TALLER: LA NEUMÁTICA

¿Qué es la Neumatica?

 La neumática es la tecnología que emplea un gas (normalmente aire comprimido) como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Los procesos consisten en incrementar la presión de aire y a través de la energía acumulada sobre los elementos del circuito neumático (por ejemplo las cilindros) efectuar un trabajo útil.

 Por lo general el gas utilizado es el aire comprimido, pero para aplicaciones especiales puede usarse el nitrógeno u otros gases inertes.

SISTEMAS NEUMÁTICOS:

Los sistemas neumáticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como me­dio para la transmisión de señales y/o potencia. Dentro del campo de la neumática la tec­nología se ocupa, sobre todo, de la aplicación del aire comprimido en la automatización industrial (ensamblado, empaquetado, etc.)

Los sistemas neumáticos se usan mucho en la automatización de máquinas y en el campo de los controladores automáticos. Los circuitos neumáticos que convierten la energía del aire comprimido en energía mecánica tienen un amplio campo de aplicación (martillos y herramientas neumáticas, dedos de robots, etc.) por la velocidad de reacción de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del aire.

En los sistemas neumáticos, el movimiento del émbolo de los cilindros de los ac­tuadores es más rápido que en los mecanismos hidráulicos. (Por ejemplo, el taladro y el mar­tillo neumático, responden muy bien a las exigencias requeridas en estos casos).

Un circuito neumático básico puede representarse mediante el siguiente diagrama funcional.

Los circuitos neumáticos utilizan aire sometido a presión como medio para transmitir fuerza. Este aire se obtiene directamente de la atmósfera, se comprime y se prepara para poder ser utilizado en los circuitos.

EJEMPLO:

EL SISTEMA NEUMATICO BASICO

EL SISTEMA DE PRODUCCIÓN DEL AIRE Compresor Motor eléctrico Presostato Válvula anti-retorno Depósito Manómetro Purga automática Válvula de seguridad Secador de aire refrigerado Filtro de línea EL SISTEMA DE COSUMO DE AIRE Purga de aire Purga automática Unidad de acondicionamientod e aire Válvula direccional Actuador Controladores de velocidad EL SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO Los cilindros neumáticos, los actuadores de giro y los motores de aire suministran la fuerza y el movimiento a la mayoría de los control neumático para sujetar, mover, formar y procesar el material. Para accionar y controlar estos actuadores, se requieren otros componentes neumáticos, por ejemplo unidades de acondicionamiento de aire para preparar el aire comprimido y válvulas para controlar la presión, el caudal y el sentido del movimiento de los actuadores. Un sistema neumático básico, ilustrado en la figura 2.1 se compone de dos secciones principales: El sistema de producción. El sistema de consumo del aire. SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE AIRE Las partes componentes y sus funciones principales son: 1.- Compresor El aire tomado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más elevada al sistema neumático. Se transforma así la energía mecánica en energía neumática. 2.- Motor eléctrico Suministra la energía mecánica al compresor, transforma la energía eléctrica en energía mecánica. 3.- Presostato Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Se regula a la presión máxima a la que desconecta el motor y a la presión mínima a la que vuelve a arrancar el motor. 4.- Válvula anti-retorno Deja el aire comprimido del compresor al depósito e impide su retorno cuando el compresor está parado. 5.- Depósito Almacena el aire comprimido. Su tamaño está definido por la capacidad del compresor. Cuanto más grande sea su volumen, más largos son los intervalos entre los funcionamientos del compresor. 6.- Manómetro Indica la presión del depósito. 7.- Purga automática Purga toda el agua que se condensa en el depósito sin necesidad de supervisión. 8.- Válvula de seguridad Expulsa el aire comprimido si la presión en el depósito sube encima de la presión permitida. 9.- Secador de aire refrigerado Enfría el aire comprimido hasta pocos grados por encima del punto de congelación y condensa la mayor parte de la humedad del aire, lo que evita tener agua en el resto del sistema. 10.- Filtro de línea Al encontrarse en la tubería principal, este filtro debe tener una caída de presión mínima y la capacidad de eliminar el aceite lubricante en suspensión, sirve para mantener la línea libre de polvo, agua y aceite. SISTEMA DE CONSUMO DE AIRE  1.- Purga del aire Para el consumo, el aire es tomado de la parte superior de la tubería para permitir que la condensación ocasional permanezca en la tubería principal; cuando alcanza un punto bajo, una salida de agua desde la parte inferior de la tubería irá a una purga automática eliminando así el condensado. 2.- Purga automática Cada tubo descendiente debe de tener una purga en su extremo inferior. El método más eficaz es una purga automática pie impide que el agua se quede en el tubo en el caso en que se descuide la purga manual. 3.- Unidad de acondicionamiento del aire Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión óptima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de los componentes del sistema neumático que necesitan lubricación. 4.- Válvula direccional Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos conexiones del cilindro para controlar la dirección del movimiento. 5.- Actuador Transforma la energía potencial del aire comprimido en trabajo mecánico. En la figura se ilustra un cilindro lineal. pero puede ser también un actuador de giro o una herramienta neumática, etc. 6.- Controladores de velocidad Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de movimiento del actuador. Estos componentes se ilustrarán con más detalle en los apartados del 4 al 7, tras estudiar la teoría del aire comprimido. Es imprescindible para comprender qué pasa en un sistema neumático. Cómo funcionan los sistemas neumáticos Cómo circula El depósito se utiliza para almacenar el combustible que alimenta el compresor. En la industria de la construcción y otras aplicaciones neumáticas se utiliza aire, pero también pueden usarse otros gases. El combustible se bombea desde el depósito hacia el compresor, y luego el combustible de "desperdicio" regresa del compresor al depósito para volver a ser utilizado en un nuevo ciclo. El compresor consiste en un pistón dentro de un cilindro. Cuando recibe gas del depósito, el pistón desciende y comprime el combustible a más de 7 kilogramos por metro cuadrado, que es la presión del aire al entrar al depósito (fpef.org). Una vez que el pistón ha comprimido el gas lo suficiente, se abre una compuerta hacia el sistema de tuberías y el combustible se dirige al lugar donde se genera la energía. Según S.R. Majumdar, autor de "Pneumatic Systems: Principles and Maintenance" ("Principios y mantenimiento de los sistemas neumáticos"), la mayor cantidad de pérdidas de presión se produce en los tubos que van desde el compresor hasta el lugar donde se genera la energía, de modo que es fundamental que los tubos estén equipados con válvulas que controlen y regulen la presión, el flujo y la dirección del gas combustible. El compresor recibe aire del depósito y aumenta la presión desde 100 psi hasta que se abre una compuerta hacia el tubo. El aire comprimido pasa a través de una válvula limitadora y de un segundo depósito, donde se almacena el exceso de aire y se alivia la presión, mientras que el aire necesario para producir movimiento mecánico al final del circuito continúa a través del resto de los tubos. ¿Cómo está constituido un sistema neumático? Un circuito neumático está formado por los siguientes elementos: El generador de aire comprimido, que es el dispositivo que comprime el aire de la atmósfera hasta que alcanza la presión necesaria para que funcione la instalación. Las tuberías y los conductos, a través de los que circula el aire comprimido Los actuadores, como los cilindros y los motores: que son los encargados de convertir los tubos en émbolos y moverlos para accionar el circuito. Los elementos de control, como las válvulas distribuidoras. Las válvulas abren o cierran el paso del aire. Los tornillos eléctricos de clase David Masoliver sirven para las puertas de los medios de transportes. Ventajas de la Neumática  - El aire se puede obtener fácilmente y es abundante en la tierra.  - No es explosivo, por lo tanto no hay riesgo de chispas.  - Los elementos del circuito neumático pueden trabajar a velocidades bastante altas y sep ueden regular bastante    fácilmente.  - El trabajo con aire no daña los componentes del  circuito por ejemplo por golpe de ariete.  - Los cambios de temperaturas no afectan de forma significativa en el trabajo.  - Energía limpia.  - Se pueden hacer cambios de sentido de forma instantánea.     Desventajas de la Neumática  - Si el circuito es muy largo se producen pérdidas de carga considerables.  - Para poder recuperar el aire previamente utilizado se necesitan instalaciones especiales.  - Las presiones a las que se trabaja habitualmente no permiten obtener grandes fuerzas y cargas.  - Bastante ruido al descargar el aire utilizado a la atmósfera. ¿Cuáles son los elementos que funcionan con el principio del sistema neumático, que se encuentran en su ambiente cotidiano? la neumática industrial tiene múltiples aplicaciones, desde la carpintería metálica hasta la industria química, pasando por la industria mecánica o metalúrgica, la industria textil, el transporte o las centrales nucleares. Esta tecnología es muy útil para, por ejemplo, levantar o mover grandes pesos. Hoy, el aprovechamiento del aire comprimido para realizar trabajos es una técnica que ha contribuido a mejorar y optimizar los procesos industriales, y sus aplicaciones están muy presentes en nuestro día a día. Un ejemplo, es el control de apertura y cierre de puertas en vehículos como autobuses o trenes. Aquí, a través de la compresión del aire, se acciona un cilindro que, mediante la energía del aire a una presión determinada mediante un movimiento lineal, permite el desplazamiento de un resorte mecánico que se estira cerrando la puerta, y se abre al recuperar su posición inicial. También los sopletes y las aspiradoras utilizan la presión del aire para expulsar o contraer el aire con fuerza, y la neumática industrial permite elevar y bajar cargas en los montacargas. Aquí, el funcionamiento se activa a través de un cilindro de doble efecto, permitiendo el movimiento en dos direcciones y manteniendo la carga elevada durante un tiempo determinado mediante un enclavamiento. SISTEMA NEUMÁTICO DE UN AVIÓN: Los sistemas neumáticos en aviones operan de manera muy parecida a los sistemas hidráulicos. Estos sistemas cumplen funciones principales y auxiliares. En primer lugar, la neumática se emplea a veces como fuente primaria de potencia para mandos de vuelo. La principal diferencia con el hidráulico es que el neumático de potencia emplea aire a pre­sión, en lugar de fluidos hidráulicos, como medio transmisor de potencia a los martinetes (neumáticos) de los mecanismos del avión. Clasificación de los sistemas neumáticos Los sistemas neumáticos se clasifican en tres grupos: Sistemas de alta presión Oscilan de 65 kg/cm2 a 350 kg/cm2. Son los siste­mas neumáticos de potencia, propiamente dichos. El sistema no puede ser recargado durante el vuelo y está reservado para operaciones de emergencia (tren y frenos). Emplean un depósito con dos válvulas (de carga y de control). Sistemas de presión intermedia Oscilan entre presiones de 7 kg/cm2 a 65 kg/cm2. No tienen depósito y toman el aire del compresor de la turbina. Se usan para deshielo del motor y ala (entre otros). Sistemas de baja presión Presiones que oscilan de 0,1 k g/cm2 a 7 kg/cm2. Los sistemas neumáticos de baja presión e encuentran, sobre todo, en los aviones pequeños con motor de émbolo. Suministran aire para el accionamiento de instrumentos giroscópicos, circuitos de algunos pilotos automáticos, deshielo neumático, etc. La mayoría de los sistemas neumáticos de potencia empleados tienen una presión nominal en torno a los 250 kg/cm2 (3.500 psi), lo que supondría que generalmente son sistemas de alta presión. Fuentes de aire a presión Las fuentes de aire a presión disponibles a bordo son: Para aviones con motores de turbina: Aire obtenido mediante compresores accionados por el motor. Los sistemas neumáticos de potencia, tanto para aviones reactores como para aviones con motor alternativo, emplean este sistema como fuente de aire a presión. De forma auxiliar, y en tierra, es posible la conexión a una fuente externa de presión. Aire extraído (sangrado) del compresor del motor. La presión obtenida de esta forma tampoco es suficiente para su empleo en sistemas neumáticos de potencia. Para aviones con motores de émbolo: Puede llegar a emplear o utilizar los mismos métodos que los aviones con motor de turbina, salvo el que consiste en purgar aire del motor. En cambio si utiliza este método no para el sistema neumático de potencia en sí sino para sistemas de presurización de cabina, sistema antihielo... En lo que concierne a los aviones con turborreactores se citan los sistemas que generalmente hacen uso del aire comprimido: Sistema de potencia neumática Sistema de deshecho de desperdicios Sistema antihielo (avión y motor) Sistema de agua potable Sistema de acondicionamiento de aire Ventilación compartimentos de aviónica Sistema de puesta en marcha cruzada Presurización de depósitos hidráulicos Requisitos de los sistemas neumáticos Los componentes de sistemas neumáticos para aviones comerciales deben cumplir dos requisitos: Superar ensayo de integridad estructural Superar ensayo de operatividad funcional Componenetes del sistema neumático de potencia El sistema neumático es un sistema cerrado. Los componentes básicos del sistema son: compresores, botellas de almacena­miento de aire de alta presión, válvula de descarga de presión, válvulas reductoras de presión, válvulas de alivio de presión, y válvulas de control de flujo y martine­tes neumáticos. Compresor Compresor axial El compresor es una bomba de pistones, de dos o cuatro etapas según las nece­sidades de presión del sistema. Normalmente es impulsado por el motor a través de la caja de engranajes. Hay también en el mercado compresores eléctricos. Los compresores de cuatro etapas suministran aire a presión hasta 3.500 psi (246 kg/cm2, aproximadamente). El tipo de compresor más usado tiene dos cilindros con sus correspondientes pistones. Está preparado para realizar cuatro fases de compresión por cada revolu­ción de la manivela del pistón, gracias a que comprime el aire tanto en el movi­miento de subida como de bajada del pistón. Cuando el aire se comprime en las dos fases del cilindro número 1 pasa al cilin­dro número 2. Los dos pistones, colocados en serie, permiten realizar las cuatro fa­ses de compresión de los sistemas neumáticos de muy alta presión. Entre fase y fase el aire se enfría en un intercambiador de calor. Esto permite dismi­nuir el trabajo necesario para obtener la relación de compresión prevista. Martinetes neumáticos Al igual que los martinetes hidráulicos, los marti­netes neumáticos tienen la función de transformar la energía presente en el aire comprimido en movimientos lineales o giratorios de distintos mecanismos. A diferencia de los martinetes hidráulicos, los martinetes neumáticos están ex­puestos a movimientos repentinos muy enérgicos. Ello se debe a la compresibili­dad del aire. Por consiguiente casi todos ellos disponen de mecanismos contra sacudidas o de rebote, que amortiguan los impulsos de presión que reciben los pis­tones cuando se comunican con la línea neumática de servicio. Botellas de almacenamiento de aire a presión Las botellas de aire actúan como acumuladores de aire comprimido. Su función es suministrar aire a presión al sistema. Los compresores son meramente órganos de restablecimiento de la presión de aire de las botellas. La capacidad de las botellas debe ser suficiente para todos los servicios neumáticos, incluidos los de emergencia, para los que se dedica normalmente una botella específica. El material empleado en la fabricación de las botellas es acero de muy alta re­sistencia mecánica Las botellas se someten a inspecciones y pruebas hidrostáticas de presión cada intervalo de tiempo especificado. Cabe decir que el sistema también cuenta con los correspondientes manómetros para el control de las botellas. Válvulas De descarga del compresor Esquema de una válvula de bola Es la reguladora de presión del sistema. Tiene dos funciones principales: Con­trolar la presión máxima del sistema Permitir que el compresor funcione sin car­ga cuando el sistema no precisa de su funcionamiento. Consiste en una válvula de bola que se abre cuando la presión a la salida de la segunda etapa de compresión sobrepasa un cierto valor. En este caso la válvula de bola alivia toda la presión de la tercera fase de compresión, funcionando el siste­ma solo con las dos primeras. No obstante, las botellas de aire están a presión máxima, de manera que es posi­ble cualquier servicio neumático. Si la presión en la línea cae por debajo de un cierto valor, la válvula de bola se cierra y de nuevo entran en funcionamiento los cuatro grupos de compresión. Las válvulas de descarga mantienen la presión del sistema entre 2.900 y 3.300 psi. Si la presión del aire aumenta entra en acción la válvula antirretorno que "atrapa" el circuito, manteniendo la presión, mientras que la válvula de descarga dirige la salida del compresor a la atmósfera. De lanzadera Cumplen en los sistemas neumáticos de potencia la misma función que en los sistemas hidráulicos. Está situada entre el compresor y la línea principal. Cuando se conecta un carro neumático en la boca de servicio del sistema, la lanzadera se desplaza al otro extremo y permite cargar el sistema. En realidad esto sucede siempre que la fuente de presión de servicio en tierra es mayor que la del sistema, no solo cuando los motores del avión están parados. Reductoras de presión Las válvulas reductoras tienen la función de disminuir la presión de aire para los subsistemas que no requieren la alta presión de línea que mantienen las botellas. Las válvulas reductoras mantienen una presión diferencial aproximadamente constante, entre el subsistema y la atmósfera. En realidad, la mayor parte de los componentes del sistema, incluido el tren de aterrizaje, puerta de pasajeros, etc, funcionan con presiones del orden de 1.000 psi (70 kg/cm2), esto es, valores inferiores a los máximos que puede suministrar el sistema. De aislamiento o mantenedoras de presión Como su nombre indica mantienen la presión en la línea, o en un segmento de ella. Es una válvula que manipula el técnico de mantenimiento para realizar servi­cios' en el sistema sin necesidad de tener que descargar todas las botellas de aire comprimido. Purgador de agua El purgador de agua tiene la función de eliminar el agua suspendida que puede estar presente en el aire que sale del compresor. El aire entra en el purgador a la presión normal de salida del compresor, y es di­rigido contra unos tabiques colectores de agua, donde se deposita. Cuando el sis­tema esta inactivo, y la presión del aire desciende por debajo de un determinado valor (digamos, 450 psi, equivalentes a 30 kg/cm2) se abre la válvula de drenaje y escurre el agua separada en el purgador. El aire de servicio entra finalmente filtra­do en el sistema con malla de 10 μm, lo que da idea de su grado de limpieza. Filtros Se emplean para eliminar residuos y evitar que estos se depositen en los conductos y válvulas haciendo menos eficaz el sistema. Básicamente funcionan haciendo pasar aire a través de la malla filtrante o cartucho reteniendo las partículas. Los residuos se depositan en el fondo y si el filtro estuviese muy sucio, se abre una válvula de alivio que deja pasar el aire sin filtrar. El cartucho debe ser reemplazado con regularidad para evitar estas situaciones. Deshumectador El deshumectador elimina la humedad del aire comprimido. Se impide de esta forma la posible formación de hielo en las válvulas y tuberías del sistema.3​4​ Sistema neumático de emergencia Ll sistema neumático de po­tencia tiene su propio subsistema de emergencia, con botella de aire comprimido especifica para estos fines. Generalmente los aviones menos modernos hacen usu del sistema hidráulico normal, más otro neumático para emergencias, este último como respaldo del primero. Por lo tanto se distinguen dos situaciones: En los aviones con sistema exclusivo neumático de potencia, el sistema de emergencia se alimenta del sistema principal, en tanto funcione, a través de una válvula antirretorno (dirección sistema principal-sistema de emergen­cia). Dentro del circuito de emergencia se incluyen el sistema de acciona­miento de bajada de los flaps, tren de aterrizaje y la aplicación de frenos, en­tre otros. En funciones de sistema alternativo al hidráulico o hidráulicos principales Tiene, no obstante la característica de disponer de una botella neumática de prioridad. Cuando la presión de las botellas de servicio desciende por debajo de un cierto valor, la válvula de lanzadera aísla el circuito de líneas prioritarias de tal manera que la botella neumática de prioridad alimenta solo a sistema esenciales del avión. Boeing 707 El sistema de emergencia de frenos neumático es controla­do por el piloto, una vez que comprueba que el avión ha perdido la presión hidráu­lica. La carga de aire o de nitrógeno de alta presión se dirige a un depósito de trans­ferencia, lleno de fluido hidráulico, que queda sometido a la presión del gas. La presión neumática transferida al fluido hidráulico desplaza los pistones de los frenos, cuyos discos se someten ahora a presión hidráulica mantenida por la carga del gas a presión. Nótese que no existe presión neumática en el paquete de freno. Es presión hidráulica procedente de la carga de gas a presión en la botella de emergencia. La carga de gas permite la aplicación reiterada de los. frenos. Por ejemplo, en el antiguo Boeing 707 permite hasta cinco frenadas sucesivas. Sistema de sangrado de aire En relación con el sistema neumático del avión, se llama sangrado de aire a la operación de extraer aire caliente y a presión de uno o más de los compresores del motor. El fin es atender las necesidades de sistemas neumáticos utilitarios. Estos sistemas se dividen en dos categorías: principales y secundarios. Los sistemas principales tienen funciones operacionales fundamentales. Son los siguientes: acondicionamiento de aire de cabina sistema de deshielo-antihielo en algunos aviones, sistema de cortina neumática de protección del parabrisas frente a la lluvia. De forma colateral puede incluirse en esta clasificación la Unidad de Potencia Auxiliar (APU), dada su conexión íntima con el sistema. Otros sistemas neumáticos tienen menor entidad desde el punto de vista opera­cional, como es el caso de los sistemas de agua potable y deshecho de desperdi­cios. Desde el punto de vista neumático tienen la característica común de simpli­cidad. A veces, la neumática se emplea únicamente para presurizar conducciones de fluidos. No obstante cada uno, en su esquema de servicio, es fundamental para los fines del avión comercial. Los sistemas secundarios más relevantes son los siguientes: sistema de presurización de depósitos hidráulicos sistema de ventilación del compartimento de aviónica sistema de agua potable sistema de deshecho de desperdicios CONCLUSIONES: para mi es un tema escencial ya que gracias a la neumática, tenemos muchas de las máquinas y otras cosas que nos sirven para la vida diaria, ademas sin ellas no podriamos realizar muchas de las acciones en las cuales requerimos de la neumática y ademas el trabajo sería más arduo de no ser por esta.