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La neumática industrial es un término tecnológico que se centra en el estudio y la aplicación del gas presurizado como medio de transferencia de energía utilizado para facilitar el movimiento mecánico. En un lugar fijo, como una fábrica, la instalación está conectada por tuberías para distribuir aire comprimido a herramientas estacionarias, maquinaria de la línea de montaje, sistemas de limpieza entre otras más. El aire comprimido es el medio más utilizado en comparación con otros fluidos tóxicos necesarios para la transferencia de energía a través de la hidráulica – el aire comprimido no supone ningún peligro para la salud o el medio ambiente en caso de fuga – por no mencionar el hecho de que el aire ambiente es gratuito.

Cómo funciona la neumática industrial

Por su naturaleza, el aire es fácilmente compresible, por lo que los sistemas neumáticos tienden a absorber golpes excesivos, una característica útil en algunas aplicaciones. La mayoría de los sistemas neumáticos trabajan a una presión de aproximadamente 100 psi, una pequeña fracción de los 3,000 a 5000 psi que algunos sistemas hidráulicos soportan. Como tal, la neumática se utiliza generalmente cuando se trata de cargas mucho más pequeñas. Pero en algunos círculos está más de moda referirse a ella como un tipo de control de automatización industrial.

Un sistema neumático generalmente utiliza un compresor de aire para reducir el volumen de aire, aumentando así la presión del gas. El gas presurizado viaja a través de mangueras neumáticas y es controlado por válvulas en el camino al actuador. El suministro de aire en sí debe ser filtrado y monitoreado constantemente para mantener el sistema operando eficientemente y los diferentes componentes funcionando correctamente. Esto también ayuda a asegurar una larga vida útil del sistema.

En los últimos años, el control disponible en los sistemas neumáticos (gracias a la electrónica y a los componentes avanzados) ha aumentado mucho. Donde antes los sistemas neumáticos no podían competir con muchos sistemas electrónicos de automatización comparables, hoy en día la tecnología está experimentando un renacimiento.

Qué es un sistema de control neumático

Cuando hablamos de control neumático industrial o de un sistema de control neumáticos, simplemente estamos hablando de un dispositivo mecánico o una serie de dispositivos que utilizan aire comprimido para realizar una tarea en particular. Los dispositivos neumáticos portátiles y/o autónomos de menor tamaño pueden depender de gases comprimidos contenidos en el cilindro que pueden incluir nitrógeno libre de oxígeno. Cuando se utilizan gases OFN u otros gases suministrados por el cilindro, se deben de tener las precauciones de ventilación adecuadas.

En la neumática industrial se suele utilizar el aire como medio de gas porque el aire es muy abundante y puede ser fácilmente expulsado a la atmósfera después de completar la tarea asignada. Además, el sistema neumático es menos costoso de construir. Es por ello que en el sistema neumático simplemente se utiliza el aire para transmitir energía. El aire tiene mayor suministro en todas partes. Cuando el aire se comprime, se puede utilizar para realizar trabajos.

Además de los controles neumáticos y los sistemas de control neumático, la energía neumática se utiliza con frecuencia en aplicaciones familiares como:

  • Frenos de aire en una amplia variedad de vehículos de transporte, incluyendo trenes
  • Una pistola de clavos neumática de carpintero o llaves eléctricas usadas por los mecánicos de automóviles.
  • Sistemas de control HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado )
  • Martillos neumáticos utilizados por el personal de la construcción u otros equipos de trabajo
  • Órganos tubulares
  • Estructuras inflables
  • Correo neumático u otros sistemas de entrega de documentos
  • Máquinas de ejercicio
  • Compresores de aire de inflado de neumáticos en la gasolinera.

 

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¿Cuáles son los elementos de un sistema neumático industrial?

Los componentes o elementos básicos de un sistema neumático industrial son casi universales, a pesar de la gran variedad de especificaciones disponibles para las unidades individuales. A continuación se detalla cuales son los componentes básicos que forman parte de cada sistema neumático:

Compresor

Bomba que comprime el aire, lo eleva a una presión más alta y lo lleva al sistema neumático (a veces, también se puede utilizar para generar un vacío).

Válvula de retención

La válvula unidireccional  permite la entrada de aire presurizado en el sistema neumático, pero  evita el reflujo (y la pérdida de presión) en el compresor cuando éste se detiene.

Acumulador

Almacena el aire comprimido, evitando sobre presiones y aliviando el ciclo de trabajo del compresor.

Válvula direccional

Controla el flujo de aire presurizado desde la fuente hasta el puerto seleccionado. Algunas válvulas permiten el escape libre del puerto no seleccionado. Estas válvulas pueden ser accionadas manual o eléctricamente (las válvulas típicamente provistas en los primeros kits usan solenoides dobles para cambiar la dirección de la válvula, basándose en las señales de entrada del sistema de control).

Actuador

Convierte la energía almacenada en el aire comprimido en movimiento mecánico. En la imagen de arriba se muestra un pistón lineal. Las herramientas alternativas incluyen actuadores rotativos, herramientas de aire, vejigas de expansión, etc.

¿Cuáles son las aplicaciones de la neumática? Ejemplos

Los sistemas de neumática industrial se utilizan desde hace muchos años en los procesos de producción. Como tal ha adquirido un lugar preferente en la industria moderna. La neumática es la tecnología de potencia de fluidos que más se aplica en las diferentes industrias. En el sistema neumático, el aire comprimido actúa como medio de trabajo y de control.

Cada vez más, la neumática se está utilizando de formas interesantes que habrían sido impensables hace una o dos décadas. En aplicaciones creativas, desde la robótica hasta los músculos neumáticos que se contraen cuando se activan sin necesidad de actuadores, como lo hacen los músculos biológicos. Por su parte, la neumática industrial está en constante evolución, mostrando no sólo la creatividad de la comunidad de ingenieros, sino también la flexibilidad y adaptabilidad inherentes a esta importante tecnología.

En definitiva, su uso más común se ha extendido a industrias tales como: industrias manufactureras, industria del automóvil, fabricantes de máquinas herramienta y fabricantes de electrodomésticos. Igualmente, se aplica en industrias de procesamiento, como la química, petroquímica, alimentaria, textil, papel, etc.

Entre sus aplicaciones más comunes dentro de los procesos productivos se utiliza con frecuencia en:

  • Lavado de coches
  • Accionar actuadores lineales y rotativos.
  • Abrir y cerrar las puertas.
  • Sistemas de ensayo
  • Maquinaria para plásticos
  • Estaciones petrolíferas
  • Sistemas de refrigeración
  • Equipos de manipulación de materiales
  • Equipos médicos y operaciones de control lógico.
  • En martillos y tuercas de martillos.
  • En operaciones de máquinas herramienta.
  • En procesos de conformado de metales.
  • En el sistema de frenos de automóviles, vagones de ferrocarril, vagones de metro etc.
  • Prensas de impresión.

Ventajas de los sistemas neumáticos

Los sistemas neumáticos se han instaurado con fuerza en la industria para el accionamiento de máquinas automáticas, debido a las diversas ventajas que aportan a los procesos productivos en las empresas.  A continuación se describen las más destacadas.

Alta efectividad

Hay un suministro ilimitado de aire en la atmósfera para producir aire comprimido. También existe la posibilidad de almacenar el aire en grandes volúmenes. El uso de aire comprimido no está limitado por la distancia, ya que se puede transportar fácilmente a través de tuberías. Después de su uso, el aire comprimido puede ser liberado directamente a la atmósfera sin necesidad de ser procesado.

Alta durabilidad y fiabilidad

Los componentes del sistema neumático son duraderos y no se pueden dañar fácilmente. En comparación con los componentes electromotrices, los componentes neumáticos son más duraderos y fiables.

Diseño simple

El diseño de los componentes del sistema de control neumático es relativamente simple. Por lo tanto, son más adecuados para su uso en sistemas de control automático sencillos. Existe la posibilidad de elegir entre movimientos como el movimiento lineal o el movimiento rotativo angular con velocidades de trabajo simples y variables de forma continua.

Alta adaptabilidad a ambientes agresivos

En comparación con los elementos de otros sistemas, el aire comprimido se ve menos afectado por las altas temperaturas, el polvo, los ambientes corrosivos, etc. Por lo tanto, son más adecuados para entornos difíciles.

Aspectos de seguridad

La neumática industrial es más segura que los sistemas electromotrices porque pueden trabajar en ambientes inflamables sin causar fuego o explosión. Aparte de eso, la sobrecarga en el sistema neumático sólo conduce al deslizamiento o a la interrupción del funcionamiento. A diferencia de los componentes del sistema electromotriz, los componentes del sistema neumático no se queman ni se sobrecalientan cuando se sobrecargan.

Fácil selección de velocidad y presión

Las velocidades de movimiento rectilíneo y oscilante de los sistemas neumáticos son fáciles de ajustar y están sujetas a pocas limitaciones. La presión y el volumen del aire comprimido se pueden ajustar fácilmente con un regulador de presión.

Respetuoso con el medio ambiente

El funcionamiento de los sistemas neumáticos no produce contaminantes. Esta tecnología no contamina el medio ambiente y con un tratamiento adecuado del aire de escape se pueden instalar de acuerdo con los estándares de seguridad y medio ambiente. Por lo tanto, los sistemas neumáticos pueden funcionar en entornos que exigen un alto nivel de limpieza. Un ejemplo son las líneas de producción de circuitos integrados.

Económico

Los componentes del sistema de control neumático no son caros, los costes de los sistemas neumáticos son bastante bajos. Además, como los sistemas neumáticos son muy duraderos, el coste de mantenimiento es significativamente menor que el de otros sistemas.

Inconvenientes de los sistemas neumáticos

Aunque la neumática industrial, como hemos visto anteriormente, tiene muchas ventajas, también está sujeta a diferentes limitaciones en su uso en los sistemas de producción. Estas limitaciones se indican a continuación.

Precisión relativamente baja

Los sistemas de control neumático están alimentados por la fuerza del aire comprimido, por lo que su funcionamiento está sujeto al volumen del aire comprimido. Como el volumen de aire puede cambiar cuando se comprime o se calienta, el suministro de aire al sistema puede no ser exacto, causando una disminución en la precisión general del sistema.

Baja carga

Los cilindros utilizados en los sistemas neumáticos no son muy grandes, por lo que un sistema neumático no puede accionar cargas demasiado pesadas.
El aire comprimido debe ser procesado antes de su uso para asegurar la ausencia de vapor de agua o polvo. De lo contrario, las partes móviles de los componentes neumáticos pueden desgastarse rápidamente debido a la fricción.

Velocidad de movimiento desigual

El aire se puede comprimir fácilmente, por lo que las velocidades de movimiento de los pistones son relativamente desiguales.

Ruido

El ruido se produce normalmente cuando el aire comprimido se libera de los componentes neumáticos.

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