Todo en torno al tema de la neumática

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Se denomina neumática a la técnica de control y ejecución de procesos de trabajo en máquinas mediante aire comprimido. Al igual que con aceite a presión en los cilindros hidráulicos de grandes excavadoras y otras máquinas de construcción, también se pueden aplicar grandes fuerzas y realizar movimientos rápidos con aire comprimido. Esto ofrece toda una serie de ventajas – especialmente en habitaciones infantiles y aulas:

La neumática es una tecnología fácil de comprender y muy gráfica – uno ve lo que se mueve y uno siente cómo diferentes grados de presión dan lugar a diferentes grados de fuerza.
Los cilindros neumáticos ejercen ante la misma presión siempre la misma fuerza, independientemente de qué tan desplegados estén. Esto permite que sea muy sencillo, por ejemplo, sostener una pieza de trabajo con una fuerza constante, sin dañarlo por ejercer demasiada fuerza.
Mediante los cilindros neumáticos pueden realizarse movimientos muy rápidos.
La aplicación de válvulas también permite disponer de controles puramente neumáticos.
Al no generarse chispas (como puede suceder en una conexión eléctrica), los sistemas neumáticos son idóneos para la utilización con materiales inflamables (como máquinas envasadoras).
El aire comprimido que se fuga no es perjudicial para el medio ambiente – a diferencia del aceite que se filtra en la hidráulica.

Por este motivo, la neumática encuentra incontables aplicaciones industriales para el tratamiento de piezas de trabajo, el llenado de bebidas, el envasado, el agarre y la manipulación de piezas y muchas más.
 

Historia

La neumática tiene una tradición sorprendentemente larga: Ya en el siglo III a. C., el matemático e inventor griego Ctesibio se dedicó a estudiar el aire comprimido y las posibles máquinas que podían desarrollarse a partir de este. Su primera máquina neumática en funcionamiento fue una bomba para elevar agua. Le siguieron relojes, catapultas y órganos de aire comprimido.

Así se hizo conocida la enormemente variada utilidad del aire comprimido y la aplicación de la neumática fue en ascenso. Máquinas de vapor, locomotoras de vapor, buceo con aire comprimido, el barnizado, técnicas de aerografía, sirenas de aire comprimido, la medición de velocidad con tubos de Pitot en aviones – todo esto es neumática y demuestra lo útil y versátil que es la aplicación de esta técnica relativamente sencilla.

La neumática es casi indispensable en la vida cotidiana. Sirve para innumerables fines, ya sea inflando un globo, utilizando un martillo neumático en la construcción vial, la taladradora de impacto de aire comprimido de fácil uso en el hogar, la extracción de aire antes del sellado de alimentos o en grandes plantas industriales. ¡Un campo amplio!
 

Definición


La neumática es la parte de la tecnología del aire comprimido que se ocupa de la realización de trabajos mediante aire comprimido (normalmente en cilindros neumáticos) y el control de las máquinas desarrolladas a tal fin (mediante válvulas). Esta puede dividirse en las siguientes áreas:

La generación de aire comprimido suministra aire ambiente de forma comprimida. Esto se logra por medio de compresores, que aspiran el aire, lo comprimen en una bomba y lo suministran en conductos de aire comprimido (mangueras o tuberías). La neumática de baja presión trabaja en un rango de aproximadamente 100 mbares a 1 mbar de sobrepresión; para fuerzas mayores se utilizan normalmente alrededor de 6 bares de sobrepresión.
En el tratamiento de aire comprimido se limpia el aire (por ejemplo: se filtra) y, eventualmente, también se enriquece con una fina niebla de aceite mediante vaporizadores, que asegura la lubricación continua de las piezas móviles como válvulas y cilindros.
La distribución de aire comprimido se realiza mediante mangueras, tuberías, piezas en T y similares.
El control se efectúa mediante válvulas, que pueden ser accionadas de forma manual (por una persona encargada), mecánica (por una pieza móvil de una máquina) o neumática (por la señal de aire comprimido de otra válvula). Hay una gran variedad de válvulas para activar o desactivar una señal (es decir, la aplicación de presión o la ventilación), para retrasos en los tiempos y para la memorización de la señal. Las válvulas reguladoras de caudal regulan la intensidad de la corriente de aire (para que un cilindro se expanda o se retraiga lentamente).
Los actuadores en la neumática suelen ser los cilindros neumáticos. Estos se componen de un tubo prácticamente cerrado, que en su interior está dividido por un disco de ajuste hermético. En el disco se encuentra insertado el émbolo del cilindro (el pistón). Al introducir aire comprimido en una de las dos mitades del cilindro (y expulsarse el aire de salida por la otra), se mueve el disco y, por lo tanto, el émbolo del cilindro. Existen diferentes tipos de cilindros, pero también existen otros actuadores como, por ejemplo, contadores accionados de forma neumática.

Otra área interesante dentro de la neumática es la fluídica: Conexión y control por medios fluidos (gases como el aire o también líquidos). Lo particular de esta variante es que las válvulas fluídicas para circuitos lógicos no requieren piezas móviles de ningún tipo, sino que realizan su función exclusivamente a través de la forma precisa de los conductos de corriente. Por lo tanto, la señal esencial no es la presión, sino el flujo del medio. En la fluídica neumática, esto funciona ya con una presión de tan solo 100 mbares, no requiere de aceite para la lubricación y permite que las válvulas se limpien por sí mismas por la alta velocidad del flujo. Solo cuando se requieren grandes fuerzas al finalizar el control, las señales fluídicas se convierten en neumáticas estándar o eléctricas.

La neumática está presente dentro del campo de la física en la mecánica, la cinemática y la termodinámica (el aire comprimido se calienta), en la dinámica de los fluidos, así como dentro del campo de la matemática en la lógica en circuitos lógicos de controles neumáticos y, por lo tanto, en el álgebra booleana.
 

Fundamentos

Los siguientes componentes sirven de introducción a la neumática con fischertechnik:

El compresor fischertechnik es pequeño y silencioso pero eficiente. Este es accionado con una tensión continua de 9 V y suministra una presión de aproximadamente 1 bar y el caudal suficiente como para accionar una amplia gama de modelos funcionales.
El acumulador neumático almacena aire comprimido. Este es el objeto neumático equivalente al condensador en la electrónica. 
Mangueras fácilmente cortables con tijera, piezas en T para la distribución a varias mangueras y tapones para cerrar las conexiones se encargan de que el aire comprimido esté disponible en los lugares indicados.
El manómetro es el dispositivo medidor de aire comprimido. Este contribuye a una mejor comprensión de los procesos neumáticos.
 
La válvula manual fischertechnik es una válvula de 4/3 vías – contiene cuatro conexiones para aire de entrada, aire de salida, dos salidas para cilindros y tiene tres posiciones de interruptor. De este modo, se puede retraer o desplegar un cilindro o mantener en una determinada posición.
La válvula magnética permite conectar eléctricamente una válvula neumática. A partir de esta conexión pueden generarse diversos tipos de controles mecánicos – incluso máquinas neumáticas controladas por un ordenador.
Diferentes cilindros neumáticos realizan el trabajo: Los cilindros de doble efecto se mueven activamente en ambas direcciones (despliegue y retracción) mediante el aire comprimido. Los cilindros de simple efecto tienen incorporado un resorte de retorno. Estos se despliegan por el aire comprimido y regresan automáticamente por acción del resorte a la posición inicial en cuanto se libera el aire comprimido.
 
Otra de las válvulas es la reguladora de caudal, que puede graduarse para que permita un mayor o menor flujo de aire comprimido. De este modo, un cilindro neumático se despliega o se retrae a la velocidad deseada, o solo se llena progresivamente un volumen deseado de aire comprimido. Esto se corresponde con la resistencia en la electrónica.
La válvula de retención permite el flujo de aire comprimido en una sola dirección. Esta se utiliza para la creación propia de una fuente de aire comprimido, pero también permite que un cilindro trabaje rápido en una dirección y solo de forma regulada en la otra. Este es el objeto neumático equivalente al diodo en la electrónica.
Desde luego, todo esto se adapta perfectamente en el sistema fischertechnik, de modo que no solo se representan las funciones principales de la neumática, sino que pueden crearse modelos funcionales de máquinas realistas.
 
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