En el mundo de la automatización neumática, la fuente de energía del actuador neumático es el aire comprimido. La neumática es el uso de aire comprimido para crear energía para un proceso productivo, dependiendo de la presión que deriva de comprimir el aire dentro de un espacio cerrado. Permite responder con rapidez a operaciones de paro y arranques, son muy poderosos, baratos, seguros y confiables.
Por lo general, se utiliza un compresor de aire para reducir el volumen de gas, lo que aumenta la presión del aire porque todas las moléculas de aire se compactan. Por medio de válvulas, se puede controlar el flujo de aire, dirigiéndolo hacia un actuador, que a su vez genera una fuerza para impulsar la máquina que lo requiera. En resumen, un sistema neumático utiliza aire comprimido para realizar un trabajo: captura aire, lo transporta por un circuito y lleva a cabo sus movimientos con la energía generada.
Hoy en día se encuentran en una gran cantidad de aplicaciones tanto en objetos cotidianos como en el mundo industrial. Al respecto, Felipe Toledo, docente Electricidad y Automatización Industrial en Duoc UC sede San Joaquín, indica que en cualquier planta que uno visita puede encontrar una red neumática y un compresor para utilizar ese aire de alguna forma. A esto Nelson Gas, Director del Área Automatización y Robótica de INACAP, agrega que la automatización neumática de procesos industriales es una de las más utilizadas en la actualidad, y la podemos encontrar en todas las áreas, desde una simple vulcanización hasta un proceso totalmente automatizado de line manufacturing. Su versatilidad es tal que cualquier proceso que requiera de automatización puede incorporarla. Para Rodolfo Danitz, docente de Ingeniería Civil Industrial de Universidad Santo Tomás, las ventajas competitivas de la automatización neumática frente a otras tecnologías explican esta amplia gama de aplicaciones. El aire comprimido resulta especialmente adecuado para la automatización de procesos de fabricación continua con altos niveles de automatización. Mucha maquinaria automatizada ha sido diseñada para operar directamente con aire comprimido, por lo que bastará conectar estas máquinas a la línea de aire comprimido de la industria, sostiene.
Componentes Clave en Sistemas Neumáticos
Dentro de los sistemas neumáticos, encontramos componentes esenciales como las válvulas direccionales y los actuadores.
Válvulas Direccionales
En el mundo de la automatización neumática, las Válvulas Direccionales juegan un papel fundamental. Las válvulas direccionales son dispositivos que controlan el flujo y la dirección del aire en un sistema neumático. Funcionan cambiando la posición de sus internos, permitiendo o bloqueando el paso del aire. Estas válvulas son fundamentales en sectores como la manufactura, la robótica, y la industria automotriz.
La durabilidad de las válvulas direccionales depende de varios factores, como la calidad del material, la frecuencia de uso y el mantenimiento. Algunas válvulas direccionales pueden repararse, especialmente si el problema es con componentes como sellos o bobinas. Depende del modelo y del material con el que están fabricadas.
La selección depende de varios factores como el tipo de fluido, la presión de trabajo, el caudal requerido, el ambiente de trabajo y el tipo de control deseado. La garantía varía según el fabricante y el modelo.
El mantenimiento regular es crucial para garantizar la longevidad y el rendimiento óptimo de las válvulas direccionales. La instalación de estas válvulas requiere conocimientos técnicos. Al considerar la adquisición de válvulas direccionales, es esencial elegir un proveedor confiable. Elegir la válvula adecuada y un proveedor confiable es crucial para garantizar la eficiencia, seguridad y rendimiento óptimo de tus sistemas.
Las Válvulas Direccionales son más que simples componentes; son el corazón de muchos sistemas de automatización neumática.
- Aire Comprimido y Calidad: Un aire comprimido de mala calidad, con impurezas o humedad, puede causar desgaste prematuro y fallos en las válvulas.
- Aplicaciones Específicas: Sí, hay válvulas diseñadas para aplicaciones específicas.
Actuadores
Su función es crear y proporcionar fuerza para actuar o mover un dispositivo mecánico. Son dispositivos que producen movimientos dentro de la misma trayectoria. Es un elemento físico con capacidad de crear una zona de campo magnético, logrando emplear el magnetismo mediante un imán.
Tipos de Actuadores
- Motores de corriente continua (DC): Se incluye en el motor un sensor para la posición que realiza el control sobre la acción del actuador. Existen dos tipos, el Motor shunt, que se conecta en derivación con el circuito que se forma por bobina inducidas, y el Motor compound, que procede por el circuito inducido y el otro formado por el inductor auxiliar.
- Motores de corriente alterna (AC): Se basa en la obtención del campo magnético giratorio.
- Motores paso a paso: Se trata de un dispositivo electromecánico que convierte impulsos eléctricos en deslizamientos angulares muy discretos.
Preparación del Aire Comprimido
Para poder emplearse, el aire comprimido debe cumplir con una serie de condiciones, dependiendo de la aplicación a realizar. A juicio de Gabriel Pérez Méndez, Docente del Área Industrial en el Instituto Profesional CIISA, una recomendación básica es mantener siempre las líneas por donde circula el aire libres de aceite y humedad, ya que deterioran a mediano plazo manifolds y actuadores, entre otros elementos del sistema. A esto, Toledo, de Duoc UC, añade que el aire que no ha sido tratado y acondicionado aumenta la probabilidad de fallos, y así disminuye la vida útil de los componentes. Esto se refleja en el desgaste de juntas y piezas móviles de cilindros, por ejemplo.
La preparación del aire comprimido depende netamente de la norma que se aplique según proceso; no es lo mismo un aire comprimido para la industria minera, en la cual los estándares de filtrado no son tan elevados, como para la industria de alimento, en la que hay una necesidad elevada de cumplir en calidad del aire, ya que en algunos casos este tiene contacto directo con el producto final, afirma Gas, de INACAP.
En general, todo el aire comprimido para uso industrial debe primeramente ser secado por métodos frigoríficos, hasta niveles de 2 o 3°C de temperatura de punto de rocío. El aire ambiente contiene importantes cantidades de agua, que pueden producir daños en las líneas de transporte y en los elementos neumáticos, expresa Danitz, de la Universidad Santo Tomás. Dependiendo del uso particular del aire comprimido, se pueden realizan secados adicionales de tipo químico (adsorción), pudiendo llegar a temperaturas de punto de rocío muy bajas, que corresponde a un aire extremadamente seco. Así, por ejemplo, cuando se utiliza aire comprimido para el transporte de materiales higroscópicos, se requiere un aire con un nivel de humedad muy bajo.
Respecto al filtrado, el académico explica que el aire comprimido industrial debe ser sometido a este proceso para eliminar las partículas existentes en el aire ambiente, las que podrían dañar por abrasión algunos componentes neumáticos. Asimismo, en algunos puntos de uso particulares, el aire comprimido debe ser lubricado, donde se le agregan pequeñas cantidades de aceite para mejorar el funcionamiento de elementos neumáticos móviles, continúa.
Ventajas y Desventajas del Aire Comprimido
Al referirse a las ventajas del aire comprimido, los entrevistados coinciden en que es fácil de generar, transportar, filtrar y reparar, además de no ser contaminante. En particular, Danitz indica que el aire comprimido, como vía de automatización, es limpio, no contaminante y de muy bajo riesgo. Por ejemplo, a diferencia de la automatización eléctrica se puede utilizar directamente sin riesgo en zonas explosivas, como las de manejo de combustibles volátiles.
Por su parte, Toledo agrega que el aire comprimido es una fuente de energía para herramientas mucho más segura que la energía eléctrica, permitiéndonos, por ejemplo, utilizar herramientas en ambientes húmedos. Su uso presenta un costo barato, pues nos permite con una sola fuente alimentar múltiples dispositivos; además, presenta un mantenimiento mucho más simple y reducido en costos. Por último, el peso de sus componentes también es una ventaja puesto que son más pequeños, por lo que su peso se reduce y son mucho más ergonómicos, como las herramientas neumáticas.
No obstante, a juicio del académico de Duoc UC, una gran desventaja es que una herramienta neumática gasta entre 6 a 8 veces más energía para producir la misma salida mecánica que una herramienta eléctrica, y que en la etapa de generación de aire comprimido, la mayor parte de la energía se pierda en forma de calor. En este aspecto, las oportunidades están en optimizar el consumo del suministro de aire comprimido y evitar las pérdidas de presión a toda costa, por esto, instrumentar la red neumática y tener todos esos datos de presión, caudal y potencia, permitirá a un auditor calificado realizar los ajustes para mejorar la operación y capacitar al personal a cargo del sistema.
Otra oportunidad que he leído es la implementación de sistemas de control experto en los compresores, asegurándose de que trabaje constantemente para mantener la presión deseada. En este punto también se busca que estos equipos trabajen a la presión exacta que requiere la red, por tanto, si se observa que no hay razón para trabajar a una alta presión, se debe disminuir. Con esto se apreciará una disminución en el consumo de energía, señala.
Asimismo, trabajar con aire comprimido también tiene algunas contraindicaciones. Por ejemplo, Pérez, de CIISA, argumenta que para soluciones que requieran delicadeza y precisión, los servos y actuadores electromecánicos son más adecuados que la automatización neumática. De igual modo, Gas recalca que uno de los principales problemas es la baja preocupación por generar y transportar un aire comprimido adecuado. Si el filtrado y el traslado se realizan de manera descuidada (algo frecuente), el aire se ensucia con agua e impurezas, lo que puede dañar todo un proceso y/o equipo que dependa netamente de elementos neumáticos, sostiene.
La generación de aire comprimido en una planta corresponde a un porcentaje importante del consumo de energía; por esto, las tendencias constructivas de las plantas de aire comprimido apuntan hacia la eficiencia energética, explica Danitz. En ese sentido, las plantas de generación de aire comprimido están incorporando sofisticados sistemas de control, que sigan la demanda por aire comprimido de la planta, haciendo más eficiente su producción en términos energéticos.
Según Gas, otros avances apuntan a la mayor preocupación en la generación, traslado y filtrado del aire comprimido. También la incorporación de sistema de filtrados automáticos y más robustos, capaces de eliminar el 99% de las impurezas y humedad. Para lograr esto existen sistemas de purga automática, distintas medidas de filtros, separadores de agua y sistemas de secado de aire, especifica.
Consideraciones Adicionales
- Disponibilidad en la fuente de energía: Verificar la compatibilidad en la fuente de energía.
- Movimiento: Saber el rango de movimiento que se requiere para los equipos.
- Seguridad y medio ambiente: Deben usarse con precaución en las áreas con temperaturas extremas.
Tabla Comparativa: Ventajas y Desventajas del Aire Comprimido
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Fácil de generar y transportar | Mayor gasto energético en comparación con herramientas eléctricas |
| Limpio y no contaminante | Requiere un adecuado filtrado y tratamiento del aire |
| Seguro, especialmente en ambientes explosivos | Puede ser menos preciso que los sistemas electromecánicos |
| Mantenimiento simple y económico | La falta de cuidado en el traslado puede causar daños |
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