HISTORIA
La primera aplicación del aire comprimido consistió en el soplado de cenizas para reavivar el fuego. El aire empleado había sido comprimido en los pulmones a los que podemos considerar como un compresor natural. Los pulmones son capaces de tratar y ejercen una presión entre . Pero el compresor humano se volvió insuficiente cuando el hombre comenzó a fundir metales (3000 a.C.) donde las temperaturas son superiores a los .
El primer compresor mecánico fue el fuelle manual inventado en la mitad del tercer milenio a.C. Luego vendría el fuelle de pie que se usó en los años 1500 a.C. Esto ocurrió cuando la fundición del bronce (aleación de cobre estaño) y de oro se convirtieron en un proceso estable de producción como quedó registrado en algunas de la tumbas egipcias.
La primera persona que se ocupó de la neumática y su estudio, es decir, de la utilización del aire comprimido como fuente de energía para realizar trabajo fue el matemático e inventor griego Ktsibios (282 a.C hasta 222 a.C.), quien escribió los primeros tratados acerca de este tema y hoy se le recuerda como el padre de la neumática. Hace más de 2000 años construyó una catapulta de aire comprimido basada en un cañón neumático que rearmado manualmente comprimía aire en los cilindros. Gran parte de los historiadores hablan de él pero lamentablemente todos sus trabajos se han perdido.
Los fuelles de pie que se usaron hasta el año 1762 fueron reemplazados por el cilindro soplante de John Smeaton accionado por una rueda de un molino. Al aumentar la capacidad de los hornos de fundición, los fuelles convencionales se quedaban cortos y el cilindro de Smeaton aunque tosco resultaba efectivo.
El primer prototipo de todos los compresores mecánicos fue la máquina sopladora de vapor construida por John Wilkinson e instalada en su fábrica de Wilby en Shropsirs en 1776. Funcionaba a una presión entorno de 1 bar
En el siglo XIX se comenzó a utilizar el aire comprimido en la industria de forma sistemática con herramientas neumáticas. Fue en 1857 durante la construcción del túnel de Mont-Cenis de 13.6 kilómetros de longitud cuando los ingenieros constataron que por medios manuales tardarían en terminal el túnel alrededor de 30 años y decidieron utilizar una perforadora de aire comprimido con presiones de hasta 6 bares que permitía alcanzar velocidades de avance de dos metros diarios frente a los 0.6 que se obtenían por medios tradicionales.
Con la construcción del túnel, muchos otros proyectos neumáticos fueron abordados tales como por ejemplo el primer martillo neumático inventado en 1880.
Westinghouse inventa los frenos de aire comprimido y los patenta en 1869
En 1886, el doctor J. G. Poblet inventa el ascensor neumático.
El proyecto de mayor impacto hasta la fecha fue realizado en 1888 en Francia donde el ingeniero austriaco Victor Popp obtuvo permiso para utilizar el sistema de alcantarillado y montar una red de aire comprimido en toda la ciudad de Paris. Popp había instalado una planta de 1500 kw que suministraba aire comprimido a más de 7 kilómetros de tuberías al que se unían otros 50 kilómetros de líneas secundarias. La planta suministraba aire a 6 bares.
En 1934, el profesor Lysholm presenta en Suecia su patente del compresor de tornillo con dos rotores circulares.
En la actualidad las aplicaciones de la neumática son innumerables. A continuación se muestran algunas de ellas a modo de ejemplo.
Neumática. La palabra neumática proviene del griego “pneuma” que significa respiración, viento y desde el punto de vista filosófico significa alma. Se refiere al estudio del aire, como fuente de energía, aplicado a los sistemas de movimiento y control.
Los sistemas de aire comprimido se utilizan para controlar el movimiento de actuadores y su aplicación se manifiesta en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, vibradores, frenos neumáticos, etc.
Las ventajas que presenta el uso de la neumática son el bajo costo de sus componentes, su facilidad de diseño e implementación y el bajo par o la fuerza escasa que puede desarrollar a bajas presiones (6 bar) lo que constituye un factor de seguridad. Otras características favorables son el bajo riesgo de explosión, su conversión fácil al movimiento giratorio así como al lineal, la posibilidad de transmitir energía a largas distancias, una construcción y mantenimiento fáciles y la economía en las aplicaciones.
Las desventajas son la imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la compresibilidad del aire, las posibles fugas y en algunos casos los altos costos de la energía neumática.
Los sistemas neumáticos se complementan con los eléctricos y electrónicos lo que les permite obtener un alto grado de sofisticación y flexibilidad. Utilizan válvulas solenoide, señales de realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera. El PLC (Programable Logic Controller) les permite programar la lógica de funcionamiento de un cilindro o de un conjunto de cilindros realizando una tarea específica.
En determinadas aplicaciones, tales como en movimientos de aproximación rápido y avance lento, típicos de las fresadoras y rectificadoras, en las sujeción de piezas utilizadas en los cortes a alta velocidad sobre materiales duros y en la automatización de procesos de producción, se combinan la neumática con la hidráulica en un circuito oleoneumático, utilizando la parte neumática para el accionamiento y control y la parte hidráulica para el actuador (potencia).
Comparación entre neumática e hidráulica. En la tabla 1 se muestran las características comparativas entre los sistemas neumáticos e hidráulicos.
Tabla 1. Características comparativas entre los sistemas hidráulicos y neumáticos
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Neumática |
Hidráulica |
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| Fugas | Sólo pérdida de energía | Contaminación |
| Influencia del medio | A prueba de explosión. Insensible a la temperatura | Inflamable. Sensible a cambios de temperatura |
| Almacenamiento de energía | Fácil | Limitado |
| Velocidad de operación | 1.5 m/s | 0.5 m/s |
| Costo de alimentación | Muy alto | Alto |
| Movimiento lineal | Simple con cilindros. Fuerzas limitadas. Velocidad dependiente de la carga | Simple con cilindros. Fuerzas muy grandes. Bajas velocidades |
| Movimiento giratorio | Simple, ineficiente, alta velocidad | Simple, par alto, baja velocidad |
| Estabilidad | Baja, el aire es compresible | Alta, el aceite es incompresible |
Comparación entre neumática/hidráulica y eléctrica/electrónica. En la tabla 2 se muestran las características comparativas entre los sistemas neumáticos y eléctricos.
Tabla 2. Características comparativas entre los sistemas neumáticos/hidráulicos y eléctricos/electrónicos
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Neumático/Hidráulico |
Eléctrico/Electrónico |
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| Elementos de trabajo | CilindrosMotores | Motores eléctricosVálvulas de solenoide |
| Elementos de control | Válvulas distribuidorasDireccionales | Contactores de potencia, transistores y tiristores |
| Elementos de entrada | Interruptores, pulsadores, finales de carrera, sensores | Interruptores, pulsadores, finales de carrera, módulos programadores, sensores |