NEUMÁTICA
Los términos neumático y neumática derivan de la expresión griega pneuma, que significa hálito, soplo, aire. El aire para las aplicaciones de la Neumática lo obtenemos del manto gaseoso con el que está envuelta la tierra y, especialmente, de la parte más cercana llamada troposfera, cuya composición por unidad de volumen es 78% de nitrógeno, 20% de oxígeno, 1,3% de gases nobles (helio, neón, argón), y cantidades menores de anhídrido carbónico, vapor de agua y partículas sólidas. La densidad del aire en esta capa es de 1,293 .
EVOLUCION HISTORICA DEL AIRE COMPRIMIDO:
El ser humano lleva representado en sus pulmones el compresor más antiguo de la historia y él más natural, pudiendo tratar 100 litros de aire por minuto ó seis metros cúbicos por hora; ejercen una presión de 0,02-0,08 bar. En estado de salud normal, este compresor humano posee una seguridad inigualable, y los costos de funcionamiento son nulos.
La impulsión del aire para conseguir un fin útil figura inmerso desde épocas prehistóricas en las vivencias del hombre. Ejemplos: los cazadores utilizando la cerbatana para lanzar una flecha, la acción de soplar para encender y activar el fuego, etc.
Como primer compresor mecánico se puede citar el fuelle manual, que no fue inventado hasta el tercer milenio antes de Cristo, y el fuelle de pie, que no comenzó a emplearse hasta unos 1500 años antes de nuestra Era. Las primeras máquinas soplantes sirvieron para suministrar aire de combustión a los hornos de fundición y en la ventilación de explotaciones mineras.
El conocimiento y las realizaciones empleando aire comprimido tomaron consistencia científica a partir de la segunda mitad del siglo XVII, cuando el estudio de los gases es el objeto de científicos como Torricelli, Pascal, Boyle, Mariotte, Gay-Lussac, etc.
Los sucesos más notables acaecidos en el avance del manejo del aire comprimido se resumen, cronológicamente, como sigue:
1650. Otto Von Guericke inventa la bomba de aire.
1688. Denis Papin sugiere la utilización del aire por tubos neumáticos.
1717. El Dr. Edmund Halley descubre la campana de buzo.
1762. John Smeaton crea el cilindro soplante.
1776. La primera maquina soplante de la historia salió de Wilkinson y fue instalada en su factoría de Wilby, en Shropshirs (Inglaterra), siendo el prototipo de todos los compresores mecánicos.
1800. Comienza a estudiarse el empleo del aire comprimido como medio de transmisión de energía, al comprobar que el vapor, debido a su rápido enfriamiento y condensación, sólo podía emplearse en distancias cortas.
1810. M. Medhurst construye un compresor.
1822. Jalabert, en Francia, obtiene la primera patente para un motor de aire comprimido.
1845. Triger envía el aire comprimido al fondo de una mina francesa, a la profundidad de 160 m.
1851. J.W. Fowle inventa el perforador a percusión.
1857. La primera gran prueba de utilización del aire comprimido en gran escala fue con motivo de la perforación del túnel de Mont-Cenis, en los Alpes suizos, para ferrocarril de doble vía, con una longitud de 13,6 kilómetros.
1861. German Sommeiller, ingeniero en jefe del túnel, construyó sus propias perforadoras de percusión que fueron utilizadas en este túnel, siendo 40 las personas que trabajaron en el vagón perforador.
1865. Fue construida la instalación de correo neumático de París. Viena y Berlín le siguieron en el transcurso de los años 1874-1875.
1869. Westighouse inscribe la patente de invención del freno de aire comprimido.
1881. Se instaló en París una central de producción de aire comprimido para el mando de un nuevo tipo de reloj que siempre marcaba la hora exacta, accionado por los impulsos del aire que llegaban desde la planta. Este sistema de reloj se introdujo rápidamente hasta llegar a tener unos 800 relojes repartidos por la capital.
1886. El Dr. J.G. Poblet inventa el ascensor de aire comprimido.
1888. Funciona en París la primera central de compresores. Victor Popp había obtenido permiso para utilizar el sistema de alcantarillado y montar una red distribuidora de aire comprimido que se extendía por toda la ciudad.
1891. El profesor Riedler construyó, para esta instalación, el primer gran compresor de dos escalones.
1890-1891. Se suscitaron vivas controversias sobre la rentabilidad del aire comprimido como fuerza motriz en competencia con la máquina de vapor, el motor de gas y la electricidad.
1934. El profesor Lysholm presenta en Suecia su patente del compresor de tornillo, con dos rotores circulares. Por el año 1878 se mostró en Alemania un compresor helicoidal que consta de un solo rotor tallado en forma helicoidal. A partir de la patente inicial, hasta que tomó forma industrial, sucedieron varias modificaciones.
1950. A principios de la década de los 50 la producción de compresores a tornillo se realiza en cantidades considerables, no cejando en su experimentación hasta encontrar el diseño actual de los compresores a tornillo.
1965. Aparece el termino fluídica, que se empleó por vez primera en un artículo especial aparecido el 8 de febrero de 1965, publicado por Missiles and Rockets.
La investigación sobre el campo de las aplicaciones del aire comprimido no ha terminado todavía. Los robots neumáticos de manipulación, los autómatas programables y otras diversas prestaciones no han hecho perder ni un ápice el atractivo de la neumática en la nueva generación tecnológica.
CONCEPTO DE AIRE LIBRE:
Las cantidades en o que se dan generalmente en los catálogos para el consumo de aire por las herramientas neumáticas o equipos, se refieren a aire libre por minuto (aire atmosférico a la presión y temperatura normales).
Al objeto de que exista una correspondencia entre consumo y capacidad se deberá recurrir a la fórmula para la conversión de litros de aire comprimido a una presión determinada en litros de aire libre, y que es:
VOLUMEN EQUIVALENTE DE AIRE COMPRIMIDO A PRESIONES COMUNES:
Esta tabla facilita el encuentro con los valores relativos al volumen equivalente de aire comprimido a presiones comunes dado un caudal de aire libre.
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AIRE NORMAL o AIRE NORMALIZADO:
Como el clima es variable y responde a las características propias de
cada lugar, sería muy difícil establecer tablas de consumos que se
correspondan con los diferentes estados climáticos; por ello, se impone
el establecimiento de una normativa sobre la base de considerar unas
condiciones normales de presión y temperatura del aire aspirado,
independientemente de las condiciones atmosféricas en las que trabaje el
compresor y que sirven de referencia comparativa. Por ejemplo: 800
equivalen a un sistema que proporciona 800 expresados en condiciones
normales.
Las condiciones normales varían según el área de influencia tecnológica.
Según las indicaciones del “Compressed Air Gas Institute” de U.S.A., 1
es un de aire por hora a la temperatura de 20ºC a la presión de 1.033 y
con una humedad relativa del 36 %.
En la zona europea, la norma C.E.T.O.P. RP-44P, propone como condiciones
atmosféricas normales las que están especificadas en la ISO R 554, y que
corresponden a la temperatura de 20ºC a la presión de 1.013 mbar y con
una humedad relativa del 65%.
MAGNITUDES FUNDAMENTALES:
El caudal con la presión son las dos magnitudes fundamentales de la
neumática.
El caudal es el volumen de fluido que pasa que pasa por una determinada
sección transversal de una tubería o conducto por cada unidad de tiempo.
Es una magnitud compuesta que relaciona el cociente entre unidades de
volumen y unidades de tiempo.
En los países que adoptan la terminología aprobada por el C.E.T.O.P. la
unidad de medida más usada es el (Normal metro cúbico/hora), o sea el
volumen en metros de aire (considerado a la presión atmosférica) por
cada hora.
La presión es, por definición, el resultado de dividir una fuerza por la
superficie que recibe su acción, P=F/S.
Se distinguen 3 tipos de presión: atmosférica, efectiva o relativa y
absoluta.
La presión atmosférica viene dada por el peso del aire que se encuentra
sobre la superficie de la tierra. A nivel del mar es de 760 mm de
columna de mercurio o de 10,33 m de volumen de agua. El volumen de esta
columna de agua, teniendo por base 1 , es de 0,01 x 103 dm = 1,033 , y
su peso vale 1,033 Kg. Por consiguiente, la presión ejercida por la
presión atmosférica será de 1,033 .
Se conoce por presión efectiva o relativa a la diferencia entre la
presión existente en un recipiente menos la presión atmosférica. Los
instrumentos que la miden se llaman manómetros.
El concepto de presión absoluta se reserva para las presiones referidas
al cero absoluto, definiéndose como depresión la diferencia entre el
valor de la presión atmosférica y la presión cero absoluto o presión en
el vacío (que es nula).
Unidades de presión:
Las unidades de presión comúnmente adoptadas en neumática, son el , el bar y la atmósfera técnica, pudiéndose llegar en la práctica a las siguientes igualdades:
1 bar = 1 atm = 1
La unidad de medida de la temperatura es el Kelvin. En la escala Kelvin la temperatura del punto de hielo es 273,15 K, y la del punto de vapor 373,15 K ; por lo tanto, existe 100 K de diferencia entre ambos estados.
Su relación con los grados centígrados o grados Celsius (ºC) se establece como sigue:
