Introducción a la Neumática

1. Introducción

La neumática es la técnica que estudia y aplica el aire comprimido a través de circuitos e instalaciones. Estas instalaciones neumáticas comprenden desde las máquinas generadoras de aire hasta los dispositivos que transforman la energía neumática en trabajo útil.

Ventajas de la neumática:

• El aire es una fuente de energía abundante y accesible.
• Facilidad de transporte y almacenamiento.
• Mantenimiento, manejo y utilización de componentes sencillos.

Desventajas de la neumática:

• El aire comprimido requiere tratamiento previo a su uso.
• Instalaciones costosas.

2. Magnitudes en Neumática

El aire atmosférico es un fluido (gas) ideal para sistemas neumáticos debido a su abundancia, limpieza, facilidad de almacenamiento y transporte.

Como cualquier gas, el aire se puede comprimir mediante acción mecánica hasta alcanzar una presión superior a la atmosférica, generalmente entre 6 y 12 bares.

Las dos magnitudes fundamentales en neumática son la presión y el caudal.

2.1 Presión

La presión (P) se define como la fuerza (F) aplicada sobre una superficie (S):

P = F / S

Las unidades de presión más comunes se detallan a continuación, siendo el Pascal (Pa) la unidad del Sistema Internacional:

• Pascal (Pa)
• Hectopascal (hPa) - 1 hPa = 10² Pa
• Kilopascal (kPa) - 1 kPa = 10³ Pa
• Megapascal (MPa) - 1 MPa = 10⁶ Pa

En neumática e hidráulica se utiliza la siguiente aproximación:

1 bar = 1 atm = 1 kp/cm² = 10⁵ Pa

2.2 Caudal

El caudal (Q) se refiere a la cantidad de fluido (aire a presión) que atraviesa una sección de un conductor (tubería) en un tiempo determinado:

Q = V / t

Donde:

• V: volumen del fluido (m³)
• t: tiempo (s)
• Q: caudal (m³/s)

En la práctica, se suelen utilizar litros por segundo (l/s) o decímetros cúbicos por segundo (dm³/s) y metros cúbicos por hora (m³/h).

3. Elementos de Producción y Tratamiento del Aire Comprimido

3.1 Compresores

Los compresores son máquinas que elevan la presión del aire atmosférico a un valor deseado. Se instalan en lugares limpios y frescos, y aspiran aire a través de un conducto con filtro.

Tipos de compresores:

a) Volumétricos: Reducen el volumen del aire en un recipiente hermético, aumentando su presión.

• Alternativos de pistón:
  1. El émbolo baja, abriendo la válvula de admisión y llenando el cilindro de aire.
  2. El émbolo sube, cerrando la válvula de admisión y comprimiendo el aire.
  3. Se abre la válvula de escape, liberando el aire comprimido (3-10 bar).
• Rotativos de paletas: Un rotor con paletas gira creando pequeñas cámaras de aire de volumen variable que comprimen el aire gradualmente. Son silenciosos, compactos y alcanzan hasta 8 bares.
• Rotativos de tornillo: Dos tornillos helicoidales giran comprimiendo el aire que entra por la válvula de admisión y lo expulsan por la válvula de escape.

b) Dinámicos: Aumentan la velocidad del aire a través de diferentes cámaras, convirtiendo la energía cinética en energía de presión.

Símbolo de un compresor:

[Insertar símbolo de compresor]

3.2 Refrigerador

Enfría el aire comprimido, que puede alcanzar altas temperaturas, hasta aproximadamente 23 °C. La refrigeración condensa el 75% del agua en el aire, que se acumula en la parte inferior para su posterior drenaje.

Consiste en un conjunto de tubos por los que circula agua, mientras que el aire circula en sentido contrario por el exterior.

3.3 Secador

Reduce el contenido de vapor de agua en el aire comprimido.

Símbolo del secador:

[Insertar símbolo de secador]

3.4 Filtro

Elimina las impurezas del aire comprimido mediante un proceso de centrifugado. Las partículas sólidas y las gotas de agua son proyectadas contra las paredes del filtro y se depositan en la parte inferior.

Símbolo del filtro:

[Insertar símbolo de filtro]

3.5 Acumulador

Almacena el aire comprimido para suministrarlo durante picos de consumo. Generalmente, un sensor controla la presión del acumulador, activando o deteniendo el compresor según sea necesario.

Símbolo del acumulador:

[Insertar símbolo de acumulador]

Los acumuladores suelen incluir manómetro, termómetro, válvulas de seguridad, válvula reguladora de presión y grifo de purga.

• Manómetro: Controla la presión dentro del acumulador.
• Válvula reguladora de presión: Mantiene la presión de salida constante, independientemente de las fluctuaciones de la red o el consumo de aire.
• Válvula de seguridad: Se activa cuando la presión supera un límite establecido, liberando aire al exterior para evitar sobrepresiones peligrosas.
• Grifo de purga: Permite drenar el agua condensada.