Neumática: Historia, Características y Principios Fundamentales

Evolución y Características del Aire Comprimido

Hitos Históricos en la Neumática

• 1500: Fuelle de mano y de pie.
• 1688: Máquina de émbolos.
• 1762: Cilindro soplante.
• 1776: Prototipo de compresor.
• 1857: Perforación del túnel de Mont Cenis (taladro neumático).
• 1869: Freno para ferrocarril.
• 1888: Red de distribución de correspondencia por aire en París.

El conocimiento y la aplicación del aire comprimido tomaron consistencia a partir de la segunda mitad del siglo XVII, cuando el estudio de los gases se convirtió en objetivo de científicos como Torricelli, Pascal, Mariotte, Boyle y Gay-Lusac.

Ventajas de la Neumática

• El aire es de fácil captación y abunda.
• Es transportable por medio de tuberías; no es necesario un circuito de retorno.
• Es almacenable, lo que permite que el compresor no funcione de manera continua, o que el aire se transporte en recipientes.
• Los cambios de temperatura no afectan significativamente sus propiedades.
• Es antideflagrante; el aire no posee propiedades explosivas.
• Es un medio de trabajo limpio.
• Los elementos constituyentes del circuito son simples y, por tanto, de precio económico.
• Los actuadores pueden trabajar a velocidades elevadas y fácilmente regulables.
• Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas ni dañan los equipos.

Desventajas de la Neumática

• Existen pérdidas en circuitos externos.
• El aire comprimido debe ser preparado antes de su utilización (filtrado, lubricación, etc.).
• No es posible obtener velocidades uniformes en los actuadores.
• Se generan altos niveles de ruido.
• La instalación inicial puede ser costosa.
• Con las presiones que se trabajan normalmente (hasta 7 bar), no es posible obtener grandes fuerzas (aproximadamente hasta 3000 kgf).

Unidades de Presión y Conversiones

1 bar = 105 Pa = 1.02 kg/cm2 = 0.987 atm = 750 mmHg = 14.1 psi
1 atm = 760 mmHg = 760 Torr
1 kgf = 735.5 mmHg = 735.5 Torr

Leyes Fundamentales de los Gases

Ley de Boyle-Mariotte (Procesos Isotérmicos)

A temperatura constante, el producto de la presión y el volumen es constante: P · V = cte, lo que implica P1 · V1 = P2 · V2.

Ley de Gay-Lussac (Procesos Isóbaricos)

A presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura: V / T = cte, lo que implica V1 / T1 = V2 / T2.

Ley de Charles (Procesos Isocóricos)

A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura: P / T = cte, lo que implica P1 / T1 = P2 / T2.

Ley de los Gases Ideales

Combinando las leyes anteriores, se deduce la ley de los gases ideales: (P · V) / T = cte, lo que implica (P1 · V1) / T1 = (P2 · V2) / T2.

Gasto Volumétrico o Caudal

El gasto volumétrico o caudal (Q) se define como el volumen de fluido que pasa por unidad de tiempo: Q = V / T. En el contexto de un cilindro, puede relacionarse con el área del pistón (S), la carrera (C) y la velocidad del fluido (v) mediante la fórmula Q = S · v.