Fundamentos Esenciales de la Neumática Industrial y Componentes del Circuito de Aire Comprimido

Introducción a la Neumática

La neumática es la técnica que se dedica al estudio y la aplicación del aire comprimido. Un circuito neumático está formado por:

• Compresor: Suministra presión.
• Depósito (Acumulador): Almacena el aire.
• Secador y Filtro: Acondicionan el aire.
• Válvulas: Regulan el flujo.
• Cilindros: Realizan el trabajo.

Todo el sistema está conectado por tuberías, que canalizan el caudal.

Principios Físicos Fundamentales

Relaciones de Presión y Unidades

Presión absoluta = Presión relativa + Presión atmosférica

Equivalencias comunes de presión:

• 1 kp/cm² = 1 atm = 1 bar = 10⁵ Pascales (Pa)
• 1 kp/cm² ≈ 10.19 mH₂O
• 1 kp/cm² ≈ 75 cm Hg

Conversión de fuerza: 1 kp = 9.8 N (Newtons)

Definiciones Clave

Fuerza (F)

Causa capaz de producir cambios. Se mide en Newtons (N).

Presión (P)

Fuerza que se ejerce por unidad de superficie. Se mide en Pascales (Pa).

• P = F/S
• F = P · S

Trabajo (W) y Energía (E)

Cuando una fuerza produce desplazamiento, se produce trabajo. Se mide en Julios (J).

• W = F · e (donde e es el desplazamiento)
• Incremento de volumen (ΔV) = S · e
• W = F · e = P · S · e = P · ΔV

Energía: Capacidad de realizar un trabajo.

Caudal (Q)

Cantidad de volumen que fluye a través de una sección por unidad de tiempo. Se mide en m³/s.

• Q = V/t
• Q = (S · e) / t = S · v (donde v es la velocidad)

Potencia (P)

Trabajo realizado por unidad de tiempo. Se mide en Vatios (W).

• P = W/t
• P = (P · ΔV) / t
• P = Q · P (Caudal por Presión)

Rendimiento (η)

Cociente entre el trabajo útil y el trabajo motor.

• η = Trabajo útil / Trabajo motor

Componentes del Circuito Neumático

Generación y Tratamiento del Aire Comprimido

Compresores

Elevan la presión del aire que aspiran de la atmósfera. Se caracterizan por dos magnitudes:

1. La presión que comunican al aire.
2. El caudal que son capaces de proporcionar.

Tipos de Compresores

• Volumétricos: El aire es confinado dentro de un compartimento hermético y reducido a un volumen inferior.
• Dinámicos: El aire aumenta su velocidad, transformándose la energía cinética en energía de presión.

Compresor de Pistón Monofásico

Transforma el movimiento circular de un eje, procedente del motor, en movimiento rectilíneo alternativo mediante un mecanismo biela-manivela. Produce entre 3 y 10 bar.

Compresor de Pistón Bifásico

El aire se comprime en dos fases: en la primera, alcanza entre 3 y 5 bar y se refrigera hasta 25 °C para luego comprimirse hasta 25 bar.

Refrigerador

Formado por tubos por los que circula agua. Su función es condensar la humedad generada por las altas temperaturas del aire comprimido.

Acumulador (Depósito)

Almacena el aire comprimido. Dispone de un sensor para activar o desactivar el compresor según el nivel de aire en el depósito.

Secador

Reduce el contenido de H₂O (humedad).

• Secado por Absorción: El aire entra por la parte inferior, pasando por material poroso que absorbe la humedad.

Filtración

Detiene las impurezas de la atmósfera (aunque el compresor ya lleva un filtro) y las partículas provenientes de la soldadura de las tuberías. El funcionamiento típico es: el aire entra por la parte superior y se centrifuga, haciendo que las partículas más gruesas y el H₂O caigan.

Regulador de Presión

Mantiene el aire de salida a una presión constante. Cuando la presión secundaria aumenta, desplaza la membrana e impide el paso. Cuando la presión de salida disminuye, la membrana vuelve a su posición original, permitiendo el flujo.

Lubricación

Mezcla el aire con aceite para el mantenimiento y la protección de los componentes del circuito.

Tuberías

Son las redes de distribución, fijadas a la pared mediante abrazaderas (nunca empotradas), facilitando acoplamientos y la revisión de fugas.

• Tipo Abierto: Con tomas de aire en un solo sentido.
• Tipo Cerrado: Permite la circulación de aire en dos direcciones.

Elementos de Control y Distribución

Válvulas Neumáticas

Regulan el paso del aire. Se clasifican en tres tipos principales:

1. Válvulas de Dirección.
2. Válvulas Antirretorno.
3. Válvulas de Regulación (Presión y Caudal).

Válvulas de Dirección

Se clasifican según el número de orificios (vías) y el número de posiciones. La identificación se realiza como Vías/Posiciones (ej: 3/2). Una válvula está cerrada cuando el paso de aire se interrumpe sin pulsar ninguno de sus botones o accionamientos.

Ejemplos comunes: 2/2, 3/2, 4/2, 5/2.

Válvulas Antirretorno

Permiten la circulación de aire comprimido en un solo sentido. El aire solo pasa si la presión que ejerce es mayor que la fuerza que opone el muelle interno.

Válvula Reguladora Unidireccional

Regula el caudal de aire en un solo sentido. Posee una membrana que deja paso libre en el sentido opuesto a la regulación.

Válvula Reguladora Bidireccional

Regula el caudal de aire comprimido en ambos sentidos. El aire debe pasar a través de un estrechamiento para reducir el flujo.

Válvula de Simultaneidad (Función 'Y')

Permite la circulación de aire solo cuando ambas entradas disponen de presión (función lógica AND).

Válvula Selectora de Circuito (Función 'O')

Permite la circulación de aire cuando al menos una de las dos entradas dispone de presión (función lógica OR).

Temporizador Neumático

Combinación de una válvula reguladora unidireccional y un depósito conectados en serie, lo que permite generar un retraso en la conexión o desconexión del circuito.