El término neumática deriva de la palabra griega pneuma (aire) y se refiere a la utilización que el hombre hace del aire a la hora de desarrollar un trabajo.

Presión

Cualquier gas sometido a una presión realiza una fuerza sobre las paredes del recinto en que se encuentra. Se denomina presión a la fuerza producida por unidad de superficie.

Escalas de Presión

La presión es una magnitud que requiere un punto de comparación o un origen de referencia determinado para ser medida. Los orígenes de los que se parte para medir la presión son el vacío absoluto y la presión atmosférica local (presión barométrica).

Se denomina vacío absoluto a la presión existente en un recinto donde se haya extraído todo el aire que contenía. Si la presión de un recipiente se mide tomando como referencia el vacío absoluto, se denomina presión absoluta.

Caudal

Se denomina caudal al volumen de fluido proporcionado en la unidad de tiempo. En neumática también recibe el nombre de gasto.

Ventajas del Aire Comprimido

Las ventajas del aire comprimido son:

• Limpieza
• Simplicidad
• Abundancia
• Insensibilidad a la temperatura
• Seguridad
• Resistencia a las sobrecargas
• Reversibilidad de movimientos

Inconvenientes del Aire Comprimido

Los inconvenientes del aire comprimido son:

• Compresibilidad
• Fuerza limitada
• Ruidos
• Costes

Compresores

Existen diferentes tipos de compresores:

• Compresores de émbolo: La compresión se realiza al aspirar aire hacia un recinto hermético y reducir su volumen hasta alcanzar la presión deseada (al disminuir el volumen en un gas, manteniendo la temperatura constante, aumenta su presión).
• Compresores de turbina: Basan su principio de funcionamiento en las leyes de la dinámica de fluidos. Transforman la energía cinética de un fluido en movimiento en energía de presión: el motor aumenta la velocidad del fluido y, posteriormente, la transforma en presión.

Tipos de Compresores

• Compresores de turbina
  • Paletas
  • Roots
  • Tornillo
  • Centrífugos
  • Axiales
• Compresores de émbolo
  • Émbolo oscilante
  • Membrana

Tipos de Compresores de Émbolo

1. Compresores de émbolo oscilante
2. Compresores de membrana

Tipos de Compresores de Turbina

1. Compresores de paletas
2. Compresores Roots
3. Compresores de tornillo
4. Compresores centrífugos

Regulación de los Compresores

Existen diferentes métodos para regular los compresores:

• Regulación por escape a la atmósfera: Alcanzada la presión límite, una válvula limitadora de presión expulsa a la atmósfera el exceso que se aporte. Sólo es apto para instalaciones muy pequeñas, ya que supone una pérdida de aire.
• Regulación por intermitencias: El motor de accionamiento del compresor se desconecta al llegar a una determinada presión, que nos indica que existe una sobrecarga en la instalación.
• Regulación por bloqueo de aspiración: Es un sistema utilizado en compresores rotativos y de émbolo. Bloqueada la aspiración, el compresor mantiene su trabajo en régimen de depresión y sin aporte de aire al sistema.
• Regulación por apertura de aspiración: Se utiliza en compresores de émbolo de mayor capacidad que los anteriores. La válvula de aspiración se mantiene abierta, con lo que el pistón se mueve en vacío y con consumo mínimo de energía.
• Regulación de la velocidad de rotación: Con la variación de la velocidad de giro, se puede controlar el aire aportado. Sin embargo, este sistema no es muy utilizado.
• Regulación de aspiración: La variación de la abertura de aspiración nos permite adaptar la producción al consumo.

Acumuladores

Los acumuladores, también llamados calderines, son depósitos que reciben y almacenan el aire procedente del equipo de compresión. Suelen tener forma cilíndrica y su tamaño depende del tamaño del compresor y de las necesidades de la planta.

El acumulador aporta a la instalación varios efectos beneficiosos:

• Compensa las oscilaciones de presión en la red, más acusadas en el caso de compresores de émbolo.
• Permite tiempos de descanso en el compresor, mejorando su equilibrio térmico y su vida útil.
• Facilita el enfriamiento del aire procedente del compresor. Su tamaño influye en este enfriamiento y con ello en la cantidad de agua retenida.
• Retiene las impurezas procedentes del compresor, por lo que puede ser considerado como el primer filtro de la línea.

Un acumulador irá equipado con:

• Válvula de seguridad.
• Presostato de máxima-mínima para control de marcha del compresor.
• Termómetro (opcional) y manómetro.
• Válvula de cierre.
• Grifo de purga para eliminar el agua.
• Compuerta de limpieza en tamaños grandes.

La instalación de los compresores requiere determinados cuidados. Las normas que hay que seguir son:

• Evitar colocarlos en la proximidad de puntos de calor, como calderas, hornos o zonas soleadas sin protección.
• Buscar una zona limpia para evitar la aspiración de polvos, virutas u otras proyecciones de líquidos o sólidos.
• Alejarlos de la zona de trabajo para evitar los ruidos, o insonorizarla si esto no es posible. Lo ideal es disponer de una sala para su ubicación independiente del resto de la planta, lo que es frecuente en grandes instalaciones.
• Dejar espacio suficiente a su alrededor, tanto para su ventilación como para facilitar revisiones y reparaciones.

Tratamiento del Aire Comprimido

El aire comprimido presenta impurezas líquidas y sólidas. Las primeras son principalmente restos de aceites procedentes del compresor y vapor de agua. Las segundas están formadas por el polvo aspirado y las partículas sólidas desprendidas de la instalación por efecto de la oxidación. Unas y otras reducen extraordinariamente la vida útil de los equipos neumáticos.

Humedad de Saturación

La humedad de saturación es el peso máximo de vapor de agua que admite el aire seco a una determinada presión y temperatura. Su valor aumenta con la temperatura y disminuye al aumentar la presión.

Secado del Aire

Una instalación de aire comprimido debe suministrar aire en los puntos de consumo, limpio, seco y con la mínima pérdida de presión. Si esto no se cumple, el resultado será: mayor desgaste en las máquinas, bajo rendimiento y más coste de producción.

Métodos de Secado del Aire

1. Método de absorción
2. Método de adsorción
3. Método de enfriamiento

Unidad de Mantenimiento

La unidad de mantenimiento realiza el tratamiento del aire en el puesto de trabajo y está compuesta por:

• Una unidad de filtrado.
• Un regulador de presión.
• Una unidad de lubricación.

La unidad de mantenimiento se debe colocar lo más cerca posible del punto de consumo.

Componentes de la Unidad de Mantenimiento

1. Unidad de filtrado: Tiene la misión de eliminar los últimos restos de partículas:
   • Sólidas: procedentes del exterior de la red y tomadas durante la fase de aspiración o debidas a desprendimientos de partículas metálicas de las paredes de las tuberías por efecto de la oxidación.
   • Líquidas: agua y aceite.
2. Regulador de presión
3. Unidad de lubricación

Conductas de Mantenimiento

Regularmente es necesario efectuar los trabajos siguientes:

• Filtro de aire: limpiarlo regularmente y vaciar la condensación depositada en el vaso para evitar que pase a la instalación.
• Regulador de presión: no necesita ningún cuidado especial. Asegurarse de que se ajusta a la presión de trabajo.
• Lubricador: verificar el nivel, rellenándolo, sin sobrepasar el nivel máximo, con aceite mineral fino. Los fabricantes de equipos neumáticos suelen disponer de aceites especiales para este fin.

Los depósitos suelen ser de material plástico, por lo que no se deben utilizar disolventes que puedan atacarlos.

Distribución del Aire Comprimido

La distribución del aire desde el punto de producción hasta los puntos de consumo se realiza a través de tuberías. En ellas, el aire pierde parte de su presión (pérdida de carga). La pérdida máxima que se admite entre el acumulador y el consumidor es de 0,1 bar.

Conociendo el caudal que demanda una instalación, podremos dimensionar las tuberías, considerando que las velocidades adecuadas del aire en ellas son:

• 8 m/s en líneas principales.
• 15 m/s en líneas secundarias.
• 30 m/s en líneas flexibles de utilización (las líneas flexibles se utilizan en la conexión de la línea de alimentación a los equipos neumáticos).

La sección de la tubería será: