Neumática

La neumática (del griego πνεῦμα pneuma 'viento, aliento') es el uso de gas o aire comprimido para crear movimiento mecánico en sistemas mecánicos. ^{[ 1 ]}

Los sistemas neumáticos utilizados en la industria suelen funcionar con aire comprimido o gases inertes comprimidos. Un compresor eléctrico, ubicado en una posición central, alimenta cilindros , motores neumáticos , actuadores neumáticos y otros dispositivos neumáticos. Se elige un sistema neumático controlado mediante electroválvulas manuales o automáticas cuando ofrece una alternativa más económica, flexible y segura que los motores eléctricos y los actuadores hidráulicos .

La neumática también tiene aplicaciones en odontología , construcción , minería y otras áreas. ^{[ 2 ]}

Aunque la historia temprana de la neumática es algo incierta, las cerbatanas suelen considerarse el primer dispositivo neumático, creado de forma independiente por diversos grupos indígenas alrededor del mundo. Los fuelles son una forma primitiva de compresor de aire utilizado principalmente para la fundición y la forja. Ctesibio de Alejandría es a menudo considerado el padre de la neumática, «quien trabajó a principios del siglo III a. C. e inventó varios juguetes mecánicos que funcionaban con aire, agua y vapor a presión». Aunque no se conservan documentos escritos por Ctesibio, se cree que influyó notablemente en Filón de Bizancio al escribir su obra Sintaxis mecánica , así como en Vitruvio en De architectura . ^{[ 3 ]} En el siglo I a. C., el antiguo matemático griego Herón de Alejandría recopiló recetas para docenas de artilugios en su obra Neumática . Se ha especulado que gran parte de este trabajo puede atribuirse a Ctesibio. ^{[ 4 ]} Los experimentos neumáticos descritos en estos documentos antiguos inspiraron posteriormente a los inventores renacentistas del termoscopio y el termómetro de aire , dispositivos que se basaban en el calentamiento y enfriamiento del aire para mover una columna de agua hacia arriba y hacia abajo en un tubo. ^{[ 5 ] : 4–5}

El físico alemán Otto von Guericke (1602-1686) inventó la bomba de vacío, un dispositivo capaz de extraer aire o gas de un recipiente conectado. Demostró el funcionamiento de la bomba de vacío separando pares de hemisferios de cobre mediante la presión del aire.

Los sistemas neumáticos en instalaciones fijas, como las fábricas, utilizan aire comprimido porque se puede obtener un suministro sostenible comprimiendo el aire atmosférico . ^{[ 6 ]} Por lo general, se elimina la humedad del aire y se añade una pequeña cantidad de aceite en el compresor para prevenir la corrosión y lubricar los componentes mecánicos.

Los usuarios de sistemas neumáticos instalados en fábrica no tienen que preocuparse por fugas tóxicas, ya que el gas suele ser aire. Cualquier gas comprimido que no sea aire representa un riesgo de asfixia, incluido el nitrógeno, que constituye el 78 % del aire. El oxígeno comprimido (aproximadamente el 21 % del aire) no causaría asfixia, pero no se utiliza en dispositivos neumáticos porque es inflamable, más caro y no ofrece ninguna ventaja de rendimiento sobre el aire. Los sistemas más pequeños o independientes pueden utilizar otros gases comprimidos que sí presentan riesgo de asfixia, como el nitrógeno, a menudo denominado OFN (nitrógeno libre de oxígeno) cuando se suministra en cilindros.

Las herramientas neumáticas portátiles y los vehículos pequeños, como las máquinas de Robot Wars y otras aplicaciones para aficionados, suelen funcionar con dióxido de carbono comprimido , ya que existen recipientes diseñados para contenerlo, como los cartuchos de SodaStream y los extintores. Además, el cambio de fase entre líquido y gas permite obtener un mayor volumen de gas comprimido de un recipiente más ligero que el que requiere el aire comprimido. El dióxido de carbono es asfixiante y puede provocar congelación si no se ventila adecuadamente.

Tanto la neumática como la hidráulica son aplicaciones de la energía fluida . La neumática utiliza un gas fácilmente compresible, como el aire o un gas puro adecuado, mientras que la hidráulica utiliza medios líquidos relativamente incompresibles, como el aceite. La mayoría de las aplicaciones neumáticas industriales utilizan presiones de entre 80 y 100 psi (550 a 690 kPa ) . Las aplicaciones hidráulicas suelen utilizar presiones de entre 1000 y 5000 psi (6,9 a 34,5 MPa) , pero las aplicaciones especializadas pueden superar los 50 000 psi (340 MPa) . ^{[ 7 ]}      

Los sistemas lógicos neumáticos (a veces llamados control lógico neumático) se utilizan en ocasiones para controlar procesos industriales y constan de unidades lógicas primarias como:

• Y unidades
• O unidades
• Unidades de relé o de refuerzo
• Unidades de enclavamiento
• Unidades de temporizador
• Amplificadores de fluidos sin partes móviles, salvo el propio aire.

La lógica neumática es un método de control fiable y funcional para procesos industriales. En los últimos años, estos sistemas han sido reemplazados en gran medida por sistemas de control electrónico en nuevas instalaciones debido al menor tamaño, menor coste, mayor precisión y funciones más potentes de los controles digitales. Los dispositivos neumáticos todavía se utilizan cuando el coste de actualización o los factores de seguridad son prioritarios. ^{[ 8 ]}

Otro ámbito donde la lógica neumática resulta beneficiosa es la robótica blanda . Al introducir componentes de lógica neumática más sencillos en la robótica blanda, se pueden reemplazar o reducir los componentes rígidos y costosos, disminuyendo así los costos de fabricación de los sistemas robóticos blandos. ^{[ 9 ]}

• Aire comprimido
• Agrietamiento por ozono : puede afectar a los sellos neumáticos.
• Neumática hidráulica
• Historia de la energía neumática

• Brian S. Elliott, Manual de operaciones con aire comprimido , McGraw Hill Book Company, 2006, ISBN 0-07-147526-5.
• Heeresh Mistry, Fundamentos de ingeniería neumática , Create Space e-Publication, 2013, ISBN 1-49-372758-3.

• Cuatro maneras de aumentar la eficiencia neumática