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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA LETRAS Y CIENCIA DE LA EDUCACIÓN
CARRERA DE TECNOLOGÍA ELECTROMECÁNICA
TEMA:
ESTUDIO DE LA NEUMÁTICA Y SUS APLICACIONES EN DIFERENTES
CAMPOS DE LA INDUSTRIA.
Monografía que se presenta como requisito para optar por el título: Tecnología
Electromecánica.
AUTOR: DANIEL ANDRÉS QUISHPE ROSERO
TUTOR: MSC. EDISON MORALES A.
QUITO, SEPTIEMBRE DEL 2018
ii
DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a Dios, por
permitirme cumplir una meta tan importante en mi
formación profesional y en mi vida.
A mis padres, que fueron y serán un pilar muy
importante en mi vida, por alentarme y enseñarme a no
bajar los brazos cuando me sentía derrotado, por su
apoyo incondicional en todo momento y por qué
supieron inculcarme que siempre debo luchar por todo
lo que me preponga en la vida.
Con mucho amor a mi esposa Andrea que es el apoyo
fundamental de todos los logros en mi vida, que con su
paciencia, compresión y sacrificio, gracias a ella logre
culminar mis estudios, que a pesar de todos los
obstáculos siempre ha estado presente para apoyarme
incondicionalmente y poder salir juntos adelante, y de
manera especial dedico este trabajo a Valentina y
Alejandra mis hijas.
Daniel Andrés.
iii
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer a dios por haberme dado la sabiduría,
salud y vida, para poder culminar uno de mis principales
objetivos.
A mis padres por ser un ejemplo de superación.
A mi esposa por expresarme su apoyo incondicional en
todo momento.
A la Universidad Central del Ecuador, por darme la
oportunidad de ser un profesional.
A mis profesores que en el transcurso de mi carrera
profesional aportaron con sus valiosos conocimientos en
mi formación académica y de manera especial al MSc.
Edison Morales A., quien se desempeñó como tutor del
presente trabajo.
Daniel Andrés.
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, Daniel Andrés Quishpe Rosero, en calidad de autor del trabajo de investigación realizada
sobre “ESTUDIO DE LA NEUMÁTICA Y SUS APLICACIONES EN DIFERENTES
CAMPOS DE LA INDUSTRIA.”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL
DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que
contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,
seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y
demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, 26 de septiembre del 2018.
Daniel Andrés Quishpe Rosero.
C.I.: 171731035-1
v
CONSTANCIA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
Por la presente hago constar que he leído el Proyecto de Monografía, presentado por el Sr.
Daniel Andrés Quishpe Rosero, para optar por el Título de TECNÓLOGO SUPERIOR EN
ELECTROMECÁNICA, cuyo tema es: “ESTUDIO DE LA NEUMÁTICA Y SUS
APLICACIONES EN DIFERENTES CAMPOS DE LA INDUSTRIA.”
En la ciudad de Quito, a los 26 días del mes de septiembre del 2018.
MSc. EDISON EDUARDO MORALES ANDINO
C.I. 170726556-5
vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS
Subíndice Pág.
PORTADA……………………………………………………………………….……………………..I
DEDICATORIA…………………………………………………………………………..…………...II
AGRADECIMIENTO…………………………………………...………………………................…III
AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL…………………………………………………IV
CONSTANCIA DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR………………………………………...................V
ÍNDICE DE CONTENIDOS…………………………..……………………………….…..................VI
ÍNDICE DE GRÁFICOS…...……....……………………………………………..…………….…..VIII
ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………………………..…,…IX
ÍNDICE DE ANEXOS………………………………………………………………….…...................X
RESUMEN………………..……………………………….…………………………….…................XI
ABSTRACT………………..……………………………………………………...………………....XII
1. INTRODUCCIÓN………...…………………………………………………..….………….……...1
2. CAPÍTULO I..…………………………………………………….………………….......................2
2.1 EL TEMA………………………..………………………..…….……………..…….………….…2
2.2 OBJETIVOS…………………………………………………….….…………….……..................3
2.3 GENERAL…………………….…...……………………………………………………...…..…...3
2.4 ESPECÍFICOS…….…………………………………………………………………………..…...3
2.5 JUSTIFICACIÓN………………….…………………………………………………..……….….4
2.6 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN…………….………………………..…………….5
2.7 IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE INFORMACIÓN……….……………..………..…6
2.7 CUERPO DE LA MONOGRAFÍA………….…………………………………………..……...…7
3. CAPÍTULO II………………...……………………………………………………………..………8
3.1 EL AIRE COMPRIMIDO…………………….……………………… …………………..……....8
3.2 HISTORIA. ………………………………………….…………………………………..………...9
3.3 PROPIEDADES MÁS RELEVANTES DEL AIRE COMPRIMIDO……………..……………12
3.4 PREPARACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO…………………………………….…….………14
3.5 OBTENCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO………………………………………….…….…..….15
3.6 GENERACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO………………………………….…….…….….16
3.7 COMPRESORES……………………………………………………………….……….………..17
3.8 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….……….………....17
3.9 TIPOS DE COMPRESORES…………………………………………………………….....……18
3.10 TRATAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO………………….…..…..19
3.11 TRATAMIENTO FINAL DEL AIRE COMPRIMIDO………………………….…….......…..19
3.12 CONSERVACIÓN DE LAS UNIDADES DE MANTENIMIENTO…………….…....………22
3.13 FUENTES DE ENERGÍA…………………………………………………………….....…...…22
3.14 CLASIFICACIÓN DE LAS FUENTES DE ENERGÍA…………………………….....……....24
3.15 ENERGÍA NEUMÁTICA…………………………………………………………..…………..26
3.16 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….………...…26
3.17 DEFINICIÓN…………………………………………………………………….……………..27
3.18 ACTUADORES NEUMÁTICOS…………………………………………….………...…...….27
3.19 CLASIFICACIÓN DE LOS ACTUADORES NEUMÁTICOS…………………...….…….....28
vii
Pág.
3.20 ACTUADORES LINEALES………………………………………………………………..…..29
3.21 CILINDROS DE SIMPLE EFECTO…………………………………………..………….…….29
3.22 CILINDROS DE DOBLE EFECTO…………………………………………..…….……….…30
3.23 ACTUADORES DE GIRO……………………………………………………………….....….31
3.24 VÁLVULAS NEUMÁTICAS…………………………………………………..….……..........31
3.25 ELEMENTOS DE TRABAJO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICOS……………..…….………...31
3.26 RELÉS Y CONTACTORES…………………………...………………………..….….……….32
3.27 APLICACIONES DE LOS RELÉS Y CONTACTORES……..…………….…..….…...…….32
3.28 TEMPORIZADORES………………………………………………………..…...….……….…33
3.29 PULSADORES…………………………………………………………………..…….…......…33
3.30 SENSOR FINAL DE CARRERA……………………………...………….…………..….........34
3.31 MANÓMETRO………………………………………………………….……………..……….35
3.32 EL PLC………………………………………………………………….…………..…….…….36
3.33 DEFINICIÓN BÁSICA DE UN PLC………………………..………………...……………....37
3.34 ESTRUCTURA DE UN PLC………………………...…………………………..………....…..37
3.35 VENTAJAS……………………………………………………....…….…………..….………..39
3.36 SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA………………………………………..…………….….………40
3.37 ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS………………………..………..…….41
3.38 ESQUEMA DE CONEXIONES DE UN SISTEMA NEUMÁTICO………….………….…...42
3.39 AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA…………………………………..…………….......……43
3.40 APLICACIONES NEUMÁTICAS……………………………………….………….…………43
3.41 APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA EN MÁQUINAS INDUSTRIALES……………....44
3.42 APLICACIÓN DE LA NEUMÁTICA EN DIFERENTES CAMPOS DE LA INDUSTRIA...44
3.43 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍA NEUMÁTICA………..…………..........48
3.44 TENDENCIAS ACTUALES DE LA NEUMÁTICA………………………………...…...…...50
3.45 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS…………………………………………..….…......51
4. CAPÍTULO III………………………………………………………………….……..……...........53
4.1 CONCLUSIONES………………………………………………………………….…..………...53
4.2 RECOMENDACIONES………………………………………………………….……..………..54
4.3 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………..………..55
4.4 NET GRAFÍAS…………………………………………………………………………….……..56
4.5 ANEXOS…………………………………………………………………….…………..….........58
viii
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Pág.
Gráfico Nº 1: Muestra del aire normal- aire comprimido…………………………………………...….8
Gráfico Nº 2: Primer auto de aire comprimido………………………………………………………..11
Gráfico Nº 3: Ciclo de obtención y distribución del aire comprimido………………………………..15
Gráfico Nº 4: Compresor de aire………………………………………………………………………18
Gráfico Nº 5: Filtro y Regulador de presión…………………………………………………………..21
Gráfico Nº 6: Lubricador de aire comprimido…………………..…………………………………….21
Gráfico Nº 7: Energía renovable……………………………………………………………………....25
Gráfico Nº 8: Energía no renovable…………………………………………………………………...25
Gráfico Nº 9: Estructura de un cilindro……………………………………………………………….29
Gráfico Nº 10: Cilindro de Simple Efecto…………………………………………………………….30
Gráfico Nº 11: Funcionamiento del Cilindro de Doble Efecto……………………………………..…30
Gráfico Nº 12: Esquema interno de un relé…………………………………………………………...32
Gráfico Nº 13: Temporizador…………………………………………………………………………33
Gráfico Nº 14: Pulsador…………………………………………………………………………….....34
Gráfico Nº15: Sensor final de carrera…………………………………………………………………35
Gráfico Nº16: Manómetro………………………………………………………………………….....36
Gráfico Nº17: PLC´S………………………………………………………………………………….38
Gráfico Nº18: Conexiones y esquema………………………………………………………………...42
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla Nº1: Simbología neumática…………………………………………………………....40
Tabla Nª 2: Estructura de sistema……………………………………………………………41
x
ÍNDICE DE ANEXOS
Pág.
Anexo Nº1 Elementos de un sistema neumático……………………………………….…...59
Anexo Nº2 Circuitos básicos neumáticos………………………………………..……...…..59
Anexo Nº3 Tipos de compresores…………………………………………….………….…60
Anexo Nº4 Herramientas neumáticas………………………………………..……….….….60
Anexo Nº5 Maquina de serigrafía neumática………………………………………..……...61
Anexo Nº6 Máquina de transporte, llenado …………………………………………….…..61
Anexo Nº7 Aplicación de la neumática…………….…………………………………..…...62
xi
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA LETRAS Y CIENCIA DE LA EDUCACIÓN
CARRERA DE TECNOLOGÍA ELECTROMECÁNICA
TITULO:
ESTUDIO DE LA NEUMÁTICA Y SUS APLICACIONES EN DIFERENTES
CAMPOS DE LA INDUSTRIA.
AUTOR: DANIEL ANDRÉS QUISHPE ROSERO
TUTOR: MSC. EDISON EDUARDO MORALES ANDINO
RESUMEN
El propósito de esta monografía es el poder comprender la tecnología que emplea el aire
comprimido como modo de transmisión de la energía, la cual es necesaria para mover y hacer
funcionar mecanismos, los mismos que son utilizados en diferentes procesos del campo
industrial. La metodología que se empleó en este trabajo de investigación, fue bibliográfica
documental. Los recursos técnicos utilizados fueron principalmente los conocimientos
adquiridos en la preparación académica y el evidente incremento de automatizaciones en el
campo industrial, para poder llegar a cumplir los objetivos planteados en la presente
monografía. La neumática es una ciencia de gran importancia dentro del ámbito industrial,
principalmente porque su fuente de energía que es el aire comprimido es de fácil obtención y
resulta ser muy económica, a la neumática principalmente se la relaciona mucho en los
procesos industriales sean estos automáticos o semiautomáticos. La neumática
industrial constituye una de las soluciones más sencillas, rentables y con mayor futuro de
aplicación en la industria y es empleada en la mayor parte de las máquinas modernas.
Palabras Clave: Estudio de la neumática, aplicaciones de la neumática, procesos industriales.
CENTRAL UNIVERSITY OF ECUADOR
xii
FACULTY OF PHILOSOPHY LETTERS AND SCIENCE OF EDUCATION
CAREER OF ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY
TITLE:
STUDY OF THE PNEUMATICS AND ITS APPLICATIONS IN DIFFERENT
FIELDS OF THE INDUSTRY.
AUTHOR: DANIEL ANDRÉS QUISHPE ROSERO
TUTOR: MSC. EDISON EDUARDO MORALES ANDINO
ABSTRACT
The purpose of this monograph is to be able to understand the kind of technology that uses
compressed air as a
way of transmitting energy needed to move and operate mechanisms, the same ones that are
used in different processes of the industrial field. The applied methodology in this research
work, was bibliographical documentary. The technical resources used were mainly the
knowledge acquired in the academic preparation and the evident increase of automations in the
industrial field. Neumatics is mainly related to industrial processes whether these are automatic
or semi-automatic. Industrial pneumatics is one of the simplest and cost-effective solutions with
a greater future of application in the industry because it will be mostly used in most modern
machines.
Key words: Study of pneumatics, pneumatic applications, industrial processes.
Firma de Traducción:
MSC. Ana Del Rocío Cumba Simbaña
CI. 170923290-2
1
Introducción
La tecnología neumática ha tenido un gran incremento y desarrollo en los últimos años en el
sector industrial, tomando en consideración que el principal elemento de transmisión de energía
para mover y hacer funcionar los mecanismos es el aire comprimido, por lo cual el
desenvolvimiento de la neumática es el emplear una fuente de energía de fácil obtención y
tratamiento.
En el Capítulo I encontramos la presentación del tema el cual es: “ESTUDIO DE LA
NEUMÁTICA Y SUS APLICACIONES EN DIFERENTES CAMPOS DE LA
INDUSTRIA.”, así como también los objetivos, justificación, metodología de la investigación,
técnicas y procedimientos de la recolección de información, identificación de las fuentes de
información, procesamiento de la información y el cuerpo de la monografía.
En el Capítulo II encontramos la historia desde los inicios del aire comprimido y como en el
transcurso de los años se ha convertido en la energía neumática. La neumática tiene como
significado al movimiento da al aire comprimido y los procesos que experimenta el mismo, por
tal motivo aun que se conozca el uso del aire comprimido desde hace mucho tiempo atrás, cabe
señalar que el uso del mismo se ha generalizado en las industrias hace pocos años y que en el
presente estudio se ha investigado así como los siguientes temas: propiedades más relevantes
del aire comprimido, constitución de los elementos, generación y distribución del aire
comprimido, tratamiento y distribución del aire comprimido, energía neumática, simbología
neumática, estructura de los sistemas neumáticos, esquema de conexiones de un sistema
neumático aplicaciones neumáticas, aplicaciones de la neumática en máquinas industriales,
aplicaciones de la neumática en diferentes campos de la industria entre otros.
En el Capítulo III encontramos las conclusiones con las recomendaciones, así como también
bibliografías, net grafías y anexos.
2
Capítulo I
El tema:
ESTUDIO DE LA NEUMÁTICA Y SUS APLICACIONES EN DIFERENTES CAMPOS
DE LA INDUSTRIA.
El presente tema: “ESTUDIO DE LA NEUMÁTICA Y SUS APLICACIONES EN
DIFERENTES CAMPOS DE LA INDUSTRIA.” Está diseñado y tiene como propósito
comprender de una manera más amplia la utilización de la energía neumática, y las diferentes
bondades de los sistemas y procesos de producción neumáticos en el campo industrial.
La neumática se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatización de la
producción de todos los sectores industriales los cuales pueden aplicarse de manera racional
para la manipulación de piezas, incluso puede decirse que este es el campo de mayor aplicación.
Tomando como base la función de movimiento, hay que resaltar la extensa gama de elementos
sencillos para la obtención de movimientos lineales y rotativos.
También se puede decir que la neumática industrial constituye una de las soluciones más
sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicación en la industria, y es empleada en la mayor
parte de las máquinas modernas y se utiliza en la industria química, textil, el transporte, la
carpintería metálica y otros. El aprovechamiento del aire comprimido es visible hoy en muchos
elementos cotidianos.
Un número creciente de empresas industriales están aplicando la automatización de su
maquinaria mediante equipos neumáticos, lo que, en muchos casos, implica una inversión de
capital relativamente baja.
3
Objetivos
General:
Explicar mediante el estudio realizado cómo funciona la energía neumática y su aplicación en
el campo industrial.
Específicos:
Interpretar como se transforma el aire comprimido a energía neumática por medio del
compresor y la utilización de la misma dentro de las industrias.
Indicar la necesidad de las funciones neumáticas para mover y hacer funcionar mecanismos y
como se aplica en los distintos campos de la industria.
Determinar las características que obtienen los elementos u objetos dentro de los sistemas
neumáticos e identificar su utilización y como son aplicados en las industrias.
Identificar las diferentes funciones de automatización neumática y como es aprovechada en
cualquier tipo de proceso de producción dentro del campo industrial.
4
Justificación
El estudio de la neumática y sus aplicaciones en diferentes campos de la industria, tienen como
finalidad conocer sobre las aportaciones más destacadas en la automatización neumática en los
procesos industriales. Esta tecnología utiliza el aire comprimido como modo de transmisión de
la energía para mover y hacer funcionar mecanismos, la misma que constituye hoy en día el
complemento ideal de la mecánica en cualquier proceso de producción moderno.
Muchos problemas de ingeniería neumática a largo de los años han sido resueltos mediante la
mecánica tradicional, pero con la incorporación relativamente reciente de esta tecnología se ha
conseguido simplificar las máquinas haciendo más sencillos los movimientos, a la vez que se
ha logrado cierto grado de automatización de forma sencilla y económica.
La energía neumática se ha convertido con el paso del tiempo en una necesidad cotidiana que
no solo afecta ya a las grandes empresas sino a cualquier industria independientemente de su
capacidad de producción. Se trata de sustituir los procesos manuales por mecanismos y
máquinas automáticos, que eviten en lo posible la participación directa del hombre para lograr
mayor rapidez y seguridad en los sistemas productivos.
La energía neumática suele encontrase fácilmente disponible en cualquier taller o industria, por
pequeña que sea posee un compresor general que alimenta diferentes puntos de la planta de
producción, desde donde se toma para ser utilizada.
De los diferentes campos donde se aplica cabe destacar: máquinas y mecanismos diversos en
la industria en general, elevación y transporte, industria alimentaria, manipulación y
robotización, medida y control, automoción, obras públicas, agricultura y otros.
5
Metodología de la investigación
Diseño de la investigación
La presente investigación consiste en una descripción general del tema de estudio que es la
Neumática, se estudió sus ventajas, desventajas y aplicaciones en el campo industrial, también
se realizó un análisis de la generación, distribución y tratamiento del aire comprimido, se
estudió los compresores, los diferentes tipos de compresores, sus componentes. El objetivo de
la investigación se vio reflejado en un trabajo de calidad y satisfactorio, basado en una
investigación de observación, bibliográfica y documental.
Técnicas y procedimientos de la recolección de información.
Las técnicas de investigación son fundamentales para conocer los puntos de mayor relevancia
de una investigación y los procesos adecuados a implementar.
En cuanto a las técnicas que se utilizaron para realizar la recolección de datos e información
podemos citar las siguientes:
1. Técnicas de observación.
2. Técnicas de lectura.
3. Técnicas de resúmenes.
4. Técnicas de síntesis.
5. Técnicas de análisis de contenidos, extracción de citas cortas y largas.
6. Identificación de ideas principales y secundarias.
6
Identificación de las fuentes de información
Las técnicas para la recolección de datos que se seleccionaron son elementos que están acorde
al tipo de investigación que se realizó. Además, se tomaron fuentes secundarias como
investigaciones en internet, bibliográficos referentes a la investigación, también
documentaciones escritas que fueron encontradas en instituciones superiores con
especialidades afines al tema de investigación, cabe recalcar que para esta investigación se
requirió de una amplia fundamentación sobre todo lo relacionado al campo de la neumática.
Procesamiento de la información.
En esta fase de la elaboración del proyecto de investigación se procedió a realizar una selección
minuciosa de totas las fuentes de información, puesto que era necesario ir descartando
información que muchas veces no puede estar relacionada con el tema a investigarse, esto con
el propósito de tener las fuentes más confiables para trabajar.
7
CUERPO DE LA MONOGRAFÍA
8
Capítulo II
Marco Teórico
El aire comprimido
La neumática es la técnica que requiere de conocimientos sobre el aire comprimido de las
propiedades más relevantes, generación y distribución de la misma.
Aire comprimido.
Se denomina a la tecnología o aplicación técnica, de comprimir el aire a una presión superior
a la atmosférica, por medio de un compresor. El incremento de energía que posee el aire cuando
ha sido comprimido es aprovechable, para obtener un trabajo mecánico o producir una corriente
de aire.
En la mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se comprime, sino que también se deshumidifica
y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común en la industria.
Gráfico Nº 1. Muestra del aire normal- aire comprimido.
Fuente: www.google.com
9
Historia
El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce el hombre y en
varios casos aprovechada para reforzar sus recursos físicos.
El término neumática deriva del griego Pneumos o Pneuma (respiración, soplo) y es definido
como la parte de la Física que se ocupa de la dinámica y de los fenómenos físicos relacionados
con los gases o vacíos. Es también el estudio de la transformación de energía neumática en
energía mecánica, a través de los respectivos elementos de trabajo.
El descubrimiento consciente del aire como medio – materia terrestre – se remonta a muchos
siglos, al igual que un trabajo relativamente consciente con dicho medio. Recién en la segunda
mitad del siglo XIX es que el aire comprimido adquiere importancia industrial. En el Viejo
Testamento, fueron encontradas referencias del uso del aire comprimido: en la fundición de
plata, hierro, plomo y estaño. La historia demuestra que hace más de 2000 años, los técnicos
construían máquinas neumáticas, produciendo energía neumática por medio de un pistón.
Como instrumento de trabajo utilizaban un cilindro de madera dotado de un émbolo.
En Alejandría (Centro Cultural poderoso del mundo helénico), fueron construidas las primeras
máquinas reales, del siglo III A.C. En este mismo período, Ctesibios fundó la escuela de
Mecánicos, también en Alejandría, convirtiéndose, por tanto, en el precursor de la técnica para
comprimir el aire. La Escuela de Mecánicos era especializada en Alta Mecánica, y eran
construidas máquinas impulsadas por el aire comprimido.
En el siglo III D.C., un griego, Hero, escribe un trabajo en dos volúmenes sobre las aplicaciones
del aire comprimido y del vacío.
Sin embargo, la falta de recursos de materiales adecuados, y los mismos incentivos,
contribuyeron para que la mayor parte de estas primeras aplicaciones no fueran prácticas o no
pudiesen ser desarrolladas adecuadamente. La técnica era extremadamente depreciada, a no ser
10
que estuviese al servicio del rey y del ejército, para el mejoramiento de las máquinas de guerra.
Como consecuencia, la mayoría de las informaciones se perdieron por siglos.
Durante un largo período, el desarrollo de la energía neumática sufrió una paralización,
renaciendo apenas en los siglos XVI y XVII, con los descubrimientos de grandes pensadores y
científicos como Galileo, Otto Von Guericke, Robert Boyle y otros, que pasaron a observar las
leyes naturales sobre compresión y expansión de los gases.
Leibinz, Huyghens, Papin y Newcomem son considerados los padres de la Física experimental,
siendo que los dos últimos consideraban la presión atmosférica como una fuerza enorme contra
el vacio efectivo, que era objeto de las Ciencias Naturales, Filosóficas y de la Especulación
Teológica desde Aristóteles hasta el final de la época Escolástica.
Comprendiendo ese período, se encuentra Evangelista Torricelli, el inventor del barómetro, un
tubo de mercurio para medir la presión atmosférica. Con la invención de la máquina a vapor
de Watts, tiene inicio la era de la máquina. En el transcurso de los siglos, se desarrollaron varias
maneras de aplicación del aire, con la mejora de nuevas técnicas y nuevos descubrimientos.
Así, fueron surgiendo los más extraordinarios conocimientos físicos, también como algunos
instrumentos.
Un largo camino fue recorrido, de las máquinas impulsadas por aire comprimido en Alejandría
a las actuales que combinan neumática y electrónica de nuestros días. Por lo tanto, el hombre
intentó siempre aprisionar esta fuerza para colocarla a su servicio, con el único objetivo:
controlarla y hacerla trabajar cuando sea necesaria.
Actualmente, el control del aire suplanta los mejores grados de eficiencia y velocidad,
ejecutando operaciones sin fatiga, economizando tiempo, herramientas y materiales, además
de fortalecer seguridad al trabajo.
11
A pesar de todo esto la irrupción verdadera y generalizada de la neumática en la industria no
se inició hasta que llegó a hacerse más acuciante la exigencia de una automatización y
racionalización en los procesos de trabajo.
En la actualidad, ya no se concibe una instalación industrial sin el aire comprimido. Este es el
motivo por el cual, de que en los ramos industriales más variados se utilice equipamiento
neumático siendo el aire comprimido la cuarta utilidad industrial junto con el agua, el gas y la
energía eléctrica. A pesar de todo esto el aire comprimido sigue siendo una de las fuentes de
energía más incomprendidas y subvaloradas en las que llega a derrocharse más de un 50% del
aire comprimido.
( Marcelo Cassani, 2015, wordpress.com)
Gráfico Nº 2. Primer auto de aire comprimido.
Fuente: www.google.com
12
Propiedades más relevantes del aire comprimido
La utilización óptima del aire comprimido se conseguirá aprovechando las propiedades físicas
que posee en la industria:
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.
Limpieza.
El aire comprimido es limpio y en caso de faltas de estanqueidad en tuberías o: elementos. No
produce ningún ensuciamiento. Esto es muy importante, en las industrias alimenticias, madera,
textiles y del cuero.
13
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 puede 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.
14
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 distintos materiales en sonorizantes.
Seguridad.
No presenta peligro de incendio en áreas de riesgo elevado y el sistema no está afectado por la
sobrecarga puesto que los actuadores se detienen o se sueltan simplemente. Los actuadores
neumáticos no producen calor.
Preparación del aire comprimido
Para garantizar la fiabilidad de un mando neumático es necesario que el aire alimentado al
sistema tenga un nivel de calidad suficiente. Ello implica considerar los siguientes factores:
presión correcta, aire seco, aire limpio.
En la práctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del aire comprimido
desempeña un papel primordial. Las impurezas en forma de partículas de suciedad u óxidos,
15
residuos de aceite, lubricante y humedad dan origen muchas veces a averías en las instalaciones
neumáticas y la destrucción de los elementos neumáticos
Obtención de aire comprimido
Para producir aire comprimido se utiliza compresores que elevan la presión de aire al valor de
trabajo deseado los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central.
En un sistema de obtención de aire comprimido se puede distinguir las siguientes estaciones
de tratamiento del aire:
Filtrado
Enfriado
Secado
Separación de impurezas sólidas, liquidas o de vapor de agua.
El equipamiento necesario para la generación y preparación del aire comprimido depende de
los requisitos y exigencias de calidad del aire de acuerdo a la estación de obtención del mismo
relacionando el tipo de contaminación que pueda tener.
Gráfico Nº 3. Ciclo de obtención y distribución del aire comprimido.
Fuente: www.google.com
16
Generación del aire comprimido
Para generar aire comprimido necesitamos máquinas que reduzcan el volumen del gas para
incrementar su presión, este tipo de maquina la conocemos como COMPRESOR y dentro de
las máquinas para fluidos está catalogada como una maquina térmica ya que al comprimir el
gas variamos su densidad, si por ejemplo se impulsara el fluido sin afectar la densidad del
mismo se podría catalogar como maquina hidráulica.
El aire comprimido proviene del compresor y llega a las instalaciones, a través de tuberías. Los
compresores móviles se utilizan en la rama de la construcción o en máquinas que se desplazan
frecuentemente. La finalidad de un sistema de canalización de aire comprimido es distribuir
aire comprimido a los puntos en los que se utiliza.
El aire comprimido tiene que distribuirse con un volumen suficiente, la calidad y la presión
adecuadas para propulsar correctamente los componentes que utilizan el aire comprimido.
El aire comprimido se utiliza en muchas instalaciones industriales comerciales y se considera
una utilidad esencial para la producción. Las redes de aire comprimido de materiales lisos y
resistentes ofrecen racores herméticos con flujo de paso total que crea un sistema que consume
menos.
17
Compresores
Introducción
Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor
de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación
central. El aire comprimido proviene del compresor y llega a las instalaciones (demanda), a
través de tuberías. Los compresores móviles se utilizan en la rama de la construcción o en
máquinas que se desplazan frecuentemente.
Compresores
Según el manual Technical Systems, (1981) describe:
Un compresor es una máquina que se usa para comprimir aire u otros gases de
una presión de admisión inicial, usualmente presión atmosférica, a presión más
alta. Un compresor aumenta la presión de una cierta cantidad de aire por reducir
su volumen. Un compresor es una máquina de fluido que está construida para
aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal
como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio
de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el
compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía
de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.
Respaldando este criterio Un compresor es una máquina de fluido que está
construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados
compresibles, tales como gases y vapores.
El compresor es la máquina que como su nombre lo dice comprime el aire que se encuentra
una prensión atmosférica normal a una presión mucho más alta, por medio del intercambio de
energía entre máquina y fluido dando como resultado la energía de flujo, aumentando la presión
y la energía impulsándola a fluir. Estos fluidos son llamados compresibles tales como gases o
vapores.
18
Tipos de compresores
Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden
emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos tipos básicos de compresores:
alternativos y rotativos:
Compresores alternativos.
Este trabaja según el principio de desplazamiento: la compresión se obtiene por la admisión
del aire en un recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor
de émbolo oscilante o rotativo. Según el sistema de compresión, los compresores se agrupan
en las siguientes familias:
Pistón
Membrana
Compresores rotativos.
El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos: el aire es aspirado por un lado
y comprimido como consecuencia de la aceleración de la masa de aire en la turbina, llamado
también alternativo, Este se divide en:
Tornillo
Centrífugos
Gráfico Nº 4. Compresor de aire.
Fuente: www.google.com
19
Tratamiento y distribución del aire comprimido
El aire comprimido contiene impurezas que pueden producir perturbaciones en el
funcionamiento y un rápido deterioro de las instalaciones neumáticas. Estas impurezas están
formadas por agua, polvo, óxido y aceite procedente de la lubricación del Compresor.
El agua origina un desgaste prematuro en los componentes neumáticos, ya que arrastra el aceite
que lubrica las partes móviles, produce partículas de óxido en las tuberías de distribución,
deteriora las tuberías flexibles y favorece la formación de hielo en ambientes de trabajo a baja
temperatura. Las impurezas sólidas dañan las juntas y las partes móviles de los componentes.
La depuración del aire comprimido comienza en la Estación de Compresión:
1. El filtro de entrada retiene las partículas grandes de polvo en suspensión. Con el fin de alargar
la vida útil de estos filtros, la aspiración del Compresor deberá estar alejada de lugares donde
se producen (lijadoras, pulidoras, etc.)
2. Los refrigeradores de aire instalados en el Compresor condensan gran parte del vapor de
agua aspirado. Para que la cantidad de agua aspirada sea la menor posible, el compresor debe
instalarse en el lugar más seco y fresco posible.
3. El acumulador es un eficaz colaborador en la limpieza del aire, ya que en él se depositan los
condensados de agua de los refrigeradores y el aceite procedente del Compresor.
Tratamiento final del aire comprimido
La unidad de tratamiento final del aire comprimido, llamada también unidad de mantenimiento
o FRL, se coloca justo al comienzo de la aplicación neumática. Está formada por un filtro, una
válvula reguladora de presión y un lubricador.
20
El filtro
Tiene la misión de eliminar las últimas impurezas que puede llevar el aire. Es un recipiente en
cuya parte superior se instala una placa deflectora que provoca el centrifugado del aire las
impurezas, tanto sólidas como líquidas, chocan contra las paredes del recipiente, caen al fondo
y son evacuadas al exterior a través de una purga, que puede ser manual o automática. Para
alcanzar el conducto de salida, el aire tiene que atravesar un cartucho filtrante cuya porosidad
dependerá del nivel de pureza exigido en la instalación (5, 10, 25, 40 o más micras). Las
condensaciones del fondo del depósito del filtro deben ser purgadas regularmente cuando
alcanzan un cierto nivel. Esta maniobra de purga se la puede hacer manual mediante un grifo
de purga o automática mediante un sistema de flotador.
El regulador de presión
La válvula reguladora, reduce la presión de la red al nivel requerido de la instalación y lo
mantiene constante, aunque haya variaciones en el consumo. En su funcionamiento, la presión
de salida es regulada por una membrana que está sometida por un lado a la fuerza de un resorte
accionado por un tornillo y por el otro, a la ejercida por la propia presión de salida. Si la presión
de salida aumenta debido a la disminución de caudal, la membrana se comprime y la válvula
de asiento se cierra. En el caso contrario, la válvula de asiento se abre y permite el paso de aire
procedente de la red. Si se reduce la tensión del muelle, el exceso de aire en la salida, sale al
exterior por el orificio de escape, aunque hay construcciones en las que este orificio no existe.
21
Gráfico Nº 5. Filtro y Regulador de presión.
Fuente: www.google.com
El lubricador
El lubricador es el que se encarga de incorporar al aire comprimido una fina niebla de aceite
para lubricar las partes móviles de los componentes neumáticos. El aceite asciende a la parte
superior del lubricador por efecto Venturi y cae en la corriente de aire, que lo nebuliza y lo
transporta a la instalación. Las unidades de mantenimiento tienen una salida de aire auxiliar
antes del lubricador para las partes de la instalación que precisen aire sin lubricar.
Gráfico Nº 6. Lubricador de aire comprimido.
Fuente: www.google.com
22
Conservación de las unidades de mantenimiento
Es necesario efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de conservación
1. El filtro de aire comprimido: Debe examinarse periódicamente el nivel del agua condensada,
porque no debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de control. De lo contrario, el agua
podría ser arrastrada hasta la tubería por el aire comprimido. Para purgar el agua condensada
hay que abrir el tornillo existente en la mirilla. Así mismo debe limpiarse el cartucho filtrante.
2. Regulador de presión: Cuando está precedido de un filtro, no requiere ningún
mantenimiento.
3. Lubricador de aire comprimido: Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si es necesario,
suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plástico y los recipientes de los lubricadores no
deben limpiarse con tricloroetileno. Para los lubricadores, utilizar únicamente aceites
minerales.
Fuentes de energía
Las fuentes de energía son elaboraciones naturales, complejas de las que el ser humano puede
extraer energía para realizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad. Por ejemplo, el
viento, el agua y el sol, entre otros.
La búsqueda de fuentes de energía inagotables y el intento de los países industrializados de
fortalecer sus economías nacionales reduciendo su dependencia de los combustibles fósiles,
concentrados en territorios extranjeros tras la explotación y casi agotamiento de los recursos
propios, les llevó a la adopción de la energía nuclear y en aquellos con suficientes recursos
hídricos, al aprovechamiento hidráulico intensivo de sus cursos de agua. A finales del siglo XX
se comenzó a cuestionar el modelo energético imperante por dos motivos:
23
Los problemas medioambientales y el calentamiento global del planeta.
Los riesgos del uso de la energía nuclear.
Tipos de energía
Energía solar
El sol produce luz y calor. Todos los seres vivos necesitan luz solar para vivir. Y en la
actualidad se utiliza la luz y el calor del sol para producir energía eléctrica, sobre todo en las
viviendas.
Energía eólica
Antiguamente se usaba para mover los objetos, por ejemplo, los barcos de vela. Actualmente
lo utilizamos para producir electricidad. En las centrales eólicas el viento mueve las aspas de
los molinos y este movimiento se transforma en electricidad.
Energía geotérmica
Es una de las fuentes de energía renovable menos conocidas y se encuentra almacenada bajo
la superficie terrestre en forma de calor y ligada a volcanes, aguas termales, fumarolas y
géiseres. Por tanto, es la que proviene del interior de la Tierra.
Energía mareomotriz
El movimiento de las mareas y las corrientes marinas son capaces de generar energía eléctrica
de una forma limpia. Si hablamos concretamente de la energía producida por las olas,
estaríamos produciendo energía undimotriz. Otro tipo de energía que aprovecha la energía
24
térmica del mar basado en la diferencia de temperaturas entre la superficie y las aguas
profundas se conoce como maremotérmica.
Energía hidráulica
Los ríos y corrientes de agua dulce.
Energía nuclear
La energía del núcleo de los átomos radioactivos.
Energía química
Los combustibles son materiales que pueden arder. La leña, el carbón y el gas natural son
combustibles. Estos poseen energía química: cuando arden se desprenden energía luminosa y
calorífica. Esta energía puede transformarse en movimiento cuando los combustibles se utilizan
por el funcionamiento de un motor. Todas ellas renovables, excepto la energía nuclear, por ser
su combustible principal, el uranio, un mineral.
Energía neumática
Es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía
necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.
Clasificación de las fuentes de energía
Las fuentes de energía se clasifican en: renovables y no renovables
Renovables: Pueden utilizarse de manera continuada para producir energía, bien porque
se regeneran fácilmente (biomasa) o porque son una fuente inagotable (solar).
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Gráfico Nº 7. Energía renovable.
Fuente: www.google.com
No renovables: Una vez utilizadas tardan muchísimo tiempo en regenerarse.
Gráfico Nº 8. Energía no renovable
Fuente: www.google.com
Este tipo de clasificación tiene como base el ritmo de consumo de energía que el ser humano
requiere para poder vivir. Se denomina renovable al tipo de energía que cumple con la demanda
energética requerida por el ser humano, pero al mismo tiempo es una fuente que se regenera
más rápido de lo que se consume. Caso contrario ocurre con la energía no renovable, que, si
bien cumple con la demanda energética en este momento, su demanda aumentará y su oferta
disminuirá ya que se consume más rápido de lo que se regenera.
26
Energía neumática
Introducción
La neumática básica o pura, produce la fuerza mediante los actuadores o motores neumáticos,
lineales o rotativos, pero además el gobierno de éstos y la introducción de señales, fines de
carrera, sensores y captadores, se efectúa mediante válvulas exclusivamente neumáticas, es
decir el mando, la regulación y la automatización se realiza de manera totalmente neumática.
El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce y utiliza el hombre
para reforzar sus recursos físicos. Sabemos que el primero que se ocupó de la neumática, es
decir, utilizar el aire comprimido como elemento de trabajo, fue el griego CTESIBIOS. Hace
más de dos mil años, construyó una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros libros
acerca del empleo de este tipo de energía, procede del siglo I de nuestra era, y describe
mecanismos accionados por medio de aire caliente.
De los antiguos griegos procede la expresión Pneuma, que designa lo etéreo, lo puro, el alma
de los cuatro elementos fundamentales: aire, agua, tierra y fuego. Como derivación de la
palabra Pneuma surge, entre otras cosas, el concepto neumático trata los movimientos y
procesos del aire comprimido.
Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más antiguos conocimientos de
la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando empezaron a investigarse
sistemáticamente su comportamiento y sus reglas. A partir de 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 ejemplo en la minería, en la industria de la construcción y en los ferrocarriles (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 más acuciante la exigencia de automatizar y
racionalizar los procesos de trabajo, para bajar los costos de producción. En la actualidad, todo
27
desarrollo industrial está concebido con aire comprimido, y en consecuencia se utilizan equipos
neumáticos.
Definición
La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión con
energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos mediante un fluido de aire
(neumática), se puede conseguir mover un motor o accionar un cilindro para que tenga un
movimiento de salida o retroceso de un vástago (barra). Esto hoy en día tiene infinidad de
aplicaciones como pueden ser la apertura o cierre de puertas en trenes o autobuses,
levantamiento de grandes pesos, accionamientos para mover determinados elementos, etc.
El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta
compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse.
Actuadores neumáticos
Definición
Los actuadores son aquellos que tienen a cargo la conversión de energía neumática disponible
en energía mecánica disponible. Toda actividad visible en una máquina es realizada por estos
elementos, los que deben figurar entre las primeras cosas que deben ser consideradas en el
diseño de una máquina.
Antonio Guillen Salvador (1993), manifiesta:
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica
en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso
automatizado. Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la
orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.
28
Existen varios tipos de actuadores como son:
Electrónicos
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos
mecatrónicos.
Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y
los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho
equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las
aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de
precisión y mantenimiento.
Clasificación de los actuadores neumáticos.
Los actuadores neumáticos son mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en
trabajo mecánico por medio de un movimiento lineal de vaivén, o de motores. Los actuadores
neumáticos se clasifican en dos grandes grupos:
Actuadores Lineales
Actuadores de giro
29
Actuadores lineales
Los cilindros neumáticos producen un trabajo: transforman la energía neumática en trabajo
mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso.
Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos según el modo en que se realiza el retroceso
del vástago, los cilindros se dividen en dos grupos:
Cilindros de simple efecto
Cilindros de doble efecto
Gráfico Nº 9. Estructura de un cilindro
Fuente: www.google.com
El cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante
dos tapas, entre las cuales se desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido a
un vástago que saliendo a través de una o ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada
por el cilindro (gracias a la presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo).
Cilindros de simple efecto.
El cilindro de simple efecto realiza el trabajo en un solo sentido.
El émbolo se desplaza por la presión del aire comprimido.
Después retorna a su posición inicial por medio de un muelle recuperador (o bien mediante
fuerzas exteriores.)
30
Gráfico Nº 10. Cilindro de Simple Efecto.
Fuente: www.google.com
Cilindros de doble efecto
Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene
que realizar una misión también al retornar a su posición inicial, ya que hay un esfuerzo
neumático en ambos sentidos. Se dispone de una fuerza útil en ambas direcciones.
El aire comprimido empuja el émbolo hacia fuera.
El aire comprimido empuja el émbolo hacia dentro.
Gráfico Nº 11. Funcionamiento del Cilindro de Doble Efecto
Fuente: www.google.com
31
Actuadores de giro
Estos elementos transforman la energía neumática en un movimiento de giro mecánico.
Funcionan igual que los cilindros de giro, pero el ángulo de giro no está limitado. Por eso es
de los cilindros neumáticos más usados. Estos cilindros por método de la presión introducida
podemos obtener un movimiento rotativo
Válvulas neumáticas
Una válvula neumática es un elemento de regulación y control de la presión y el caudal del aire
a presión. Este aire es recibido directamente después de su generación o sino desde un
dispositivo de almacenamiento. Las válvulas dirigen, distribuyen o pueden bloquear el paso
del aire para accionar los elementos de trabajo (los actuadores).
Elementos de trabajo eléctrico-electrónicos.
La instrumentación eléctrica-electrónica se aplica en el control, seguridad, censado y
procesamiento de la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las
cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías
indispensables en la industria.
FESTO, en los últimos años, ha ampliado el campo de aplicación de sus tecnologías,
incluyendo junto a la automatización neumática, al área eléctrica-electrónica, no solo como
complemento de primera, si no, como una alternativa más a las necesidades que día a día
requiere la industria moderna, dentro de estas tenemos los relés y contactores.
32
Relés y Contactores
La representación simbólica de relevadores y contactores en el esquema eléctrico es idéntica a
su principio de funcionamiento.
Los relés se utilizan para cargas relativamente pequeñas.
Los contactores se utilizan en cargas relativamente elevadas.
Los relevadores son interruptores accionados electromagnéticamente, su principio más básico
es de una bobina y dos contactos, uno normalmente abierto y uno normalmente cerrado;
constan de una carcasa con un electroimán y contactos móviles.
Cuando se aplica una tensión a la bobina del electroimán, se genera un campo
electromagnético. Esto produce la atracción de la armadura móvil hacia el núcleo de la bobina,
la armadura arrastra el conjunto de contactos. El bloqueo de contactos puede abrir o cerrar
determinado número de circuitos por medios mecánicos. Al interrumpir el flujo de corriente
por la bobina un muelle devuelve la armadura a su posición original.
Gráfico Nº 12. Esquema interno de un relé.
Fuente: www.google.com
Aplicaciones de los relés y contactores.
Existen varios tipos de relés y contactores, así como su uso y aplicación, como los
temporizadores y contadores; según su uso, pueden utilizarse para varias funciones:
Interfaces entre circuitos de control y circuitos de carga.
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Elementos de protección en circuitos de control y carga.
Multiplicación de señales.
Separación de circuitos de corriente alterna y corriente directa.
Retrasar, generar y convertir señales.
Enlazar información.
Temporizadores
El temporizador es un tipo de relé auxiliar, con la diferencia sobre estos, que sus contactos no
cambian de posición instantáneamente.
Los temporizadores pueden trabajar a la conexión o a la desconexión.
A la conexión: cuando el temporizador recibe tensión y pasa un tiempo hasta que
conmuta los contactos.
A la desconexión: cuando el temporizador deja de recibir tensión al cabo de un tiempo
conmuta los contactos.
Gráfico Nº 13. Temporizador.
Fuente: www.google.com
Pulsadores
Es el elemento que permite el paso o interrupción de la corriente mientras es accionado. Cuando
ya no se actúa sobre él vuelve a su posición de reposo.
34
Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el contacto normalmente
abierto NA.
Consta del botón pulsador; una lámina conductora que establece contacto con los dos
terminales al oprimir el botón y un muelle que hace recobrar a la lámina su posición primitiva
al cesar la presión sobre el botón pulsador.
Gráfico Nº 14. Pulsador.
: www.google.com
Sensor final de carrera
Dentro de los componentes electrónicos, se encuentra el final de carrera o sensor de contacto
(también conocido como "interruptor de límite") o limit switch, son dispositivos eléctricos,
neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, con el objetivo
de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito. Internamente pueden contener
interruptores normalmente abiertos (NA o NO en inglés), cerrados (NC) o conmutadores
dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados, de ahí la gran variedad de finales
de carrera que existen en el mercado.
Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se encuentran
los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose,
35
en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan
una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo.
Los finales de carrera están fabricados en diferentes materiales tales como metal, plástico o
fibra de vidrio.
Gráfico Nº15. Sensor final de carrera.
Fuente: www.google.com
Manómetro
Los manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y
gases). Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden
construirse también para medir presiones absolutas.
Todos los manómetros tienen un elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos
a la presión, este cambio se manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las
unidades de presión correspondientes.
Hay muchas maneras de convertir los valores de presión en otra magnitud cambiante que pueda
convertirse en el movimiento de una aguja indicadora o en un número en una pantalla digital.
36
Gráfico Nº16. Manómetro.
Fuente: www.google.com
El PLC
Todas las máquinas o sistemas automáticos tienen un control. Dependiendo del tipo de
tecnología utilizada, los controles pueden dividirse en neumáticos, hidráulicos, eléctricos y
electrónicos. Con frecuencia se utiliza una combinación de las diferentes tecnologías.
Además, debe distinguirse entre controles con lógica cableada, es decir, conexión física de
componentes electromecánicos, o lógica programable, por ejemplo, el controlador lógico
programable.
La tarea original de un PLC es la interconexión de señales de entrada, de acuerdo con un
determinado programa y si el resultado de esa interconexión es “cierta”, activar la
correspondiente salida. El álgebra de Boole forma la base matemática para esta operación, ya
que solamente reconoce dos estados definidos de una variable: “0” (falso) y “1” (cierto);
consecuentemente, una salida solo asume estos dos estados. Por ejemplo, una electroválvula
conectada a la salida puede estar activada o desactivada, es decir, controlada.
Esta función ha acuñado el nombre de PLC: Controlador Lógico Programable. En él, el
comportamiento de las entradas/salidas es similar al de los controles realizados con relés
electromagnéticos o con elementos lógicos neumáticos o electrónicos; la diferencia reside en
que el programa en lugar de estar “cableado”, está almacenado en una memoria electrónica.
37
Definición básica de un PLC
Un control lógico programable es sencillamente una computadora, adaptada específicamente
para tareas de control.
La función de un módulo de entrada es la de convertir señales de entrada en señales que puedan
ser procesadas por el PLC y pasarlas a la unidad de control central. La tarea inversa es realizada
por el módulo de salida, éste convierte las señales del PLC en señales adecuadas para los
actuadores.
El programa del PLC puede crearse de varias formas: a través de instrucciones parecidas al
lenguaje ensamblador (assembler) en “lista de instrucciones”, en lenguajes de alto nivel
orientados al problema, tales como el texto estructurado, o en forma de diagrama de flujo, como
se representa en el diagrama de funciones secuencial. En el campo, específicamente en nuestro
país, el lenguaje preferido por los usuarios es el “diagrama de contactos” o “diagrama en
escalera” (ladder diagram).
Estructura de un PLC
En la estructura de las computadoras convencionales, generalmente se distingue entre
hardware, firmware y software; los mismos términos se aplican a los PLC’s, ya que
esencialmente también están basados en la lógica de un microprocesador.
El hardware, se refiere a las partes físicas del dispositivo, es decir, los circuitos impresos, los
circuitos integrados, el cableado, la batería, la carcasa y todo lo que le da forma a un PLC.
El firmware, lo constituyen aquellos programas que se encuentran permanentemente instalados
como software en el PLC y que es suministrado por el fabricante del PLC. Esto incluye las
rutinas fundamentales del sistema, utilizadas para poner en marcha al procesador cuando se
aplica una determinada tensión. Adicionalmente, se cuenta con el sistema operativo que, en el
38
caso de los controladores lógicos programables, generalmente se halla almacenado en una
memoria ROM, de solo lectura o EPROM, de lectura programable y borrable.
El software, es el programa escrito por el usuario del PLC. Los programas de usuario se instalan
generalmente en una memoria RAM, de acceso aleatorio, donde los programas pueden ser
fácilmente modificados.
El hardware del PLC está basado en un sistema de buses. Un sistema de bus es un determinado
número de líneas eléctricas divididas en líneas de direcciones, datos y control. La línea de
direcciones se utiliza para seleccionar la dirección de un elemento conectado al bus, la línea de
datos es utilizada para transmitir la información requerida y las líneas de control son necesarias
para habilitar el dispositivo, conectando el bus como emisor o receptor.
Según la estructura del PLC, los módulos de entradas y salidas se conectan a un simple bus
común, o a un bus externo de E/S para el caso de grandes sistemas modulares de PLC.
Finalmente, se necesita una conexión para programar el PLC, comúnmente es utilizada la
computadora, la cual, a través de una plataforma de interface en serie, se comunica y le asigna
las órdenes que deberá cumplir el dispositivo.
Gráfico Nº17. PLC´S
Fuente: www.google.com
Ventajas del PLC
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Actualmente, el PLC se utiliza en la industria para resolver problemas de secuencias en una
línea de producción, maquinaria, sistemas y/o procesos, ahorrando costos en mantenimiento y
aumentando la confiabilidad de los equipos. Es importante conocer las generalidades y todo lo
que un PLC puede hacer por un proceso, pues se puede estar gastando mucho dinero en
mantenimiento y reparaciones, cuando estos equipos solucionan el problema y por lo tanto se
pagan solos.
Por todo esto, es evidente que por medio de la implementación de un sistema de control con
PLC, es posible hacer automático prácticamente cualquier proceso, mejorar la eficiencia y
confiabilidad del elemento a automatizar y lo más importante, reducir los costos de producción
de la empresa.
40
Simbología neumática
Tabla Nº1. Fuente: Google Simbología neumática
Simbología básica de los elementos neumáticos utilizados en circuitos neumáticos.
41
Estructura de los sistemas neumáticos
Tabla Nº 2. Fuente: Google Estructura de sistema
42
Esquema de conexiones de un sistema neumático
Gráfico Nº18. Conexiones y esquema
43
Fuente: www.google.com
Automatización neumática
La neumática es utilizada para el control, en la que interviene aire a presión como fuente de
energía, cilindros, válvulas elementos de lógica de control, etc., que se interconectan entre sí a
través de la tubería o mangueras y conectores apropiados diseñados para que soporten las
presiones calculadas de trabajo.
Cuando la neumática pura o llamada convencional llega a sus límites de aplicación y se
necesitan soluciones complejas y económicas, la automatización nos proporciona otros
caminos viables y mayores posibilidades.
En Esta tecnología la lógica de control se estructura a través de la interconexión eléctrica de
los diferentes elementos que intervienen en el control, debido a esto se llama lógica cableada.
(Juan Camilo Vásquez cortes, Juan Pablo Cardona Guio y Jhon Jairo Leal Gomez, 2015, Pág.
25) en su obra Automatización neumática.
Aplicaciones neumáticas
Un número creciente de empresas industriales están aplicando la automatización de su
maquinaria mediante equipos neumáticos, lo que, en muchos casos, implica una inversión de
capital relativamente baja.
Los elementos neumáticos pueden aplicarse de manera racional para la manipulación de piezas,
incluso puede decirse que este es el campo de mayor aplicación.
Tomando como base la función de movimiento, hay que resaltar la extensa gama de elementos
sencillos para la obtención de movimientos lineales y rotativos.
44
Aplicación de la neumática en máquinas industriales
Actualmente en numerosos procesos de fabricación no serían posibles sin la neumática, ya que
esta se encuentra presente en sectores industriales específicos como automotriz, electrónico,
manipulación de procesos, alimenticios, farmacéuticos etc.
Dentro de la maquinaria industrial encontramos tres ejes importantes en los que se aplica la
energía neumática los cuales son:
En la Fabricación
La neumática se emplea para la fabricación de piezas, también mediante la neumática se pude
perforar, tornear, fresar, cortar.
En el Proceso.
En este punto las aplicaciones de la neumática dentro de los procesos sirven para: llenar,
dosificar, bloquear, accionar ejes, abrir, cerrar, sujetar y vaciar objetos.
En la Manipulación.
En las técnicas de manipulación las aplicaciones más comunes tenemos: el desplazamiento,
sujeción de piezas específicas, posicionamiento xyz, orientación, embalaje. Girar piezas,
prensar, separar las mismas, estampar, deformar, cortar materiales y transportarlos.
Aplicación de la neumática en diferentes campos de la industria
La neumática industrial constituye una de las soluciones más sencillas, rentables y con mayor
futuro de aplicación en el campo industrial y es empleada en la mayor parte de las máquinas
modernas. Para dar una idea general de las posibilidades de aplicación de la neumática se puede
hablar de varios procesos industriales. La cantidad de aplicaciones se ve aumentada
45
constantemente debido a la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías. La constante
evolución de la electrónica e informática favorece la ampliación de las posibilidades de
aplicación de la neumática.
Un criterio muy importante es la existencia de compresor, si este existe la elección del sistema
neumático tiene muchas más posibilidades. Esto es especialmente importante para procesos de
especialización no técnicos tales como la agricultura, jardinería, etc.
A continuación, se detalla los principales sectores industriales donde se aplica la neumática:
Carpintería metálica
Industria mecánica
Industria metalúrgica
Industria del automóvil
Industria alimentaria
Industria textil
Industria química
Industria del vidrio y cerámica
Industria del caucho
Industria de la madera y mueble
Industria de la construcción
Centrales nucleares
Transporte
Carpintería metálica
Consiste en la fabricación y comercialización de productos de acero, hierro, aluminio, cobre,
latón, bronce para ser empleados en la construcción, industria, sector agrario, decoración y
hogar.
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Industria mecánica
Se ocupa del diseño y manufactura de máquinas y equipos de la más variada índole, así como
también del diseño, desarrollo, instalación, operación y mantenimiento de gran cantidad de
procesos y plantas industriales.
Industria metalúrgica
La industria metalúrgica tiene una gran dependencia de las materias primas; excepto en el caso
del aluminio, cuyos procesos de elaboración son muy complejos y su valor añadido es alto. Las
partes esenciales de esta industria son: el alto horno y los trenes de laminación. Son industrias
que exigen inversiones muy elevadas, y ocupan mucho suelo industrial.
Industria del automóvil
Es un conjunto de compañías y organizaciones relacionadas en las áreas de diseño,
desarrollo, manufactura, marketing, y ventas de automóviles.
Industria alimentaria
Es la parte de la industria que se encarga de todos los procesos relacionados con la
cadena alimentaria. Las materias primas de esta industria consisten principalmente de
productos de origen vegetal (agricultura), animal (ganadería) y fúngico (perteneciente o
relativo a los hongos).
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Industria textil
El sector industrial dedicad a la producción de fibras sintética, hilados, telas y productos
relacionados con la confección de ropa.
Industria química
Se ocupa de la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto naturales como
sintéticas, y de su transformación en otras sustancias con características diferentes de las que
tenían originalmente, para satisfacer las necesidades de las personas mejorando su calidad de
vida.
Industria del vidrio y cerámica
Es la que se encarga del manejo y producción del vidrio y cerámica.
Industria del caucho
Se utilizan básicamente dos tipos de caucho: el natural y el sintético. Este último, obtenido a
través de diferentes polímeros, sirve para la fabricación de una gran variedad de productos.
Industria de la madera y mueble
Es el sector de la actividad industrial que se ocupa del procesamiento de la madera, desde su
plantación hasta su transformación en objetos de uso práctico.
Industria de la construcción
Se puede dividir en dos grandes grupos: diseño y ejecución.
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Centrales nucleares
Es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía
nuclear.
Transporte
Es una actividad del sector terciario, entendida como el desplazamiento de objetos, animales o
personas de un lugar (punto de origen) a otro (punto de destino) en un vehículo (medio o
sistema de transporte) que utiliza una determinada infraestructura (red de transporte).
Ventajas y desventajas de la energía neumática
Ventajas
Es abundante (disponible de manera ilimitada).
Transportable (fácilmente transportable, además los conductos de retorno son
innecesarios puesto que lo escapes se hacen a la atmósfera).
Se puede almacenar (permite el almacenamiento en depósitos).
Resistente a las variaciones de temperatura.
Es seguro, antideflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio).
Limpio (lo que es importante para industrias como las químicas, alimentarias, textiles,
etc.).
Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil
comprensión.
La velocidad de trabajo es alta. Además, permite invertir fácilmente el sentido de
trabajo.
49
Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua. La
neumática resulta útil para esfuerzos que requieran precisión y velocidad.
No existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando ésta existe, el elemento de trabajo
simplemente para sin daño alguno.
El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de
ariete.
Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa.
Desventajas
Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad).
Si el circuito es muy largo se producen pérdidas de carga considerable.
Esquemas complejos de modificar o depurar.
Es ruidoso, debido a los escapes de aire después de su utilización.
Es costoso. Es una energía cara, que en cierto punto es compensada por el buen
rendimiento y la facilidad de implantación.
Tendencias actuales de la neumática
50
En la actualidad las tendencias actuales de manejo de la neumática están dirigidas a la
construcción de robots de automatización o industriales, siendo en estos utilizados
conjuntamente los sistemas neumáticos con, sistemas eléctricos e informáticos en aplicaciones
de automatización fija y en serie, y por otro lado en aplicaciones en mecanismos de trabajo en
máquinas herramientas.
Es así que el uso principal que le da la última tecnología a la neumática aplicada en robots
neumáticos es en la manipulación de elementos de reducido peso y que necesiten una velocidad
de traslación alta.
En máquinas herramientas se está utilizando la fuerza de la neumática para aprovechar la
misma en desplazamientos rectilíneos y giratorios de piezas a mecanizar o de herramientas de
trabajo, fijación, patrones de verificación. Es necesario mencionar que la creación y
construcción de estos robots y mecanismos es de un valor económico elevado por lo que su
utilización no es muy difundida y aplicada en producciones típicas de bajo presupuesto.
La neumática tiene una aplicación total en el ámbito industrial que va desde grúas neumáticas
hasta la aplicación de componentes de seguridad en la industria automotriz (sistemas de
frenado, suspensiones, etc.)
Esta valiosa tecnología no solo está siendo aplicada en países desarrollados, sino también en
aquellas industrias que están en sus inicios o en proceso de crecimiento, ya que la neumática
promete a la industria y a sus procesos de fabricación un medio más barato de automatización,
lo cual, si se utiliza de manera inteligente, puede traer como resultado bajas en los costos de
producción.
En la actualidad la neumática conlleva el uso del aire a presión o en depresión como fuente de
energía, para transformarla en energía mecánica visible en movimientos.
Definición de términos básicos
51
Automatización. - Aplicación de máquinas o de procedimientos automáticos en la realización
de un proceso o en una industria.
Cilindro. - Actuador lineal provisto de una cámara para ser movido con aire comprimido
Contactor. - Un contactor es un componente electromecánico que tiene por objetivo establecer
o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de mando,
tan pronto se energice la bobina.
Neumática. - Energía que utiliza el aire comprimido como mecanismo para accionar una
fuerza motriz determinada.
Manómetro. - Instrumento utilizado para medir la presión.
PLC. - Proviene de las siglas en inglés para Programable Logic Controler, que traducido al
español se entiende como “Controlador Lógico Programable”. Se trata de un equipo
electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y
controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de
equipos en ambientes industriales.
Relé. - El relé es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por
un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán se acciona un juego
de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otro circuito eléctrico independiente.
52
Válvulas. - Mecanismo que permiten el paso o el cierre de un determinado flujo de aire o fluido
a un circuito neumático o hidráulico.
Capítulo III
Conclusiones
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Al estudiar el aire comprimido permitió conocer y comprender la utilización de la
energía neumática dentro de los sistemas y procesos de producción neumáticos en el
campo industrial.
Con la investigación se llegó a la conclusión que la neumática como energía es de suma
importancia en las industrias como la textil, química, automotriz y otras, por todas sus
ventajas principalmente su fácil obtención.
El estudio permitió comprender e Identificar símbolos, diagramas de sistemas
neumáticos industriales, así como también varias herramientas neumáticas que serán
utilizadas a futuro dentro del campo industrial.
Al realizar el trabajo de investigación se comprendió el uso de automatización
neumática y todos los procesos que utilizan esta energía para cualquier tipo de
producción dentro del campo industrial e invertir en futuras plantas industriales en el
país.
54
Recomendaciones
Se recomienda a los técnicos que trabajan con esta energía neumática realizar estudios
periódicamente del aire comprimido y su utilización ya que en los últimos años se ha
venido incorporando en distintos procesos de las industrias.
Se recomienda tomar en cuenta las múltiples ventajas de la energía y analizar la
importancia que tiene su utilización en las distintas industrias.
Es importante los conocimientos técnicos, como diagramas y símbolos neumáticos ya
que como estudiantes y/o Profesionales es necesario comprender los componentes
dentro de un sistema neumático para un excelente desempeño en el ámbito laboral.
Para la tecnología aplicada en neumática se recomienda analizar, comprender y ejecutar
los conocimientos, para no desaprovechar la productividad y lograr fortalecer los
sistemas tecnológicos y económicos en el ámbito industrial.
55
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ANEXOS
59
ANEXO Nº1
ELEMENTOS DE UN SISTEMA NEUMÁTICO
Fuente: Google SISTEMA NEUMATICO
ANEXO Nº2
CIRCUITOS BÁSICOS NEUMÁTICOS
60
Fuente: Google Circuito Neumático
ANEXO Nº3
TIPOS DE COMPRESORES
Fuente: Google Tipos de Compresores
ANEXO Nº4
HERRAMIENTAS NEUMÁTICAS PARA LAS DISTINTAS INDUSTRIAS
61
Fuente: Google JOYMA Suministros Industriales SL
ANEXO Nº5
MAQUINA DE SERIGRAFÍA NEUMÁTICA
Fuente: Google DirectIndustry
ANEXO Nº6
MÁQUINA DE TRANSPORTE, LLENADO Y PROCESAMIENTO
62
Fuente: Google IRC Automatización
ANEXO Nº7
APLICACIÓN DE LA NEUMÁTICA EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIS
Fuente: Google Aplicación Neumática en la Industria
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