Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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La neumática constituye una herramienta muy importante dentro del control automático en la industria , enumeramos aquí los conceptos mas importantes destinados a operarios y encargados de mantenimiento 


1. Introducción

1.1 La evolución en la técnica del aire comprimido

El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos físicos.

El descubrimiento consciente del aire como medio - materia terrestre - se remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo más o menos consciente con dicho medio.

El primero del que sabemos con seguridad es que se ocupó de la neumática, es decir, de la utilización del aire comprimido como elemento de trabajo, fue el griego KTESIBIOS. Hace más de dos mil años, construyó una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como energía procede del siglo I de nuestra era, y describe mecanismos accionados por medio de aire caliente.

 

 

 

 

De los antiguos griegos procede la expresión "Pneuma", que designa la respiración, el viento y, en filosofía, también el alma.

Como derivación de la palabra "Pneuma" se obtuvo, entre otras cosas el concepto Neumática que trata los movimientos y procesos del aire.

Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando empezaron a investigarse sistemáticamente su comportamiento y sus reglas. Sólo desde aprox. 1950 podemos hablar de una verdadera aplicación industrial de la neumática en los procesos de fabricación.

Es cierto que con anterioridad ya existían algunas aplicaciones y ramos de explotación como por ejemplo en la minería, en la industria de la construcción y en los ferrocarriles (frenos de aire comprimido).

La irrupción verdadera y generalizada de la neumática en la industria no se inició, sin embargo, hasta que llegó a hacerse más acuciante la exigencia de una automatización y racionalización en los procesos de trabajo.

A pesar de que esta técnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayoría de los casos a falta de conocimiento y de formación, fueron ampliándose los diversos sectores de aplicación.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales más variados se utilicen aparatos neumáticos.

Ventajas de la Neumática

  • El aire es de fácil captación y abunda en la tierra
  • El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas.
  • Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables
  • El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete.
  • Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente.
  • Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa.
  • Energía limpia
  • Cambios instantáneos de sentido

Desventajas de la neumática

  • En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables
  • Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado
  • Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas
  • Altos niveles de ruido generados por la descarga del aire hacia la atmósfera

Física de sólidos y fluidos

En general la materia se clasifica como uno de tres estados: sólido, líquido o gaseoso. Por la experiencia cotidiana sabemos que un sólido tiene un volumen y forma definidos. Un ladrillo mantiene su forma y tamaño día tras día. Sabemos también que un líquido tiene un volumen definido, mas no una forma definida. Por ejemplo, podemos echar leche en cualquier frasco y ésta siempre cabrá, claro, también depende de la capacidad de la vasija. Por último, un gas no tiene ni volumen ni forma definidos. Ejemplo de esto son las nubes, a las que siempre vemos con formas caprichosas. Estas definiciones nos ayudan a ilustrar los estados de la materia, aunque son un poco artificiales. Por ejemplo, el asfalto y los plásticos por lo general se consideran sólidos, pero durante largos espacios de tiempo tienden a fluir como líquidos.

Asimismo, la mayor parte de las sustancias pueden ser un sólido, líquido o gas (o combinaciones de éstos), según la temperatura y presión. En general, el tiempo que, tarda una sustancia particular en cambiar su forma en respuesta a una fuerza externa determina si consideramos a la sustancia como líquido, sólido o gas.

Un fluido es un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas por fuerzas cohesivas débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente. Tanto los líquidos como los gases son fluidos.

Pero, ¿qué son las fuerzas cohesivas?

Las fuerzas cohesivas, o de cohesión son las fuerzas con que se mantienen unidas las moléculas de un cuerpo.

Características y diferencias entre sólidos y gases

Características de los sólidos
-Tienen forma y volumen definidos.
-No toman la forma del recipiente que los contiene.
-Sus fuerzas de cohesión son estables.

Ejemplos:
Un cuaderno, por más que lo dobles y maltrates no va a perder nunca su forma ni a aumentar o disminuir de tamaño; un borrador entrará en un estuche más grande pero no en uno más chico y por último, un lápiz no se va a desintegrar de la nada, se hará polvo si lo rompemos en pedacitos.

Características de los gases
-No tienen forma ni volumen definidos.
-Toman la forma del recipiente que los contiene.
-Sus fuerzas de cohesión son inestables..

1.2 Propiedades del aire comprimido

Causará asombro el hecho de que la neumática se haya podido expandir en tan corto tiempo y con tanta rapidez. Esto se debe, entre otras cosas, a que en la solución de algunos problemas de automatización no puede disponerse de otro medio que sea más simple y más económico.

¿Cuáles son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su popularidad?

· Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas.

· Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno.

· Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas).

· Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura , garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas.

· Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras.

· Limpio : El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero .

· Constitución de los elementos : La concepción de los elementos de trabajo es simple si, por tanto, precio económico.

· Velocidad : Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas.(La velocidad de trabajo de cilindros neumáticos pueden regularse sin escalones.)

· A prueba de sobrecargas : Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden hasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas.

Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las propiedades adversas.

· Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes).

· Compresible : Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades uniformes y constantes.

· Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).

· Escape : El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes.

· Costos: El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara ; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio económico y el buen rendimiento (cadencias elevadas).

1.3 Rentabilidad de los equipos neumáticos

Como consecuencia de la automatización y racionalización, la fuerza de trabajo manual ha sido reemplazada por otras formas de energía; una de éstas es muchas veces el aire comprimido

Ejemplo: Traslado de paquetes, accionamiento de palancas, transporte de piezas etc.

El aire comprimido es una fuente cara de energía, pero, sin duda, ofrece indudables ventajas. La producción y acumulación del aire comprimido, así como su distribución a las máquinas y dispositivos suponen gastos elevados. Pudiera pensarse que el uso de aparatos neumáticos está relacionado con costos especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en el cálculo de la rentabilidad es necesario tener en cuenta, no sólo el costo de energía, sino también los costos que se producen en total. En un análisis detallado, resulta que el costo energético es despreciable junto a los salarios, costos de adquisición y costos de mantenimiento.

1.4 Fundamentos físicos

La superficie del globo terrestre está rodeada de una envoltura aérea. Esta es una mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composición:

Nitrógeno aprox. 78% en volumen
Oxígeno aprox. 21% en volumen

Además contiene trazas, de bióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón, helio, criptón y xenón.

Para una mejor comprensión de las leyes y comportamiento del aire se indican en primer lugar las magnitudes físicas y su correspondencia dentro del sistema de medidas. Con el fin de establecer aquí relaciones inequívocas y claramente definidas, los científicos y técnicos de la mayoría de los países están en vísperas de acordar un sistema de medidas que sea válido para todos, denominado "Sistema internacional de medidas", o abreviado "SI".

 

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