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. |
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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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