¿Qué son las Herramientas Neumáticas y cómo funcionan?

En artículos anteriores de De Máquinas y Herramientas ya mencionamos brevemente las herramientas neumáticas al describir rotomartillos, remachadoras, lijadoras de banda y llaves de tubo, e incluso publicamos un artículo especialmente dedicado a las remachadoras neumáticas.

En esta entrega vamos a abordar el tema con mayor profundidad y presentaremos las múltiples aplicaciones que podemos encontrar en el mercado y que hacen uso de esta tecnología cada vez más utilizada.

Herramientas Neumáticas – Lijadora Orbital

Como se puede inferir fácilmente por su nombre, estas herramientas funcionan gracias a la neumática. Esta es una rama de la tecnología que emplea aire comprimido (una forma de almacenar energía mecánica) para producir trabajo útil, por ejemplo, a los efectos de imprimir una fuerza y/o desplazar objetos.

La tecnología neumática se usa en sistemas industriales como, entre otros, plataformas elevadoras, apertura y cierre de puertas o válvulas, embalaje y envasado, máquinas de conformado, taladrado de piezas, robots industriales, etiquetado, sistemas de logística, prensas y máquinas herramientas.

En cualquiera de los casos se requiere de un sistema neumático que consta de diversos componentes destinados a cumplir tres funciones fundamentales, que son las siguientes:

1. Producción, acondicionamiento y distribución del aire comprimido: esta etapa comprende,

• un compresor de aire.
• un depósito para almacenar el aire comprimido.
• una unidad de mantenimiento para acondicionar el aire comprimido, compuesta por:
  • filtros: eliminan los sólidos transportados por el aire y los contaminantes líquidos que pueden afectar el rendimiento del equipo.
  • reguladores: proporcionan una presión de aire controlada y consistente, lo cual nos asegura el suministro adecuado de aire para mantener el torque relativo y el control de la velocidad, además de conservar el aire comprimido.
  • lubricadores: ayudan a garantizar que el equipo reciba la lubricación exigida para un rendimiento óptimo, reducir el desgaste y alargar la vida de la herramienta.
• tuberías de distribución del aire comprimido.

2. Control del aire comprimido: esta etapa comprende válvulas que monitorean el funcionamiento del circuito neumático, permitiendo, interrumpiendo o desviando el paso del aire comprimido de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del circuito.

3. Utilización del aire comprimido: la parte final del circuito está compuesta por los actuadores neumáticos, ya sea cilindros o motores que funcionan mediante tecnología neumática.

De esto se desprende que las herramientas neumáticas reúnen una serie de ventajas y desventajas que resumimos en el siguiente cuadro.

Enfocándonos concretamente en las máquinas herramientas que emplean la tecnología neumática, podemos elaborar una larga lista que incluye, entre otras: taladros y/o destornilladores, martillos neumáticos, llaves de impacto, llaves de trinquete, pistolas clavadoras, fijadoras y engrapadoras, aerógrafos, pistolas de soplado, sierras reciprocantes, gatos neumáticos, pulverizadores (de pintura, cemento, yeso, insecticidas, metal fundido, fibras plásticas, etc.) y herramientas abrasivas tales como amoladoras rectas y angulares, lijadoras orbitales y de banda, pulidoras y esmeriladoras.

Herramientas Neumáticas – Llave de impacto

Cabe añadir que este tipo de herramientas no solamente pueden estar accionadas por aire comprimido, sino también por gas, concretamente, dióxido de carbono. Por lo tanto, pueden ser mucho más prácticas y simples de transportar, ya que sólo incorporan un cartucho pequeño de gas. Sin embargo, para evitar confusiones, las herramientas que emplean cartuchos intercambiables se denominan herramientas a gas y no herramientas neumáticas, que hacen uso de aire comprimido exclusivamente.

Circuito típico. ¿Cómo funciona una Herramienta Neumática?

Como ya expresamos anteriormente, las herramientas neumáticas deben conectarse a un circuito para poder funcionar, cuyos componentes se describen en la siguiente figura.

Funcionamiento de las Herrmamientas Neumáticas

1. Compresor

2. Tanque de almacenamiento de aire

3. Drenaje del condensado

4. Filtro principal

5. Tubería principal

6. Línea de suministro

7. Drenaje del condensado

8. Filtro regulador lubricador

9 y 10. Acoplador

11. Manguera

12 y 13. Acoplador

El compresor cumple una función similar a la de un generador eléctrico y, dependiendo de su diseño, puede funcionar tanto con energía eléctrica como con combustible. El objetivo del compresor es suministrar aire a alta presión a través de una manguera que se conecta a la herramienta neumática. El éxito en el uso de una herramienta neumática depende fuertemente de la elección del compresor adecuado, por lo tanto esta máquina es clave en cualquier operación basada en la tecnología neumática.

El aire comprimido se desplaza por la manguera y es sujeto a diversas operaciones de control y acondicionamiento mediante drenajes, filtros y acopladores, hasta llegar a la herramienta neumática mediante otro acoplador.

Como vemos en la figura de abajo, en el interior de esta herramienta se encuentra una serie de tubos de aire, un pistón o yunque, y un husillo que hace girar el elemento de corte, ya sea una broca, un destornillador, un disco abrasivo, una sierra, etc.

El aire a alta presión proveniente del compresor fluye en un solo sentido del circuito, empujando el pistón para que impacte en el husillo y ponga en movimiento el elemento de corte. El movimiento del elemento de corte, en combinación con la vibración de la herramienta que impacta en la superficie de trabajo provoca la inversión de una válvula en el interior del tubo de aire, lo que a su vez, invierte la dirección de circulación del aire y, por lo tanto, el pistón se aleja del husillo. Este proceso se repite una y otra vez, y se produce muy rápidamente, de modo que el pistón impacta en el husillo más de 25 veces por segundo, lo que significa que la herramienta neumática golpea unas 1.500 veces por minuto.

Parámetros de las herramientas neumáticas

Como en toda herramienta, existe una serie de parámetros importantes que definen el diseño y, por lo tanto, la aplicación de las herramientas neumáticas según la necesidad. De hecho, estos parámetros también servirán a la hora de elegir la herramienta adecuada para nuestro trabajo. Esos parámetros son:

Presión máxima de trabajo: es la que necesita la herramienta para su funcionamiento y se mide en atmósferas, bares o libras por pulgada cuadrada (psi). La mayoría de las herramientas neumáticas funcionan a una presión de 90 psi (6,2 bares). Algunas llaves de impacto y trinquetes funcionan óptimamente a 100 psi. Es importante tener en cuenta que presiones mayores no mejoran el rendimiento. Por ejemplo, en algunas herramientas, el rendimiento decae con presiones superiores a 120 psi.

Caudal o consumo de aire: es la cantidad de aire que debe alimentar a la herramienta y se mide en metros cúbicos/minuto o litros/minuto o en pies cúbicos/minuto (cfm). Las herramientas rotativas tienden a utilizar más volumen de aire, seguidas por las herramientas oscilantes y finalmente las pistolas fijadoras, que son, por lo general, las que menos aire consumen.

Potencia: se mide en watts o HP y es el factor determinante para mantener estable el nivel de revoluciones bajo carga. La carga resulta del material a trabajar, la agresividad de la herramienta y la presión de trabajo.

Torque: mide la fuerza de apriete y se expresa en libras-pie, Nm o kgm. Las herramientas neumáticas son capaces de producir torque máximo aún bajo sobrecarga. Consumen más aire comprimido en condiciones de carga de torque bajo (velocidad libre) y menos en condiciones de carga de torque alto.

Otras consideraciones como la velocidad libre, sin carga o en vacío (determinada en rpm), el número de golpes por minuto, el diámetro del orificio para la manguera de entrada de aire (medido en mm o fracciones de pulgada), el tipo y tamaño de los accesorios de la unidad de mantenimiento, la ubicación del escape del aire, los niveles de ruido y vibración, y la incorporación de silenciadores, entre otros, también son fundamentales para una correcta elección de la herramienta neumática más adecuada.

La siguiente tabla resume los intervalos de valores de algunos de estos parámetros de acuerdo con la herramienta ofrecida en el mercado, así como las aplicaciones principales de cada herramienta.

Prácticamente todos los materiales pueden trabajarse con herramientas neumáticas, ya sea madera, metales, fibra de vidrio, plástico, hormigón, piedra, mármol, cerámica, recubrimientos y un amplísimo etcétera.

En muchos casos, existen herramientas neumáticas especialmente diseñadas para el material en el que se van a aplicar y en futuros artículos abordaremos estos casos con mayor detalle.