¿Por qué usar un sistema neumático?:
La automatización tiene como fin aumentar la competitividad de la industria por lo que requiere la utilización de nuevas tecnologías; por esta . razón, cada vez es más necesario que toda persona relacionada con la producción industrial tenga conocimiento de aquéllas.
La extensión de la automatización de forma sencilla en cuanto a mecanismo, y además a bajo coste, se ha logrado utilizando técnicas relacionadas con la neumática, la cual se basa en la utilización del aire comprimido, y es empleada en la mayor parte de las máquinas modernas.
La automatización industrial, a través de componentes neumáticos, es una de las soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la industria.
El aire comprimido es la mayor fuente de potencia en la industria con múltiples ventajas.
Es segura, económica, fácil de transmitir, y adaptable. Su aplicación es muy amplia para un gran numero de industrias. Algunas aplicaciones son practicante imposibles con otros medios energéticos.
Dentro del campo de la producción industrial, la neumática tiene una aplicación creciente en las más variadas funciones, No sólo entra a formar parte en la construcción de máquinas, sino que va desde el uso doméstico hasta la utilización en la técnica de investigación nuclear, pasando por la producción industrial.
En la actualidad, la necesidad de automatizar la producción no afecta únicamente a las grandes empresas, sino también a la pequeña industria. Incluso la industria artesana se ve obligada a desarrollar métodos de producción racionales que excluyan el trabajo manual y no dependan de la habilidad humana. La fuerza muscular y la habilidad manual deben sustituirse por la fuerza y precisión mecánica.
La fuerza neumática puede realizar muchas funciones mejor y más rápidamente, de forma más regular y sobre todo durante más tiempo sin sufrir los efectos de la fatiga.
El costo del aire comprimido es relativamente económico frente a las ventajas y la productividad que representa. Por ejemplo el costo del aire comprimido mas el- valor de los equipos en su vida útil en el caso de un taladro neumático representa cerca del 10% al 25% del- costo total, el resto corresponde a salarios y administración. Aunque la dotación de sistemas de aire comprimido requieren de inversión de capital, esta se paga ampliamente con el incremento de la productividad.
Comparando el trabajo humano con el de un elemento neumático, se comprueba la inferioridad del primero en lo referente a capacidad de trabajo. Si a esto, añadimos que los costes de trabajo están en la proporción aproximada 1 : 50 (neumática: humana) quedan justificados los continuos esfuerzos de la industria por reemplazar total o parcialmente al hombre por la máquina en lo que actividades manuales se refiere.
Relación entre los costes de trabajo obtenidos por diferentes formas de energía.
Eléctrica Hidráulica Neumática Humana
1 4 10 500
No obstante, sustituir actividades manuales por dispositivos mecánicos y neumáticos, sólo es un paso dentro del proceso de automatización de la producción industrial. Este paso está encaminado, al igual que otros muchos, a obtener el máximo provecho .con un costo mínimo.
La utilización de la máquina adecuada en cada caso será la forma de evitar que la adquisición de costosos equipos encarezcan el producto de forma desproporcionada, pudiéndose dar el caso de que una máquina especial construida con elementos de serie y que se adapte exactamente a las necesidades del proceso de fabricación, resulte más económica que una máquina estándar.
Otro factor importante es el problema de la escasez de personal para según que tipo de trabajos. Visto a largo plazo, se advierte una tendencia regresiva en el número de empleados de las industrias que realizan trabajos muy repetitivos, lo cual no solamente es debido a la creciente automatización, sino a que en un futuro próximo no se encontrará personal para según qué tipo de trabajos.
La energía neumática no es utilizable en todos los casos de automatización, las posibilidades técnicas de la neumática están sometidas a ciertas limitaciones en lo que se refiere a fuerza, espacio, tiempo y velocidad en el proceso de la información. Esta tecnología tiene su ventaja más importante en la flexibilidad y variedad de aplicaciones en casi todas las ramas de la producción industrial.
El rendimiento máximo de la automatización de un proceso de trabajo está condicionado por el material, la forma de la pieza a trabajar, la serie, la capacidad, el nivel de automatización y las condiciones mecánicas de la máquina y este sólo podría determinarse definitivamente, en cada caso particular, con todos los datos ya especificados.
Evolución en la técnica del aire comprimido
El aire comprimido es una de las formas de energía mas antiguas que conoce el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos físicos.
El descubrimiento consciente del aire como medio se remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo mas o menos consciente con dicho medio.
De los antiguos griegos procede la expresión "Pneuma» que designa la respiración. el viento y en filosofía también el alma. Como derivación de la palabra "Pneuma" se obtuvo. entre otras cosas el concepto «Neumática». que trata los movimientos y procesos del aire.
El primero del que sepamos con seguridad que se ocupó de la neumática. es decir. de la utilización del aire comprimido como elemento de trabajo. fue el griego KTESIBIOS quien hace mas de dos. mil años. " construyó una catapulta de aire comprimido.
Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como energía procede del siglo I de nuestra era y describe mecanismos accionados por medio de aire caliente.
Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los mas antiguos conocimientos de la humanidad. no fue sino hasta el siglo XVIII cuando empezaron a investigarse sistemáticamente su comportamiento y sus reglas.
La primera transmisión neumática data de 1700, cuando el físico francés Denis Papin empleó la fuerza de un molino de agua para comprimir aire que después se transportaba por tubos.
Aproximadamente un siglo después, el inventor británico George Medhurst obtuvo una patente para impulsar un motor mediante aire comprimido.
Sin embargo la primera aplicación práctica del método suele atribuirse al inventor británico George Law, quien en 1865 diseñó un taladro de roca en el que un pistón movido por aire hacía funcionar un martillo.
El uso de este taladro se generalizó, y fue empleado en la perforación del túnel ferroviario del Mont Cenis, en los Alpes, que se inauguró en 1871, y en el túnel de Hossac, en Massachussets (Estados Unidos), inaugurado en 1875.
Otro avance significativo fue el freno de aire comprimido para trenes, diseñado hacia 1868 por el inventor, ingeniero e industrial estadounidense George Westinghouse.
Sólo desde aprox. 1950 podemos hablar de una verdadera aplicación .industrial de la neumática en los procesos de fabricación.
Es cierto que con anterioridad ya existían algunas aplicaciones y ramos de explotación como por u ejemplo en la minería. en la industria de la construcción y en los ferrocarriles ( con los frenos de aire comprimido),la irrupción verdadera y generalizada de la neumática en la industria no se inició sin embargo hasta que llegó a hacerse mas acuciante la exigencia de una automatización y racionalización en los procesos de trabajo.
A pesar de que esta técnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayoría de los casos a falta de conocimiento y de formación fueron ampliándose los diversos sectores de aplicación.
En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales mas variados se utilicen aparatos neumáticos.
Propiedades del aire comprimido
Causará asombro el hecho de que la neumática se haya podido expandir en tan corto tiempo y con .tanta rapidez Esto se debe. entre otras cosas. a que en la solución de algunos problemas de automatización no puede disponerse de otro medio que sea más simple y más económico.
¿Cuáles son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su popularidad?
Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en
cantidades ilimitadas.
Transportable: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno.
Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas).
Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura; garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas.
Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes. que son caras.
Limpio: El aire comprimido es limpio y. en caso de faltas de estanqueidad en tuberías o : elementos. no produce ningún ensuciamiento. Esto es muy importante, por ejemplo, en las industrias alimenticias. de la madera. textiles y del cuero.
Constitución de los elementos: La concepción de los elementos de trabajo es simple y. por tanto, de precio económico.
Veloz: Es un medio de trabajo muy rápido y por eso permite obtener velocidades de
trabajo muy elevadas. (La velocidad de trabajo de cilindros neumáticos pueden regularse sin escalones.
A prueba de sobre- cargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden utilizarse hasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas. Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las propiedades adversas.
Preparación: El aire comprimido debe ser preparado. antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes).
Compresible: Como todos los gases el aire no tiene una forma determinada, toma la forma del recipiente que los contiene o la de su ambiente, permite ser comprimido (compresión) o y tiene la tendencia a dilatarse (expansión). Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades : uniformes y constantes.
Volumen Variable: El volumen del aire varía en función de la temperatura dilatándose al ser calentado y contrayéndose al ser enfriado.
Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el límite. también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).
Ruido: El escape de aire produce ruido. No obstante. este problema ya se ha resuelto en
gran parte, gracias al desarrollo de materiales in sonorizantes.
Criterios de aplicación
La compresibilidad del aire es una característica que presenta ventajas o inconvenientes según el tipo de aplicación. La elección de la neumática depende de muchos factores, pero fundamentalmente del factor rentabilidad. La utilización óptima del aire comprimido se con- seguirá aprovechando las propiedades físicas que posee.
Estas mismas propiedades son las que conducen a los limites de utilización dé los sistemas neumáticos y que son principal- mente debidos a la ya citada compresibilidad del aire. Existe otro límite económico, principalmente cuando la aplicación exige fuerzas muy grandes o un notable consumo continuo de aire comprimido. En la práctica es indispensable comparar la energía neumática con otras fuentes de energía.
Para ello debe tenerse en cuenta, el conjunto completo del mando, desde la entrada de seña- les hasta los elementos de trabajo. Los elementos individuales pueden facilitar bastante la elección de una determinada técnica, pero es absolutamente necesario elegir el tipo de energía que mejor cumpla con las exigencias del conjunto. A menudo se comprueba que el elevado coste del aire comprimido no tiene importancia comparado con el rendimiento de! equipo.
