores cuyo movimiento es realizado por un circuito neumático), puertas de autobuses que abren y cierran mediante sistemas neumáticos, etc.

Como vemos, son múltiples las situaciones en las que se utilizan los sistemas neumáticos para realizar alguna acción.

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Ventajas y Desventajas de la Energía Neumática

• Ventajas de la energía neumática:
• Es de fácil captación y abunda en la tierra.
• Rapidez en los accionamientos.
• Simplicidad de los circuitos.
• Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y son fácilmente regulables
• trabajo no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de aire.
• Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos
• El cambio en la temperatura no afecta en forma significativa
• Energía limpia
• Se puede dar cambios instantáneos de sentido.

• Desventajas de la energía neumática
• Cuando los circuitos son muy extensos se producen pérdidas considerables de energía
• Las presiones a las que trabajan no permiten aplicar grandes fuerzas.
• Altos niveles de ruidos.
• Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad).

Características de la Energía Neumática

• Abundante: Disponible para poder comprimirse en cantidades ilimitadas.
• Transporte: Este puede ser fácilmente transportado (tuberías) incluso a grandes distancias.
• Almacenable: El aire comprimido puede ser almacenado en depósitos.
• Limpio: No produce ningún ensuciamiento. Esto es muy importante en las industrias alimenticias, madera, cuero.
• Económico: Elementos de trabajo simples
• Velocidad: Velocidades de trabajo muy elevadas incluso regulables.
• Aprueba de sobrecargas: En el trabajo neumático pueden completarse sin riego alguno de sobrecargas.

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Componentes de un Circuito Neumático

NEUMÁTICA utiliza aire comprimido que circula por circuitos neumáticos para di softw formados por compresor tuberías válvulas distribuidoras unidad de mantenimiento cilindro de simple efecto

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Historia de la Neumática

Orígenes del Uso del Aire Comprimido

El uso del aire comprimido ya se realizaba en la antigüedad para enfriar metales (se utilizaba un fuelle que soplaba aire comprimido sobre el metal al rojo vivo).

Ilustración 1 Catapulta de aire comprimido

Hasta el siglo XVII, la utilización del aire a presión como energía, se realiza en algunas máquinas y mecanismos, como la catapulta de aire comprimido del griego KTESIBIOS, o la descripción en el siglo I de diversos mecanismos que son accionados por aire caliente.

Desarrollo Tecnológico del Aire Comprimido

A partir del siglo XVII, se comienza el estudio sistemático de los gases, y con ello, comienza el desarrollo tecnológico de las diferentes aplicaciones del aire comprimido.

En el siglo XVIII se construye el primer compresor alternativo, en el XIX, se utiliza como fuente energética para perforadoras de percusión, sistemas de correos, frenos de trenes, ascensores, etc.

A partir del siglo XIX cuando empieza a emplearse el aire comprimido para transportar y transmitir energía.

Aproximadamente a mitad del siglo XIX (sobre 1950) se comienza a aplicar la neumática a los procesos de fabricación industrial que hoy conocemos.

Ilustración 2Primera máquina neumática de Robert Boyle

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Evolución y Resurgimiento de la Neumática

A finales del siglo XIX, se deja de desarrollar debido a la competencia de otros tipos de energía (máquinas de vapor, motores y electricidad).

A finales de la Segunda Guerra Mundial, reaparece de nuevo la utilización a gran escala del aire comprimido como fuente de energía, debido, sobre todo, a las nuevas exigencias de automatización y racionalización del trabajo en las industrias.

Estando hoy en día ampliamente implantado en todo tipo de industrias.

Conceptos Básicos de Neumática

Propiedades del Aire Comprimido

El aire es un fluido inagotable en nuestro planeta tierra. Es barato y compresible (se puede comprimir para elevar su presión disminuyendo su volumen). Además, su uso no lleva asociado ningún peligro de chispas y/o explosiones, como sucede con otro tipo de sistemas. En definitiva, es una energía limpia y abundante. La fuerza que es capaz de transmitir para que sea rentable suelen rondar los 20 ó 30.000 N (unos 3.000 kilogramos- fuerza).

Como ocurre con cualquier gas, el aire no tiene una forma definida. Adopta la forma del recipiente que lo contiene.

El aire es una mezcla de gases: 78% de nitrógeno, 21 % de oxígeno. La presión en la superficie de la tierra es denominada presión atmosférica. Esta presión también es denominada presión de referencia.

El aire, como todo gas, puede comprimirse por medio de una acción mecánica exterior hasta alcanzar una presión determinada (muy superior a la presión atmosférica). Esta compresión va a provocar que el aire almacene una energía que posteriormente podrá liberar actuando sobre un elemento de trabajo.

Unidades de Presión en Neumática

Las unidades de presión más utilizadas son:

• Pascal 1 Pa = 1 N/m2 (Sistema Internacional)
• Bar 1 bar = 105 Pa
• Atmósfera 1 atm = 1 kg/cm2

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Medición y Tipos de Presión

Generalmente las instalaciones neumáticas trabajan con presiones comprendidas entre 4 y 8 bar. El instrumento utilizado para medir la presión en instalaciones neumáticas es el manómetro.

Símbolo -

El aire comprimido que se emplea en la industria procede del exterior. Se comprime hasta alcanzar una presión de unos 6 bares de presión, con respecto a la atmosférica (presión relativa).

Presión absoluta = P. atmosférica + P. relativa

Presión de utilización del aire comprimido

Presión Presión absoluta Presión relativa Presión atmosférica (variable)

Presión absoluta, relativa y atmosférica

Los manómetros indican el valor de presión relativa que estamos utilizando.

Ley de Boyle-Mariotte

Cuando modificamos la presión de un recipiente que contiene aire comprimido, se ve modificado el volumen y a la inversa si modificamos su volumen se ve modificada la presión a la que se encuentra, a esta ley se la conoce como ley de Boyle-Mariotte.

P*V= cte

2L -400 300 500 0,75L 600 100 700 1L Pa 0,5L

Ley de Boyle-Mariotte

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Proceso de Creación del Aire Comprimido

CREACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

AIRE ATMOSFÉRICO

PRODUCCIÓN: -compresor refrigerador -acumulador

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO -secado -filtrado -regulación de la presión -lubricación

DISTRIBUCIÓN -tuberias -redes de distribución

REGULACIÓN Y CONTROL -distribución -válvulas de control -sensores

ACTUACIONES NEUMÁTICAS -cilindros -actuadores de giro -motores rotativos,

TRABAJO

Preparación del Aire

Cilindro

AIRE

Válvula

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Componentes de un Circuito Neumático

Elementos de un Sistema Neumático

Los sistemas neumáticos están compuestos de una concatenación de diversos grupos de elementos.

Estos grupos de elementos conforman una vía para la transmisión de señales de mando desde el lado de la emisión de señales (entrada) hasta el lado de la ejecución del trabajo (salida).

Producción y Preparación del Aire Comprimido

(ENTRADA)

En este apartado se explica la producción, la preparación y la calidad del aire comprimido.

Un sistema neumático de cierta complejidad tiene una serie de elementos que permiten comprimir el aire tomado del entorno (compresores), tratarlo y adecuarlo para su uso (filtrado con o sin purga para eliminar impurezas, regular su presión y lubricarlo para reducir rozamientos y desgastes en piezas móviles), almacenarlo (depósito), distribuirlo (red de tuberías), controlarlo (válvulas) y utilizarlo (actuadores neumáticos).

A continuación, vamos a ver con mayor detalle dichos componentes.

El Compresor en Sistemas Neumáticos

El elemento motriz que permite la fuerza de trabajo a través de la presión ejercida por el aire comprimido es el compresor, entendido como una maquina capaz de captar el aire en unas condiciones concretas e impulsarlo a una presión superior a la existente en la entrada.

Los compresores son máquinas que disponen de un motor eléctrico capaz de realizar un caudal de aire en ciclos de compresión, esto es, el compresor proporciona una relación de compresión, que es el cociente entre la presión de entrada y la presión de salida del aire.

Cada circuito se diseña con un rango de caudales y de relación de compresión, adecuados a sus necesidades.

Es el equipo encargado de coger aire del entorno en el que está situado y reducir su volumen por lo que, según la ley de los gases ideales, aumenta su presión.

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Tipos de Compresores

Existen diferentes compresores en función de su principio de funcionamiento. La clasificación podría ser:

• Compresores volumétricos: Son los más utilizados. Su principio de funcionamiento se basa en introducir aire atmosférico en una cámara cerrada donde se reduce su volumen, por lo que aumenta la presión del mismo. Dicha reducción de volumen la pueden realizar mediante pistones (de forma similar a lo que ocurre en el motor de un vehículo), tornillos, etc.
• Compresores alternativos (utilizan pistones).
• Compresores rotativos (de tornillo, scroll, de palas, roots, ... )
• Compresores dinámicos o turbocompresores: Son aquellos que incorporan elementos rotativos que se encargan de aportar energía cinética (energía debida al movimiento) al aire. Su funcionamiento se basa en aumentar la velocidad del aire que aspiran con lo cual aumenta su presión estática. Se dividen en:
• Compresores radiales
• Compresores axiales
• Compresores radiaxiales

depósito compresor filtro

D manó metro termómetro

El compresor tiene que proporcionar un aire comprimido con un grado de pureza tolerado y con el movimiento constante de la presión establecida para cada sistema en la fuente de alimentación, así pues, es preciso la colocación en el circuito de otros elementos auxiliares, tales como depósitos, acumuladores y filtros, que se encuentran en la unidad de mantenimiento.

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