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Escuela de Ingeniería Industrial
_____________________________________________________________________________ Robótica y automatización de las operaciones 2016 - I Ing. Luis Vargas Díaz
LECTURA 08
TEMA: NEUMÁTICA
La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la
energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y
por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía
acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.
El nombre de neumática tiene su raíz en el griego neumo "aire. La capacidad de realizar trabajo
se encuentra en la sobrepresión respecto a la presión atmosférica, es decir que para que se
pueda realizar trabajo debe existir una diferencia de presión, de ese modo el aire se verá forzado
a fluir de un espacio a mayor presión hacia un espacio con menor presión y poder expandirse.
Unidad de presión
La unidad en el sistema internación de presión es el Pascal (Pa)
1Pa = 1 N / 𝑚2 (Newton por metro cuadrado)
Se trata de una unidad muy pequeña por lo que existe un acuerdo para utilizar el bar como unidad
de medida.
100,000 Pa = 100 kPa = 1 bar
En neumática la presión es considerada una presión relativa, es decir por encima de la presión
atmosférica.
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APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA NEUMÁTICA
Debido a sus buenas características, actualmente la neumática es ampliamente utilizada en
multitud de aplicaciones y entornos industriales.
La tecnología neumática se usa en sistemas industriales tales como: plataformas elevadoras,
apertura y cierre de puertas o válvulas, embalaje y envasado, máquinas de conformado,
taladrado de piezas, robots industriales, etiquetado, sistemas de logística, prensas, pulidoras,
máquinas - herramientas; etc.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMATICA
La tecnología neumática ofrece importantes ventajas frente otros tipos de tecnologías, como son:
La neumática es capaz de desarrollar grandes fuerzas, mayores que algunas tecnologías
eléctricas.
Utiliza una fuente de fluido disponible e inagotable: el aire.
Es una tecnología muy segura: no genera chispas, incendios, riesgos eléctricos, etc.
Además no es susceptible al ruido eléctrico ni electromagnético.
Es una tecnología limpia, muy adecuada para la industria alimentaria, textil, química, etc.
Es una tecnología muy sencilla, que permite diseñar sistemas neumáticos con gran
facilidad.
La neumática posibilita sistemas con movimientos muy rápidos, precisos, y de gran
complejidad, además las fuerzas que desarrolla son similares a las que alcanza el
esfuerzo humano por eso es de gran utilidad para reemplazar la mano del hombre en
líneas de manufactura.
Las principales desventajas de la neumática son:
El funcionamiento de los sistemas neumáticos es ruidoso, ya que el aire comprimido se
expulsa al exterior una vez ha sido utilizado.
Es una tecnología más costosa que la tecnología eléctrica, pero puede tener buen
rendimiento en sistemas relativamente simples.
Para sistemas elaborados puede tener un sistema de mando voluminoso y costoso, esto
se puede solucionar utilizando un sistema eléctrico para la parte de mando en
combinación con los actuadores neumáticos (electroneumática)
Aunque el peso de un actuador neumático (cilindro) puede ser menor que el de un motor
neumático, el peso del conjunto incluyendo el compresor puede ser mayor y más
voluminoso.
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PARTES DE UN SISTEMA NEUMATICO
Grupo compresor: se encarga de proveer de aire con la presión, flujo y condiciones
necesarias.
Sistema de distribución: se encarga de llevar el aire con pérdidas controladas de
presión desde el lugar de generación hasta la zona donde se utilizará.
Sistema de mando: se encarga de establecer el modo en que el aire llegará hacia los
elementos actuadores en función a los mandos del usuario y el estado de las variables.
Elementos de trabajo: son los elementos que convierten la presión de aire en
movimiento, ya sea rectilíneo (cilindros) o rotacional (motores y turbinas)
GRUPO COMPRESOR
Los sistemas neumáticos utilizan como fluido el aire comprimido que es suministrado por una
estación productora cuyo principal componente es el compresor que aspira aire a la presión
atmosférica y lo comprime a una presión más elevada. El compresor recibe el movimiento de un
motor eléctrico o de uno de combustión.
Las principales características de un compresor son el caudal y la presión máxima que puede
suministrar. Las redes de aire comprimido suelen trabajar entre los 3 y los 10 bares.
El grupo compresor está formado por:
El compresor: es el dispositivo que comprime el aire de la atmósfera hasta que alcanza
la presión de funcionamiento de la instalación.
El acumulador: es un tanque o depósito donde se almacena el aire a presión para su
posterior utilización.
La unidad de mantenimiento: que se encargan de acondicionar al aire comprimido,
protegiendo el circuito para que la instalación neumática pueda funcionar sin averías.
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EL COMPRESOR
El compresor es la unión de un motor y una unidad compresora, el motor puede ser eléctrico o
de combustión interna, lo importante es que provea movimiento para accionar la unidad
compresora.
Existen varios tipos de compresores que se pueden ordenar de la siguiente forma:
Compresor de caudal (turbocompresor)
o Turbocompresor radial
o Turbocompresor axial
Compresor de embolo
o De embolo rotativo
Compresor de engranajes
Compresor de tornillo
Compresor rooths
o De embolo oscilante
Compresor de embolo de dos etapas
Compresor de embolo de dos etapas y doble acción
Compresor de embolo con membrana
Compresor de caudal
Es también llamado turbina o turbocompresor, se encarga de comprimir el aire por
desplazamiento.
Los compresores de tipo turbina no producen grandes presiones pero proveen de caudales
importantes, son utilizados para alimentar actuadores que requieren flujos grandes de aire como
los motores de tipo turbina. No existe estanquidad entre las etapas de admisión y compresión.
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Compresores de émbolo
Son compresores que adicionan masa de aire tomado en la etapa de admisión y lo traslada a la
etapa de compresión, ambas etapas se encuentran herméticamente separadas.
Compresor de émbolo rotativo
Compresor de engranajes
Estas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranajes se separan
en el lado de succión del compresor, el aire llena el espacio entre ellos. Este se conduce en
trayectoria circular hacia fuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes.
Compresor de tornillo
La aspiración y la compresión se efectúan por dos tornillos, uno engrana en el otro. La
compresión se realiza axialmente. Pueden obtenerse a presiones de 1000kPa (10 bar) caudales
entre 30 a 170 m³/min.
Compresor Rooths
Dos llaves que giran en sentido inverso encierran cada vuelta un volumen de aire entre la pared
y su perfil respectivo. Este volumen de aire es llevado al fin del giro a la presión deseada
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Compresor de émbolo oscilante
Este compresor aspira el aire a la presión atmosférica y luego lo comprime. Se compone de las
válvulas de admisión y escape, émbolo y biela-manivela.
Admisión: El árbol gira en el sentido del reloj. La biela desciende el émbolo hacia abajo y la
válvula de admisión deja entrar aire 10º después del punto muerto superior, hasta el punto muerto
inferior.
Escape: En el punto muerto inferior le válvula se cierra, y al ascender el émbolo se comprime el
aire. Bajo el efecto de la presión, se abre y circula el aire comprimido hacia el consumidor.
Compresor de embolo de dos etapas
El movimiento molecular, provoca una elevación de la temperatura: Ley de transformación de la
energía. Si se desean obtener presiones mayores es necesario disminuir la temperatura.
En este tipo de compresores existe una cámara de enfriamiento del aire antes de pasar a la
segunda compresión.
Compresor de embolo de dos etapas, doble acción
La compresión se efectúa por movimiento alternativo del émbolo. El aire es aspirado,
comprimido, enfriado y pasa a una nueva compresión para obtener una presión y rendimiento
superior. Se utiliza ambas carreras de cada embolo para optimizar el tiempo y energía.
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EL ACUMULADOR
La mayoría de los compresores incluyen un depósito o tanque que actúa como acumulador.
El aire comprimido generado por el compresor se almacena en el depósito, para evitar que el
compresor tenga que estar siempre trabajando. El compresor sólo se vuelve a poner en marcha
cuando la presión en el depósito sea baja (ahorrando así la gasolina o electricidad necesarias
para mover el motor del compresor)
Tiene la finalidad de almacenar el aire comprimido que proporciona el compresor. Su fin principal
consiste en adaptar el caudal del compresor al consumo de la red. Debe cumplir varios requisitos;
entre ellos: una puerta para inspección interior, un grifo de purga, un manómetro, válvula de
seguridad, válvula de cierre, e indicador de temperatura. Puede colocarse horizontal o
verticalmente, pero a ser posible alejado de toda fuente calorífica, para facilitar la condensación
del vapor de agua procedente del compresor.
Presostato: se trata de un sensor de presión que conecta o desconecta el motor del compresor.
Si la presión del depósito desciende, el presostato activa el compresor para mantener la presión
en el depósito
Válvula de seguridad: En caso de avería del compresor, se podría inyectar aire comprimido al
depósito de forma continuada, provocando un peligroso aumento de la presión en el depósito.
Para evitar esta situación, el depósito añade una válvula que deja escapar aire al exterior en
caso de que la presión sea muy alta
Sus funciones en una instilación de aire comprimido son:
• Amortiguar las pulsaciones del caudal de la salida de los compresores.
• Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de manera
continua, sino intermitente.
• Hacer frente a las demandas punta del caudal sin que se provoquen caídas de presión.
Por lo general los depósitos son cilíndricos de chapa de acero. Los factores que influyen en el
dimensionamiento de los depósitos son el caudal del compresor (mínimo debe tener 1/10 el
volumen entregado en un minuto por el compresor, las variaciones de demanda, y la
refrigeración.
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LA UNIDAD DE MANTENIMIENTO
Antes ser inyectado en el circuito, el aire es acondicionado por la unidad de mantenimiento para
proteger las válvulas y actuadores hacia los que el aire se dirige. Esta preparación del aire la
ejecutan los 3 elementos de los que consta la unidad:
Filtro de aire: El filtro de aire tiene como misión retener las impurezas que arrastra la corriente
de aire comprimido (vapor de agua o aceite, polvo, carbonilla...).
El filtro de aire no regula la presión. Debe limpiarse o sustituirse periódicamente, pues, cuando
las impurezas retenidas en la materia filtrante obstaculizan el paso del aire, se aumentan las
pérdidas de carga. Por ello, la mayoría de los filtros son transparentes y se ve el nivel de
impurezas.
Evidentemente, hay que realizar una limpieza periódica del mismo o sustituir cuando sea
necesario. Incluye una llave de purga para desalojar los líquidos condensados
Regulador de presión: (con manómetro): mantiene la presión constante, para evitar
fluctuaciones que pongan en riesgo el funcionamiento de la instalación.
Es un mecanismo que reduce la presión del aire de los conductos principales una vez que sale
del compresor. Actúa tanto en presiones moderadas como cuando hay cambios bruscos de
presión. Dispone de un manómetro en el que puede verse la presión a la que se ha ajustado.
Lubricador: inyecta aceite lubricante en el aire comprimido para evitar oxidaciones y corrosión
en los elementos neumáticos, y para engrasar las partes móviles del circuito.
El engrasador añade al aire una pequeña cantidad de aceite pulverizado en finas gotas. La
pulverización se basa en el efecto Venturi.
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SISTEMA DE DISTRIBUCION
Es el conjunto de conductos que distribuyen el aire comprimido a toda la instalación. Las conducciones principales suelen ser tuberías metálicas, mientas que para las derivaciones finales hacia los actuadores se usan tubos plásticos de polietileno o mangueras de goma.
El diámetro de los conductores neumáticos debe ser calculado según el flujo y la presión a la
que se va a trabajar. El ancho de la pared de tubería está ligado a la presión que habrá de
soportar la tubería. El diámetro del tubo está ligado al flujo que habrá de discurrir por los
conductos, si no se calcula apropiadamente el diámetro habrá una pérdida de presión por
resistencia de la tubería.