Un sistema industrial completo puede valerse de múltiples fuentes de energía para lograr diferentes objetivos. Principalmente, la energía eléctrica es usada en las fábricas como pilar central de todo complejo, permitiendo la iluminación de espacios, activación de motores, y alimentación de bancos de datos. Por su parte, otras fuentes de energía como la hidráulica ofrecen enormes ventajas en lo que a precisión y transmisión de alta potencia se refiere. Finalmente, la energía neumática emplea la propiedad compresible de los gases para lograr movimiento lineal o rotativo, de la misma forma que se logra transmitir potencia de forma rápida, limpia y muy eficaz 

Historia

El término Pneuma proviene del griego antiguo que puede significar “respiración” o “viento”, y que en contextos religiosos se refiere al “espíritu”. En el ámbito de la mecánica, la neumática se refiere a la rama que estudia el equilibrio y movimiento de los fluidos gaseosos, y es la tecnología que emplea aire comprimido como medio para la transmisión de potencia y activación de mecanismos. Esta tecnología hace uso de la propiedad de los gases de poder comprimirse y acumular energía para posteriormente ser liberada al momento de su expansión.  

Los registros más antiguos del uso de la neumática datan de la edad de bronce (3.000 ~ 1.200 a.C.), en donde se usaban unos mecanismos para que aumentar la temperatura de los hornos de fundición de metales, así como también se diseñaron e instalaron redes de tuberías neumáticas usadas para transportar cartas interdepartamentales en algunas oficinas de correo.  

En la actualidad, se han desarrollado formas avanzadas para la captura y el transporte del aire, lo que le ha permitido su integración dentro de los sistemas de automatización industrial y que han potenciado la productividad de las fábricas, minimizando la exposición del personal a maquinaria peligrosa y a procesos de alto riesgo.  

¿Cómo funciona un sistema neumático industrial moderno?  

Los sistemas neumáticos actuales se basan en el manejo de aire comprimido (capturado de la atmosfera), o algún otro tipo de gas (en aplicaciones médicas se puede usar nitrógeno). Aunque el montaje de un sistema neumático industrial puede variar dependiendo de su aplicación final, en general, todos estos están conformados por los siguientes elementos: 

1. Aire atmosférico: Todo sistema neumático industrial convencional inicia con la captura de aire atmosférico circundante. La calidad del aire a capturar determinará la cantidad y la especialidad de los elementos que serán instalados posteriormente, tomando en cuenta también la aplicación y el objetivo final que se le dará al aire comprimido.

2. Compresor: Este elemento representa el corazón del sistema, literalmente, se encarga de la captura del aire, reduciendo su volumen e incrementando su densidad. Existen varios tipos de compresores, dividiéndose principalmente en dos grandes grupos llamados compresores dinámicos y compresores de desplazamiento positivo. En los sistemas neumáticos convencionales se emplean principalmente los compresores de pistón (de uso intermitente) y los compresores de tornillo rotativo (de uso constante y caudal constate), ambos pertenecientes al grupo de compresores de desplazamiento positivo.

3. Tanque: También se le conoce como reservorio. Su función principal es almacenar grandes cantidades de aire comprimido, esto ayuda en la regularización de la presión en el sistema, así como también permite el empleo de compresores intermitentes. También ayuda a disipar el calor adquirido por la compresión del aire, lo que disminuye la temperatura del fluido almacenado. Este enfriamiento produce condensación dentro del reservorio, por lo que, los tanques cuentan con un puerto de drenaje para drenar los líquidos acumulados en su base.

4. Secador: Como se mencionó previamente, el aire refrigerado produce condensado, lo que quiere decir que el aire capturado posee cierto nivel de humedad. La mayoría de los equipos y herramientas de estos sistemas no están diseñados para trabajar con aire húmedo, por esta razón, se estila utilizar secadores para eliminar la mayor cantidad de humedad posible. Dependiendo de la aplicación se debe seleccionar el secador más adecuado para cada caso. Entre los secadores instalados en la industria resaltan los secadores refrigerativos (deshumidificación por enfriamiento del aire), los secadores desecantes o regenerativos (deshumidificación por materiales absorbentes), y los secadores de membrana (deshumidificación por elemento permeable).

5. Unidad de mantenimiento: Aunque es posible instalar un filtro de partículas sólidas entre cada una de las etapas mencionadas, la unidad de mantenimiento es el elemento de acondicionamiento de aire que se instala justo antes de cada equipo o herramienta neumática. Su función principal es garantizar que el aire a usar este en óptimas condiciones, literalmente, es el último eslabón de defensa antes del uso real del aire comprimido. Las unidades de mantenimiento ofrecen una amplia gama de modelos y diseños que se adaptan a cada aplicación especifica. Los modelos elementos más comunes son los filtros (retienen partículas sólidas, y reducen un poco la humedad), los reguladores de presión, y los lubricadores (añaden una capa de aceite lubricante al aire).

6. Elemento final: Últimamente, los elementos finales de cada sistema varían de acuerdo con cada propósito y requerimiento del sistema. Estos elementos finales pueden ser las pistolas de aire, actuadores neumáticos, válvulas direccionales, y todo tipo de maquinaria neumática.

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Componentes comunes de los sistemas neumáticos  

Habiendo cubierto los elementos iniciales típicos que conforman un sistema neumático convencional, pasaremos a describir algunos elementos finales de uso frecuente. Existe una amplia variedad de estos elementos, sus diseños y funcionen cambiaran dependiendo del objetivo final que se desee lograr. Algunos de los elementos de uso común son:

• Actuadores neumáticos: Son equipos y herramientas que convierten la energía neumática en movimiento. El movimiento puede ser lineal o angular. Los actuadores de movimiento lineal se pueden usar para el desplazamiento de cargas o para la apertura de compuertas. Por su parte, los actuadores rotativos pueden ser usados para la apertura de válvulas de procesos como las válvulas de bola o válvulas de mariposa.

• Conexiones neumáticas: Estos componentes permiten la conexión entre las mangueras, las herramientas y equipos pertenecientes al sistema neumático. Existe una vasta gama de modelos y diseños que se adaptan a cualquier condición de trabajo.  
  

• Mangueras neumáticas: En contraste con las tuberías, las mangueras cumplen la fusión de unir las diferentes etapas del sistema neumático de manera flexible y versátil. Estos elementos móviles se encargan de transportar el aire comprimido por todo el circuito, y pueden ser fabricadas de poliuretano, poliamida, entre otros.  

• Pistolas de aire: Son herramientas de gran utilidad y versatilidad, presentes en la mayoría de los sistemas neumáticos orientados a la fabricación de bienes. Las pistolas de soplado ayudan a la limpieza de las zonas de trabajo, y al secado de estas. También pueden ser usadas en aplicaciones varias.  

• Válvulas direccionales neumáticas: Finalmente, las válvulas direccionales son los elementos usados para iniciar, detener o simplemente direccionar el flujo de aire dentro del circuito. Estas válvulas son componentes clave dentro de los procesos de automatización industrial, ya que permiten el control de múltiples elementos como los actuadores de doble y simple efecto.  

 Aplicaciones de los sistemas neumáticos  

Como habrá notado, la versatilidad de los sistemas neumáticos es prácticamente ilimitada, y su implementación es posible en prácticamente todos los procesos industriales. La tecnología neumática destaca en los procesos que requieran gran adaptabilidad, altas velocidades y bajo coste. Algunos ejemplos de las aplicaciones industriales son las siguientes:  

•  Automatización industrial: Los sistemas neumáticos ofrecen una alternativa muy económica y confiable para la automatización de procesos industriales de cualquier tipo. Son más sencillos de implementar que los sistemas eléctricos, y requieren un mantenimiento relativamente bajo, manteniendo en todo momento la fiabilidad y la eficiencia.  

•  Manipulación de materiales: En los procesos industriales orientados a la fabricación de bienes, los sistemas neumáticos ofrecen una solución poderosa y económica aplicable a los procesos de empaque y transporte de materiales. Son altamente efectivos en aplicaciones que requieran transporte de materiales granulares o polvos, asegurando siempre que dicho material se mantenga puro durante todo el proceso de transporte.  

•  Procesos farmacéuticos: La industria farmacéutica requiere de aire seco y puro para el desarrollo y mantenimiento de sus procesos. En esta industria se emplean sistemas neumáticos en habitaciones esterilizadas, bien sea para la elaboración de medicinas o para los ensayos médicos de toda índole.  

Sintetizando, la tecnología neumática ha formado parte de nuestra historia desde mucho antes de la invención de las grandes maquinas en la revolución industrial. Hoy en día, los sistemas neumáticos se han vuelto parte vital de los procesos más sensibles y de gran envergadura. Esta tecnología es el complemento por excelencia de los sistemas que emplean cualquier fuente de energía para lograr sus objetivos. En definitiva, el uso del aire comprimido ofrece una alternativa económica, rápida y eficiente que satisface las necesidades industriales modernas más retadoras y exigentes.