Proyectos Innovadores con Pistones Neumáticos: Ejemplos y Aplicaciones

Los sistemas neumáticos han demostrado ser una solución confiable y de alto rendimiento en diversas industrias durante más de 20 años. A medida que estos sistemas se vuelven más complejos, los conectores de 4 y 5 vías ofrecen una solución sencilla para crear circuitos neumáticos avanzados.

Creación de Circuitos Neumáticos

Para crear circuitos neumáticos, primero se necesita una fuente de aire comprimido, como un compresor de aire. Existen varios métodos para crear un circuito neumático, y el método más adecuado dependerá de los requisitos específicos del sistema y de los recursos disponibles. Entre los métodos comunes se encuentran:

• Conexión en Línea: Este método es el más simple y consiste en conectar los diferentes componentes del circuito neumático en línea, uno tras otro.
• Conexión en Cascada: En este método, se utilizan varias válvulas de control en cascada para controlar el flujo de aire a diferentes componentes del circuito neumático.
• Conexión en Ramales: En este método, el aire comprimido se divide en diferentes ramales que alimentan los diferentes componentes del circuito neumático.

Un circuito neumático se considera complejo cuando contiene una gran cantidad de componentes y elementos interconectados que realizan diversas funciones. Los conectores de 4 y 5 vías son cruciales en estos circuitos.

Conectores de 4 y 5 Vías

Un conector de 4 vías tiene cuatro puertos, dos entradas y dos salidas, lo que permite la entrada de aire comprimido desde una fuente y su distribución a dos dispositivos de control, y también permite la salida del aire comprimido hacia el ambiente o su retorno al compresor. Mientras que un conector de 5 vías tiene un puerto de entrada y cuatro puertos de salida, lo que permite la conexión de un dispositivo adicional. Estos conectores se utilizan comúnmente en circuitos neumáticos complejos donde es necesario direccionar el flujo de aire comprimido a través de múltiples dispositivos de control y en diferentes direcciones. Los conectores de 4 y 5 vías son ideales para la creación de circuitos neumáticos avanzados, ya que permiten la entrada y salida de aire comprimido en diferentes direcciones.

Biofabricación Digital con Neumática

La biofabricación cumple un rol importante, siendo un gran cambio de paradigma para la producción y el consumo, pues significa enmarcar la producción dentro de una economía más circular y sustentable, generando materiales y productos basados en materia orgánica y biodegradable. Bajo este contexto, se pretende crear máquinas como parte de un kit Open Hardware de Biofabricación Digital, utilizando desechos del laboratorio, domiciliarios e industriales.

Prototipo de BioMixer

Durante enero-febrero de 2019 se trabajó en el primer prototipo de una máquina de biofabricación. El prototipo inicial utiliza materiales como agar-agar, residuos de café, gelatina en polvo, agua y glicerina. El funcionamiento de la máquina se divide en tres procesos generales: dispensado de material particulado, dispensado de agua y dispensado de glicerina. El proyecto avanza de forma paralela en software y hardware, requiriendo ambas partes para un desarrollo óptimo.

Componentes y Funciones

• Pesaje del Material Granulado: Se utiliza una gramera para pesar el material, que luego se deposita en una olla calentada por una cocina de inducción modificada.
• Inyección y Medición del Agua: Se acopla un motor DC a una bomba hidráulica centrífuga para inyectar y medir el agua.
• Control: Se usan tres placas de desarrollo: Raspberry Pi 2B+ como servidor central, Arduino Mega para controlar los actuadores, y Arduino Nano para supervisar y comunicar información de emergencia.
• Estructura: La estructura se construye con perfiles de aluminio para máquinas CNC, promoviendo la economía circular.
• Inyección de Glicerina: Se utiliza una jeringa de 20 ml movida por un motor paso a paso.
• Revolvedor: Un revolvedor accionado por un motor de corriente continua mezcla el contenido de la olla. Un sistema accionado por un motor a pasos eleva y baja el revolvedor.
• Dispensado de Material Sólido: Se utilizan cuatro tornillos sin fin accionados por motores NEMA 17 para dispensar diferentes materiales granulados.

Sistema de Dispensado de Material Granulado

El sistema consta de una secuencia de pasos para lograr la cantidad necesaria de material y depositarla en la olla. Se utiliza un tornillo sin fin horizontal que empuja el material hacia un agujero en la carcasa. Para este proyecto, se utilizarán cuatro tornillos, permitiendo el uso de cuatro materiales granulados distintos. Para depositar el material en la olla, se evalúan dos opciones: una gramera unida a un recipiente giratorio y un sistema de paredes móviles accionadas por un servomotor.

Se decide usar un servomotor standar HS-311 para mover las paredes que contendrían el material, garantizando el torque necesario. Se diseñó un plano inclinado para optimizar el espacio y facilitar la caída del material. La carcasa se fabrica mediante impresora 3D usando PLA, y las boquillas se diseñan para adaptarse a botellas de vidrio reutilizadas.

Sistema de Dispensado de Agua

Se necesita dispensar agua en cantidades de 100 ml a 300 ml con alta precisión. Se analizaron varias ideas, incluyendo un sistema por goteo y sensores de nivel de agua, pero se descartaron por falta de precisión. Inicialmente, se realizaron pruebas con un microcontrolador, un transistor, una bomba de agua y una fuente de poder. Se observaron errores debido a la inercia del motor y se implementó una válvula para cerrar el paso del agua rápidamente.

Para solucionar el problema de la velocidad variable de la bomba, se consideró un controlador PID para mantener una velocidad constante, pero requería un encoder. Se diseñó una tapa modificada para adaptar un encoder al motor de la bomba utilizando un sensor de Efecto Hall y un imán de neodimio.

Sistemas Reconfigurables de Tensegridad con Cilindros Neumáticos

La investigación de Kuan-Ting Lai explora las capacidades del principio estructural de la tensegridad en el desarrollo de estructuras variables en la arquitectura. El proyecto, un prototipo de cilindros neumáticos y paneles de policarbonato, explora diferentes métodos de reconfiguración a partir de las reglas básicas de la tensegridad, evidenciando una potencialidad para brindar diferentes condiciones de iluminación o ventilación.

El proyecto explora las posibilidades de utilizar los principios de tensegridad para construir un sistema estructural que pueda reconfigurarse. Los objetivos principales son la reconfigurabilidad, la capacidad de respuesta y el despliegue. La estructura puede proporcionar varios espacios arquitectónicos y diferentes condiciones de iluminación o ventilación. Además, el sistema es transportable y puede ser instalado en estructuras existentes o desplegado como una estructura de tienda autoportante.

Principios de la Tensegridad

La tensegridad es un sistema estructural único que consiste en componentes de tensión continuos y componentes de compresión discontinuos. Cada elemento del sistema toma una carga de tensión o de compresión. El enfoque se centró en el diseño de un puntal paralelo, con 4 elementos tensores conectados a cada extremo de los puntales. La reconfiguración se realiza ajustando las longitudes del puntal. El software Kangaroo 2 se utilizó en los estudios cinemáticos para entender cómo el sistema adapta una forma cuando una longitud de la varilla varía.

Prototipo con Actuadores Neumáticos

Basado en el conocimiento construido a partir de los estudios geométricos, se diseñó y se construyó un prototipo con 13 unidades. Los elementos de compresión son actuadores neumáticos y los elementos de tensión se sustituyen por paneles flexibles de policarbonato. La principal característica de este proyecto es que el sistema sólo consta de dos elementos: actuadores y paneles. El sistema puede ser controlado y formar las configuraciones deseadas utilizando los principios de tensegridad.

Tabla de Componentes y Funciones en la BioMixer

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