Una célula de trabajo eficiente debe ser capaz de controlar el flujo de un objeto a través de la célula de trabajo, desde su punto de entrada hasta el destino deseado. Esto podría requerir mover varios objetos en diferentes direcciones. Hay muchas formas de dirigir el movimiento de objetos dentro de una celda de trabajo, incluidos los sistemas neumáticos. La neumática utiliza el aire comprimido como fuerza para crear movimiento.
En esta lección, aprenderá sobre:
- Diferentes soluciones mecánicas para controlar el flujo de objetos en una celda de trabajo
- La diferencia entre el movimiento lineal y rotacional
- Ventajas de los sistemas neumáticos en un entorno industrial
- Aplicaciones industriales de la neumática
Control del flujo de materiales dentro de una celda de trabajo
En la unidad anterior, movió un objeto a través de la celda de trabajo utilizando los transportadores. Descubriste cómo optimizar el proceso moviendo los transportadores de manera más eficiente. Este fue un método exitoso para mover un objeto a una ubicación. Sin embargo, ¿cómo funcionaría esto para mover varios objetos en el sistema? ¿Qué pasa si esos objetos necesitan moverse a diferentes ubicaciones? Debería poder controlar cómo entraban los objetos en el sistema de transporte para asegurarse de que los materiales entraban a una velocidad adecuada. También tendrías que ser capaz de desviar objetos para enviarlos en diferentes direcciones. Esto requeriría que otros sistemas trabajen en conjunto con los transportadores.
Imaginemos una fábrica donde se utiliza una celda de trabajo para empacar y clasificar los materiales para el envío. Diferentes objetos se mueven a lo largo de los transportadores y deben dirigirse a diferentes ubicaciones. Los materiales primero deben ingresar al sistema de una manera que les permita clasificarse con éxito. Luego deberán desviarse de manera efectiva a lo largo de diferentes caminos. Hay una serie de soluciones mecánicas diferentes que podrían ayudar a controlar el flujo de materiales. 
Uso de múltiples brazos robóticos
Anteriormente, ha utilizado el brazo robótico de 6 ejes para recoger y colocar objetos en un palé. Un brazo robótico puede mover objetos repetidamente, por lo que podría ser útil para recoger objetos y colocarlos en el sistema de transporte. Un brazo robótico también podría recoger un objeto desde una posición específica y moverlo a un transportador diferente. Sin embargo, eso significa que necesitaría un brazo robótico en cada punto de entrada y salida posible en la celda de trabajo. Si bien esto podría ser efectivo, también es muy caro y potencialmente peligroso. El uso de muchos brazos robóticos requeriría colocar una gran cantidad de equipo en un espacio pequeño, lo que podría crear un entorno inseguro.
También existe la cuestión de si un brazo robótico es la herramienta adecuada para esta tarea. Los brazos robóticos son capaces de moverse de varias maneras, lo que los hace versátiles y fáciles de usar para tareas de recogida y colocación. Sin embargo, situaciones como mover objetos dentro y fuera de los transportadores, o colocar objetos en paquetes, a menudo repiten movimientos simples y no requieren un brazo robótico completamente articulado para completarse de manera efectiva. Al pensar en cómo controlar el flujo de materiales dentro de una celda de trabajo, es importante considerar el tipo de movimiento que se necesita en cada punto de entrada o salida.
Movimiento lineal vs. rotacional
Las tareas repetitivas, como desviar un paquete de un transportador a otro, a menudo implican movimientos simples, como moverse hacia arriba y hacia abajo, hacia adelante y hacia atrás, o girar una cantidad específica. Conocer el tipo de movimiento que se necesita para completar una tarea puede ayudarte a elegir la solución adecuada. Pensemos un poco más en estos dos tipos de movimiento.
El movimiento lineal es el movimiento en línea recta, a lo largo de un eje.
Hay muchos mecanismos cotidianos que utilizan el movimiento lineal, como los ascensores, que se mueven verticalmente a lo largo del hueco del ascensor; o puertas correderas que se abren y cierran moviéndose horizontalmente a lo largo de las vías.
En la fabricación, los cilindros neumáticos, como el que se muestra aquí, se utilizan para mover materiales en línea recta. Se puede usar un cilindro neumático para empujar artículos sobre una cinta transportadora, subir o bajar un mecanismo o colocar un objeto. Aprenderá más sobre los cilindros neumáticos en la próxima lección.
El movimiento de rotación es el movimiento alrededor de un eje central. Con el movimiento de rotación, un objeto gira o gira en un círculo alrededor del eje.
Hay muchos mecanismos cotidianos que utilizan el movimiento de rotación, como las ruedas de los automóviles, que giran alrededor de sus ejes para impulsar un vehículo hacia adelante o hacia atrás; o puertas giratorias que giran alrededor de un eje central para mover a las personas dentro o fuera de un edificio.
En la fabricación, los motores proporcionan movimiento de rotación para girar, posicionar u operar mecanismos. Estos se pueden utilizar para girar transportadores o manipular herramientas para ensamblar productos.
Uso de varios motores
Al pensar en cómo mover un objeto usando solo un tipo de movimiento, un motor parece que podría ser una solución viable. En su CTE Workcell, los motores giran, utilizando el movimiento de rotación para mover los transportadores. Pensemos si añadir más motores podría ayudar con la tarea de controlar la entrada o salida de objetos en los transportadores.
Para hacer que un objeto se mueva de un transportador a otro, se podría utilizar un motor para manipular un desviador girándolo para abrir o bloquear la trayectoria. De manera similar a cómo gira el brazo de la puerta para moverse hacia arriba y hacia abajo para bloquear un automóvil o abrir la puerta para controlar el flujo de tráfico hacia la carretera, se podría usar un motor para mover un desviador de manera similar. 
Si bien esto podría realizar la tarea, los motores ocupan mucho espacio. La construcción de un espacio para motores adicionales podría interponerse en el camino de los transportadores y otros componentes de la celda de trabajo, creando nuevamente un entorno de trabajo potencialmente peligroso. Separar los motores podría requerir una huella más grande para la celda de trabajo y convertirse en un coste prohibitivo. Si un desviador simplemente necesita ser subido o bajado en línea recta, una solución que utilice movimiento lineal podría ser una mejor opción.
Sistemas de fluidos
Los sistemas de fluidos utilizan fluidos (líquidos o gases) para realizar el trabajo. Los sistemas de fluidos se clasifican ampliamente en dos tipos principales: hidráulica y neumática. Estos sistemas aprovechan los principios de la dinámica de fluidos y la mecánica para mover, controlar y manipular fluidos para crear energía mecánica. La hidráulica y la neumática crean un movimiento lineal mediante el uso de fluidos presurizados (líquidos en hidráulica, gases en neumática) para mover un pistón dentro de un cilindro. Este movimiento está controlado por válvulas que dirigen el flujo del fluido, lo que permite movimientos lineales precisos y potentes. 
La hidráulica se destaca en escenarios de control precisos y de alta fuerza, lo que la hace indispensable en maquinaria pesada y aplicaciones industriales. A menudo se utilizan en equipos de construcción pesados como excavadoras, excavadoras y retroexcavadoras para operar sus brazos, cubos y accesorios. Las capacidades de alta presión de los sistemas hidráulicos los hacen ideales para levantar y mover grandes cargas, y para transportar materiales pesados, como en el vertido y mezcla de hormigón.
Los neumáticos, por otro lado, son ideales para operaciones rápidas, seguras y rentables en la fabricación y las aplicaciones cotidianas. Se utilizan en todo, desde sillas de dentista y frenos de aire para camiones hasta líneas de embalaje y otras herramientas en fábricas automatizadas. Los sistemas neumáticos son ideales para herramientas ligeras, como martillos neumáticos, pistolas de clavos y taladros. La naturaleza neumática de muchas herramientas neumáticas las hace portátiles y más fáciles de operar.
Diferencias clave entre hidráulica y neumática
| Hidráulica | Neumática |
|---|---|
|
Utiliza líquidos como medio (aceite, fluidos a base de agua) |
Utiliza gases como medio (aire, nitrógeno) |
| Funciona a presiones más altas, proporcionando una mayor fuerza | Funciona a presiones más bajas, proporcionando menos fuerza |
| Proporciona un control preciso para aplicaciones de trabajo pesado | Se utiliza para tareas más sencillas y ligeras donde se necesita un movimiento rápido |
| Requiere un mantenimiento cuidadoso para evitar fugas y contaminación | Limpio y seguro, utilizando aire abundante y no peligroso |
| Más caro debido al mayor coste de los componentes y fluidos | Mose rentable y más fácil de mantener |
Al elegir entre un sistema hidráulico o neumático, es importante tener en cuenta el tamaño y la escala de la tarea. Los sistemas hidráulicos están diseñados para objetos más grandes y pesados que requieren mucha fuerza para manipularlos. Para tareas más pequeñas, rápidas y repetibles, como mover un desviador o empujar un objeto sobre una cinta transportadora, la neumática es una solución eficaz y eficiente.
Ventajas de los sistemas neumáticos
A lo largo de esta unidad, aprenderá sobre los componentes de los sistemas neumáticos y cómo funcionan para crear movimiento. Antes de sumergirnos en lo que hace que el sistema funcione, veamos por qué los sistemas neumáticos son ventajosos en muchas situaciones. Hay muchas razones por las que la neumática se utiliza ampliamente en la automatización industrial y de fábricas.
- Eficiencia y rapidez
- Los sistemas neumáticos pueden lograr movimientos rápidos debido a la alta velocidad del flujo de aire comprimido, lo que los hace adecuados para tareas que requieren acciones rápidas y repetitivas. Esto contribuye a una mayor productividad en los procesos de fabricación, ya que se pueden manipular más materiales en menos tiempo.
- Sencillez y fiabilidad
- Los sistemas neumáticos pueden tener menos partes móviles en comparación con otros sistemas eléctricos, lo que los hace más fáciles de diseñar, mantener y reparar. Esto también permite que la neumática sea más fiable a lo largo del tiempo y requiera menos tiempo de inactividad debido al mantenimiento durante la vida útil del equipo.
- Rentabilidad
- Los componentes y sistemas neumáticos tienden a ser menos costosos que los sistemas hidráulicos o eléctricos, tanto en costos iniciales como en costos operativos continuos.
- Seguridad
- Dado que los sistemas neumáticos utilizan aire, son una alternativa más segura a otros sistemas, como el hidráulico, ya que el aire se puede ventilar de forma segura y no representa un riesgo de contaminación o incendio en entornos peligrosos.
- Potencia y flexibilidad
- Los neumáticos pueden generar una cantidad significativa de fuerza en relación con su tamaño y peso, lo que los hace versátiles y capaces de escalarse para adaptarse fácilmente a diferentes aplicaciones y tareas.
- Beneficios medioambientales
- Los sistemas neumáticos utilizan aire como medio, que está fácilmente disponible y no contamina el medio ambiente. Esto es particularmente beneficioso en industrias como la alimentaria y la farmacéutica, donde un entorno limpio es clave.
Aplicaciones industriales de la neumática
La capacidad de manipular materiales con mecanismos que realizan movimientos repetitivos, rápidos y precisos de una manera rentable, segura y respetuosa con el medio ambiente ha hecho de la neumática un pilar fundamental en la fabricación y la automatización industrial. Los sistemas neumáticos se incorporan para hacer muchas cosas, que incluyen:
- Manejo de materiales : la neumática se utiliza junto con otros sistemas en una celda de trabajo, como transportadores, para desviar objetos y controlar el flujo de materiales.
- Sujeción y sujeción : las abrazaderas y pinzas neumáticas pueden sujetar de forma segura las piezas en su lugar durante los procesos de mecanizado o montaje.
- Envasado : los sistemas neumáticos se utilizan en maquinaria de envasado para sellar, cortar y etiquetar productos de manera rápida y eficiente.
- Funcionamiento de la herramienta : las herramientas neumáticas, como taladros, amoladoras y llaves inglesas, se utilizan con frecuencia en las líneas de montaje por su fiabilidad y facilidad de uso.
La neumática es una piedra angular de la automatización industrial y contribuye a la eficiencia y eficacia de los procesos de fabricación modernos.
Compruebe su comprensión
Antes de comenzar la siguiente Lección, asegúrese de comprender los conceptos de esta Lección respondiendo las preguntas del siguiente documento en su cuaderno de ingeniería.
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