Los circuitos neumáticos son instalaciones que emplean el aire comprimido para generar, transmitir y transformar fuerzas y movimiento. Están formados por los siguientes elementos:

• Elementos generadores de aire comprimido (compresores)
• Elementos de regulación y control
• Elementos de transporte
• Elementos de trabajo (actuadores)

Compresores: Generación de Energía Neumática

Un compresor es una máquina capaz de transformar diferentes energías (energía eléctrica, la energía proporcionada por motores de combustión interna, u otra) en energía neumática (aire comprimido).

Componentes de Regulación y Control

Presostato: El presostato es un manómetro con un regulador, que está calibrado para una determinada presión. Su función consiste en mantener la presión del interior del depósito dentro de unos márgenes, conectando y desconectando el dispositivo de compresión del aire.

Válvula de seguridad del depósito: La válvula de seguridad del depósito es un dispositivo calibrado para soportar una determinada presión. Cuando la presión del depósito supera la presión de calibración, se abre la válvula dejando escapar el aire al exterior. Este dispositivo es de vital importancia para evitar que reviente el depósito como consecuencia de una excesiva presión del aire almacenado en él.

Regulador de presión: El regulador de presión es un elemento que cumple la función de controlar la presión del aire que se envía al circuito, para lo que dispone de una llave de paso y de un manómetro que indica la presión de salida.

Funcionamiento del Compresor

El pistón, al moverse en una dirección, obliga al aire a pasar a través del circuito de refrigeración y entrar en la cámara de presión. Al moverse en dirección opuesta, el pistón oprime el aire de la cámara al mismo tiempo que aspira aire del exterior. Cuando la presión del aire alcanza un cierto valor, se abre la válvula de escape y el aire pasa al depósito.

Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.

Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en máquinas que se desplazan frecuentemente.

Elección del Compresor

La elección del compresor depende de la presión de trabajo y de la cantidad de aire necesario en la unidad de tiempo (caudal). Por caudal se entiende la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos: el caudal teórico y el caudal efectivo o real.

Presión en Sistemas Neumáticos

También se distinguen dos conceptos:

• La presión de servicio: Es la presión suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores.
• La presión de trabajo: Es la presión necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presión.

Tipos de Compresores

Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de compresores tomando en cuenta su construcción. Se distinguen dos tipos básicos:

• Compresores que trabajan según el principio de desplazamiento positivo. 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).
• Compresores que trabajan 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 (turbocompresores).

Red de Distribución de Aire Comprimido

Dentro de la red de distribución se diferencian las siguientes zonas:

• Tubería principal: Es la línea que sale del acumulador y conduce todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor sección posible, para evitar perdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red, para que esta pueda soportar aumento de caudal.
• Tuberías secundarias: Son tramos de tubería que derivan de la tubería principal, para proporcionar aire comprimido a las tuberías de servicio. Circulará un caudal determinado exclusivamente por los elementos neumáticos a los que proporciona servicio. Se debe prever una sección suficiente para evitar las perdidas de presión y tener en cuenta las futuras ampliaciones.
• Tuberías de servicio: Estas son las que suministran aire comprimido a los equipos neumáticos, y suelen contar en sus extremos con conectores rápidos. No es conveniente que se suministre aire, con una sola tubería de servicio, a más de tres equipos. Tampoco es recomendable instalar tuberías de servicio con diámetros menores de «media pulgada», con el objeto de evitar obstrucciones.

Materiales de las Tuberías Principales

Para la elección de los materiales brutos, tenemos diversas posibilidades: cobre, tubo de acero negro, latón, tubo de acero galvanizado, acero fino, plástico.

Unidad de Mantenimiento en Sistemas Neumáticos

La unidad de mantenimiento tiene la función de acondicionar el aire a presión. Dicha unidad es antepuesta al mando neumático.

Si se usa aire a presión no lubricado en sistemas que antes sí lo usaban, es necesario renovar la lubricación original de fábrica de las válvulas y cilindros, ya que es posible que dicha lubricación original haya desaparecido.

Cilindros Neumáticos: Tipos y Características

Los cilindros neumáticos realizan la función de transformar la energía neumática en energía mecánica de traslación en uno o dos sentidos.

Cilindro de Simple Efecto

Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa. El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el émbolo a su posición inicial a una velocidad suficientemente grande. En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de este limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm. Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar objetos en cadenas de producción, etc.

Cilindro de Doble Efecto

En cilindros de doble efecto, la fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo realizando un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno. 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. En principio, la carrera de los cilindros (longitud del vástago) no está limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago salido.

Cilindro sin Vástago

Este cilindro neumático de doble efecto (cilindro sin vástago) está compuesto de una camisa, un émbolo y un carro exterior montado sobre el cilindro. El émbolo puede moverse libremente dentro del cilindro en concordancia con las respectivas señales neumáticas. Este tipo de cilindro es utilizado principalmente para carreras extremadamente largas de hasta diez metros.

Propiedades de los Cilindros

El rendimiento de un cilindro puede ser calculado teóricamente o recurriendo a los datos ofrecidos por el fabricante. Si bien ambos métodos son correctos, cabe anotar que los datos ofrecidos por el fabricante suelen ser más informativos para una versión y aplicación específica.

Las propiedades de un cilindro están dadas por:

• Fuerza del émbolo
• Diámetro del émbolo
• Carrera o recorrido
• Velocidad del émbolo
• Consumo de aire

Motores Neumáticos: Características y Ventajas

Los motores neumáticos realizan la función de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. El proceso se desarrolla de forma inversa a la de la compresión. Sus principales características pueden resumirse en las siguientes:

• Son ligeros y compactos.
• El arranque y paro es muy rápido, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control complejo.
• Baja inercia

Características de los Motores de Aire Comprimido

• Regulación sin escalones de la velocidad de rotación y del par motor
• Gran selección de velocidades de rotación
• Pequeñas dimensiones (y reducido peso)
• Gran fiabilidad, seguros contra sobrecarga
• Insensibilidad al polvo, agua, calor y frío
• Ausencia de peligro de explosión
• Reducido mantenimiento
• Sentido de rotación fácilmente reversible

Válvulas en Sistemas Neumáticos

Las válvulas para los sistemas neumáticos se fabrican de una amplia gama de medidas que abarcan funciones relacionadas con la dirección, el caudal, y la presión del aire comprimido. En consecuencia, según su función, se dividen en:

• Válvulas de control direccional (distribuidoras)
• Válvulas auxiliares:
• Válvulas de control de presión
• Válvulas de control de flujo

Válvulas Distribuidoras

Conocidas también como válvulas direccionales de paso, las válvulas de distribución cumplen funciones importantes en un sistema neumático. Son las que en un circuito neumático direccionan, envían, reparten, cierran o simplemente distribuyen el flujo a los distintos conductos y componentes del sistema neumático. Son además las que gobiernan a los elementos de trabajo (cilindros o motores neumáticos). Se identifican por un símbolo, el cual representa la función de la válvula y su forma de accionamiento, no su construcción. El símbolo se compone de un bloque central, en el que se identifican: las posiciones estables del elemento de conmutación, y las vías de conexión para cada posición, y dos bloques.