Introducción a...Neumática

Siendo una de las formas de energía más utilizadas en el ámbito industrial, el aire comprimido representa un gran número de ventajas en comparación de sistemas puramente eléctricos que constantemente se ven limitados por el alcance y la escalabilidad que brindan a los procesos, entonces, en este artículo veremos cuáles son las características de este tipo de tecnologías, en qué momentos conviene más su utilización y, en general, los fundamentos de esta rama de la mecánica.

Fig. 1: Equipo neumático industrial.

¿Qué es la neumática?

Como mencionamos en el párrafo introductorio, la neumática es una parte de la mecánica encargada del estudio del comportamiento de gases sometidos a distintas presiones. Siendo estos, principalmente, aire y nitrógeno.

Este proceso resulta bastante sencillo pues aprovecha la posibilidad de los gases a ser comprimidos para acumular energía mediante un aumento en la presión de los mismos cuando están contenidos dentro de recipientes o contenedores. Conforme el gas es liberado, la energía se transfiere mediante un proceso expansión que se aprovechará para producir movimiento o trabajo en cualquier herramienta de tipo mecánico.

En este tipo de procesos intervienen dos sistemas elementales:

• Una planta de aire comprimido con el compresor, tratamiento y recipientes.
• Equipos que utilizan el aire comprimido como fuente de energía. 

Fig. 2: Compresión de aire.

Dentro de la automatización, podemos mencionar que esta metodología se adoptó gracias a que su utilización resulta simple y práctica en cuanto al uso de equipos se refiere.

Debido a que, en diversos casos, la utilización y las propiedades del aire comprimido resultan más adecuadas para la solución de procesos automatizables pues suele ser más sencillo y económico en comparación con otros fluidos. Dicho esto, podemos enunciar una serie de ventajas.

Fig. 3: Automatización de un compresor de aire. 

Ventajas de la utilización de aire comprimido

✔ Abundancia: El aire comprimible se encuentra disponible en, prácticamente, cualquier parte y, en esencia, es inagotable.

✔ Transportabilidad: Este gas puede ser desplazado por distancia de hasta 1000 [m] sin tener pérdidas.

✔ Almacenabilidad: Puede ser contenido en diversos contenedores como son depósitos de compresores, cilindros, etc.

✔ Reacción a la temperatura:  El aire comprimido es indiferente a las variaciones en la temperatura ambiental, esto permite que trabajar con este fluido sea seguro incluso en temperaturas altas y/o extremas.

✔ Combustibilidad: Al ser aire, no se corren riesgos por explosión o incendio.

✔ Montaje: Los elementos y equipos que utilizan el aire comprimido como forma de energía (neumáticos) son fáciles de instalar y de bajo costo.

✔ Seguridad ante sobrecargas: Las herramientas neumáticas y los elementos de trabajo pueden ser sometidos a esfuerzos de magnitud considerable hasta quedas inmóviles, por lo tanto, son seguros ante sobrecargas.

Estas son algunas de las ventajas que representa el uso de equipos neumáticos en comparación de sistemas puramente eléctricos, sin embargo, al igual que en todos los casos, podemos encontrar unas cuantas desventajas producto de las características físicas del aire.

Desventajas de la utilización de aire comprimido

X Compresión: Debido a que el aire es comprimible, resulta complicado mantener velocidades de liberación constantes y homogéneas, es decir que, al momento de su liberación, podrían existir pérdidas de aire mayores a las contempladas, resultando en la necesidad de realizar compresiones de forma más periódica.

X Fuerza: Considerando que la presión típica de trabajo es de 7 [Kg/cm²] (equivalentes a 6.865 [bar] o 686.466 [kPa]), equipos con mayor capacidad de presión suelen aumentar considerablemente de precio.

Si bien no son muchas desventajas, cuando se considera el dimensionamiento de un proceso completo, estas pueden ser demasiado significativas en lo que respecta al costo de la puesta en marcha.

Consideraciones al diseñar un sistema neumático

Al igual que los sistema de otras naturalezas, el uso del aire comprimido y el diseño de un sistema neumático debe tener ciertas consideraciones para garantizar su correcto funcionamiento pues no basta solo con instalar un compresor y una serie de tuberías que permitan su transporte, a continuación, enunciamos las consideraciones principales a tener en cuenta:

• Depuración y filtración: Un compresor no puede depurar el aire y es que, a pesa de contar con filtros, es imposible una limpieza al 100 %. Esto significa que, eventualmente, será necesario realizar mantenimiento a las instalaciones para evitar que las partículas alojadas dañen los equipos. 

• Humedad: El aire contiene cierta cantidad de vapor de agua que debe ser purgada pues una vez presente en el circuito puede llegar a condensarse y, si no se hiciera este mantenimiento, los componentes mecánicos del circuito sufrirían oxidación que sumado al desgaste por otras partículas, representaría un costo considerable al tener que reemplazar los equipos dañados.

Fig. 4: Filtros para compresor de aire.

Lo anterior nos lleva a considerar que el tratamiento del aire siempre comienza en el compresor, el cual deberá tener un sistema de purga para la condensación de agua y de un filtro para quitar las partículas del aire. Si bien esto puede resultar obvio pues prácticamente todos los compresores que hay en el mercado cuentan los sistemas mencionados, también debemos garantizar las siguientes cuestiones:

• Puntos de consumo con presiones de aire correctas: Esto evitará el desgaste de las herramientas y equipos.

• Mínimas fugas de aire: Con el fin de reducir las pérdidas y evitar ciclos de compresión demasiado constantes.

• Capacidad adecuada: Permitirá la operación constante del proceso sin la necesidad de detenerse por falta de energía.

• Calidad de aire correcta: Aumentará el tiempo de vida de los equipos que dispongan de éste.

• Disposición correctamente diseñada: Debemos garantizar que todos los equipos reciban la cantidad necesaria de aire comprimido sin comprometer la accesibilidad a estos por cuestiones de mal diseño.

• Accesorios de línea eficaces: Elegir materiales y equipos de calidad evitará pérdidas de aire en el sistema, esto reducirá costos de producción.

Fig. 5: Racores para sistema neumático, permiten el acoplamiento de tubos y accesorios para transportar aire comprimido.

Conclusiones

A pesar de lo corto que puede resultar este artículo en comparación con otros publicados anteriormente, resulta, debemos familiarizarnos con diversos conceptos de Mecánica y Neumática antes de proceder con el análisis que utilicen el aire comprimido como fuente de energía, aunque, podemos decir que no es una tarea imposible y en diversos casos será posible encontrar similitudes con sistemas de otra naturaleza (como los sistemas eléctricos).

Considerando las ventajas y desventajas de estos sistemas, cabe recalcar que su uso (o desuso) dependerá de qué tipo de sistema busca resolverse pues, aunque es de lo más común encontrar procesos donde coexisten equipos eléctricos y neumáticos, nada nos garantiza que solamente una cierta cantidad de equipos serán eléctricos o, por el contrario, neumáticos. 

En el siguiente artículo de esta serie revisaremos las consideraciones necesarias para un correcto dimensionamiento de un sistema neumático. 

¿Te interesa conocer más sobre sistemas neumáticos y compresores? Mira este tutorial.

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-AHN