Fundamentos de Neumática Industrial: Circuitos, Componentes y Control

¿Qué es la Neumática?

La neumática es la tecnología que tiene como objetivo el estudio y aplicación del aire comprimido para producir efectos mecánicos deseados. Este aire procede del entorno y se utiliza comprimiéndolo hasta alcanzar una presión de entre 6 y 12 bares respecto a la presión atmosférica.

Magnitudes Fundamentales

• Presión ($P$): Fuerza ejercida perpendicularmente por el aire por unidad de superficie ($P = F / S$).
• Caudal ($Q$): Cantidad de fluido (aire comprimido) que atraviesa una sección de un conducto (tubería) por unidad de tiempo ($Q = V / t$).

Elementos de un Circuito Neumático

El empleo de la neumática provoca la automatización de los procesos industriales, ya que se puede utilizar de dos maneras distintas:

• Como elemento de mando y control: permitiendo que se abran o cierren determinadas válvulas.
• Como elemento motriz: al entrar el aire comprimido en el interior de un cilindro, desplaza su émbolo y vástago hacia adelante o hacia atrás, hace girar un motor neumático o mueve unas pinzas neumáticas.

Compresor

Máquina destinada a elevar la presión del aire que aspiran de la atmósfera. Es mejor situarlos en un lugar sin polvo y lo más fresco posible. Los compresores alternativos de pistón son los más usados y para funcionar es necesario que sean movidos por una energía externa. Existen dos tipos principales de compresores alternativos:

• Compresor de pistón monofásico: Gracias al mecanismo de biela-manivela-émbolo, el movimiento circular del eje del motor se transforma en un movimiento rectilíneo alternativo. Dispone de una válvula de admisión y otra de escape. Al descender el émbolo, la válvula de admisión se abre debido a la depresión, y se cierra la de escape. Debido a la compresión del aire, su temperatura aumenta, pudiendo llegar a los 180 ºC.
• Compresor de pistón bifásico: El aire entra en dos fases. En la primera se comprime entre 3 y 8 bares, y en la segunda puede llegar hasta los 25 bares. Al ser mayor la presión a la que se comprime el aire que en el caso anterior, el calor generado es superior. Para evitar que se deteriore el compresor, es necesario refrigerarlo mediante refrigeradores.

Refrigeradores

Su finalidad es enfriar el aire que se ha calentado en la fase anterior y dejarlo a unos 25 ºC. Aquí se condensa un 75% del agua, la cual se deposita en la parte inferior. Consta de una serie de tubos por los que circula el agua de refrigeración. El aire que se va a refrigerar circula a contracorriente, por el exterior de los tubos. Para compresores de pequeña potencia, se emplea aire para refrigerar.

Acumulador

Depósito que se coloca a continuación del refrigerador y que tiene como objetivo almacenar aire comprimido para suministrarlo en el momento en que se necesite. Suele llevar un dispositivo que enciende o detiene el compresor para que el depósito tenga siempre una presión determinada. Suelen tener manómetros y válvulas de seguridad.

Filtro

Detiene las impurezas que arrastra el aire comprimido: polvo, polen, etc. Su funcionamiento es el siguiente: el aire entra en el filtro por la parte superior izquierda y sufre una centrifugación. Las partículas sólidas más gruesas y las gotas de agua se proyectan contra la pared interna de la cuba y se depositan en la parte inferior. Luego, el aire se filtra a través del elemento filtrante. Así, el aire que salga del filtro no contendrá partículas que puedan dañar los elementos de control y los receptores que se encuentran posteriormente en la instalación.

Regulador de Presión

Mantiene el aire de salida a una presión constante, independientemente de las variaciones de presión que se produzcan a la entrada. Dispone de una membrana en la que actúa por un lado el aire de entrada y por el otro un muelle regulado por un tornillo. Cuando la presión secundaria aumenta, desplaza la membrana, impidiendo el paso del aire.

Lubricador

Último bloque en el desplazamiento del aire a la entrada del circuito. Tiene como objetivo mezclar el aire con aceite para aumentar la vida útil y el rendimiento de los elementos neumáticos, ya que con ello se disminuye el rozamiento y se evita la oxidación. El aire entra en el lubricador que contiene aceite, haciéndolo subir por el tubo, cae en forma de gotas y estas son pulverizadas y transportadas por el aire de salida. Este proceso se basa en el efecto Venturi.

Redes de Distribución

Son las tuberías empleadas para conectar los distintos elementos neumáticos. En instalaciones fijas es mejor que vayan fijadas a la pared, nunca empotradas para poder detectar fácilmente diferentes fugas. Se fabrican en acero, latón, etc.

El tendido de las tuberías puede ser abierto o cerrado, lo que proporciona una alimentación más regular. Se procurará que la inclinación se aproxime a 1,5º en el sentido de la circulación del aire, para facilitar el arrastre de partículas o de gotas de agua.

Regulación y Control

Válvulas Distribuidoras

Se caracterizan por tener un número de vías (número de agujeros) y un número de posiciones (los estados del distribuidor). La identificación de las vías se puede hacer de manera numérica o alfabética. Se dice que una válvula está normalmente cerrada (NC) cuando, sin pulsar ninguno de sus mandos, el paso de aire está cerrado; en caso contrario, se denomina normalmente abierta (NA).

Otras Válvulas de Control

Permiten controlar adecuadamente los distribuidores:

• Válvula antirretorno: Permiten la circulación del aire comprimido en un único sentido, quedando bloqueado su paso en sentido contrario. Para que haya circulación, la presión del aire debe superar la fuerza del muelle.
• Válvula reguladora bidireccional: Regula la cantidad de aire en ambos sentidos gracias a un tornillo exterior.
• Válvula reguladora unidireccional: Sirve para regular el caudal del aire en una sola dirección, mediante un tornillo exterior. Si el aire circula en sentido contrario, la presión levanta la junta, dejando el paso libre.
• Válvula de simultaneidad (Función Y): Para que deje pasar el aire es necesario que este entre simultáneamente por ambos lados, con la misma presión. De esta forma, el pistón se queda en el centro y el aire comprimido puede salir por la salida.
• Válvula selectora de circuito (Función O): Permite la circulación de aire cuando una de las dos entradas dispone de presión.
• Temporizador: Se consigue combinando una válvula reguladora unidireccional y un depósito, colocados en serie. A mayor depósito, mayor duración del retardo.

Accionamiento y Elementos Finales

Existen dos tipos de elementos neumáticos para producir un efecto final:

• Motores: Interiormente llevan una pequeña rueda con palas. Al incidir el aire a presión sobre ellas, hace girar su eje (un ejemplo práctico común es el instrumental de un dentista).
• Cilindros:
  • De simple efecto: El trabajo mecánico solo se realiza en un sentido, cuando la presión del aire desplaza al pistón o émbolo.
  • De doble efecto: Realizan trabajo en los dos sentidos, ya que el aire entra por ambos lados del cilindro desplazándolo en sentido contrario. Para ello, es necesario que el aire que está en la cámara opuesta a la de entrada esté comunicado con el exterior.