STEM Pneumatics

Todo sobre la neumática

Ya en el siglo III a.C. se experimentaba con la neumática y se descubría la enorme versatilidad del aire comprimido. Mediante 8 modelos y 29 experimentos, STEM Neumática enseña los fundamentos de la neumática y muestra, por ejemplo, cómo funcionan los compresores, las válvulas y cilindros neumáticos y una válvula de mariposa de escape de aire. El concepto se completa con los completos planes de clase para profesores.

Número de alumnos

2-4 por kit

Objetivos de aprendizaje

Hacer comprensibles y sostenibles los principios básicos de la neumática

Tiempo necesario

Cada tarea contiene información detallada sobre el tiempo para estructurar la lección

Nivel

Secundaria

Sobre el producto

Material didáctico de acompañamiento

Búsqueda de distribuidores

Temas y objetivos de aprendizaje

Modelo 1: Modelo funcional - experimentar el aire comprimido

Tema: Producir aire comprimido con una bomba de construcción propia y familiarizarse con su funcionamiento en un cilindro neumático. Controlar un cilindro neumático mediante una válvula.

Objetivos de aprendizaje:

El aire comprimido permite que un cilindro neumático se extienda o se retraiga. Sin embargo, el bloqueo del aire de escape lo impide, por lo que debe poder salir por el otro lado del cilindro.

Las válvulas antirretorno sólo permiten el paso del aire comprimido en un sentido y pueden utilizarse, por ejemplo, para construir una bomba de aire comprimido.

Tiempo necesario: 45 min
Modelo 2: Modelo funcional ampliado - compresor, manómetro, estrangulación del aire de escape

Tema: Generamos aire comprimido con un compresor eléctrico, medimos la presión del aire con un manómetro y analizamos la estrangulación del aire comprimido.
Objetivos de aprendizaje:

Los compresores generan aire comprimido en funcionamiento continuo, Un manómetro es un dispositivo de medición de la presión del aire (o de los gases en general). Proporciona información valiosa sobre el funcionamiento de los sistemas neumáticos.

Para mover los cilindros lentamente, se estrangula su aire de escape. No es adecuado estrangular el aire de alimentación.

Tiempo necesario: dos hojas de ejercicios de 45 minutos cada una.
Modelo 3: Barrera con cilindro de simple efecto - Cilindro de simple efecto, electroválvula

Tema: Utilizamos la neumática en una barrera autoconstruida. Nos familiarizaremos con el cilindro de "simple efecto" y la electroválvula. En tareas posteriores modificaremos la barrera, por lo que lo ideal es que el modelo permanezca construido.

Objetivos de aprendizaje:

Familiarizarse con el funcionamiento y los campos de aplicación de un cilindro de simple efecto.

Establecer la conexión entre electricidad y neumática mediante pulsador y electroválvula

Tiempo necesario: 45 min, más en función de la rapidez de montaje y de la voluntad de experimentar
Modelo 4: Barrera con cilindro de doble efecto

Tema: Mostramos cómo el movimiento de un cilindro de doble efecto puede ser estrangulado en una sola dirección o en grados diferentes en ambas direcciones.

Objetivos de aprendizaje:

De este modo, el aire comprimido puede estrangularse en un solo sentido mientras que en el otro fluye prácticamente libre.

De este modo, podemos estrangular el aire de escape en un lado del cilindro, pero dejar el aire de alimentación sin estrangular en el cilindro. Obtenemos una estrangulación en función de la dirección.

Tiempo necesario: 45 minutos, si se mantiene la barrera de la tarea anterior.
Modelo 5: Pinza de vacío: generar presión negativa y trabajar con ella

Tema: Generamos una presión de aire inferior a la del aire ambiente y la utilizamos en una pinza de succión.

Objetivos de aprendizaje:

Un cilindro accionado mecánicamente, como en la bomba manual casera, puede generar no sólo presión positiva, sino también presión negativa en la otra conexión.

Este cilindro y una ventosa flexible adecuada pueden utilizarse para sujetar, levantar y mover piezas ligeras de superficie lisa.

Tiempo necesario: 45 min para las tareas de construcción y temáticas, más en función de la realización de las tareas opcionales.
Modelo 6: Motor neumático electroneumático

Temario: Construimos un motor de aire comprimido que funciona de forma similar a una máquina de vapor.

Objetivos de aprendizaje:

En el modelo funcional del motor neumático, la combinación de varias disciplinas conduce al éxito: neumática, eléctrica y mecánica/cinemática.

Sólo la correcta interacción de todas las subáreas conduce a una solución.

Tiempo necesario: 45 min
Modelo 7: Mesas elevadoras de tijera - plataforma elevadora neumática

Tema: Construimos una plataforma elevadora -la llamada "plataforma elevadora de tijera"- y la accionamos neumáticamente.

Objetivos de aprendizaje:

La mecánica de la plataforma elevadora de tijera y los cuidados necesarios para una construcción precisa,

Aumentar la fuerza alcanzable emparejando dos cilindros neumáticos en paralelo,

El aumento de la distancia de deslizamiento alcanzable uniendo dos cilindros neumáticos en serie.

Tiempo necesario: 90 min
Modelo 8: Modelo de proyecto - holgura de presión negativa

Tema: Este modelo representa la neumática en el contexto de un modelo ligeramente más complejo: una unidad de posicionamiento neumático que también puede utilizarse como holgura.

Objetivos de aprendizaje:

Técnicas de diseño de la ingeniería mecánica

Conversión de un movimiento lineal en un movimiento giratorio

Suministro adecuado de aire comprimido a una pieza giratoria de la máquina

Tiempo necesario: Este modelo es estructuralmente complejo y requerirá varias unidades de, por ejemplo, 45 minutos.

Material informativo

Se denomina neumática a la tecnología utilizada para controlar y realizar operaciones en máquinas mediante aire comprimido. Al igual que el aceite a presión en los cilindros hidráulicos de las grandes excavadoras y otras máquinas de construcción, también se pueden conseguir grandes fuerzas y movimientos rápidos con aire comprimido. Esto ofrece toda una serie de ventajas, sobre todo en la guardería y el aula:

La neumática es una tecnología fácil de entender y muy ilustrativa: se puede ver lo que se mueve y se puede sentir cómo diferentes niveles de presión conducen a diferentes niveles de fuerza.
Los cilindros neumáticos ejercen siempre la misma fuerza a la misma presión, independientemente de cuánto se extiendan. Esto hace que sea muy fácil, por ejemplo, sujetar una pieza de trabajo con una fuerza constante sin dañarla con una fuerza excesiva.
Los cilindros neumáticos pueden utilizarse para realizar movimientos muy rápidos.
También es posible realizar controles puramente neumáticos mediante el uso de válvulas.
Como no se producen chispas (como puede ocurrir con la conmutación eléctrica), los sistemas neumáticos también son adecuados para manipular materiales inflamables (por ejemplo, en sistemas de llenado).
A diferencia de las fugas de aceite en la hidráulica, las fugas de aire comprimido no suponen un problema medioambiental.

Por estas razones, la neumática se encuentra en innumerables aplicaciones industriales para el procesamiento de piezas de trabajo, el llenado de bebidas, el envasado, el agarre y la manipulación de piezas y mucho más.

La neumática tiene una tradición sorprendentemente larga: ya en el siglo III a.C., el matemático e inventor griego Ctesibio trabajaba con aire comprimido y las máquinas que éste hacía posibles. Su primera máquina neumática fue una bomba para elevar agua. Le siguieron relojes, catapultas y órganos de aire comprimido.

La enorme versatilidad del aire comprimido se hizo conocida y la neumática se utilizó cada vez más. Las máquinas de vapor, las locomotoras de vapor, el buceo con aire comprimido, la pintura, las técnicas de aerografía, las sirenas de aire comprimido, la medición de la velocidad con chorros de ariete en los aviones... todo esto forma parte de la neumática y demuestra lo útil y variable que es esta tecnología relativamente sencilla.

Hoy es difícil imaginar la vida cotidiana sin la neumática. Sirve para innumerables propósitos, desde inflar un globo hasta el martillo neumático en la construcción de carreteras, pasando por el taladro de impacto neumático fácil de sujetar en el hogar, la aspiración de aire antes de soldar alimentos y las grandes plantas industriales. ¡Un amplio campo!

La neumática es la rama de la tecnología del aire comprimido que se ocupa de la realización de trabajos con aire comprimido (normalmente en cilindros neumáticos) y del control de máquinas diseñadas para este fin (mediante válvulas). Puede dividirse en las siguientes áreas:

La generación de aire comprimido suministra aire ambiente normal en forma comprimida. Esto se consigue mediante compresores que aspiran aire, lo comprimen en una bomba y lo descargan en conductos de aire comprimido (mangueras o tuberías). La neumática de baja presión trabaja en un rango de aprox. 100 mbar a 1 bar de sobrepresión; para fuerzas superiores, suele utilizarse de forma estándar una sobrepresión de unos 6 bares.
En el tratamiento del aire comprimido, el aire se limpia (por ejemplo, se filtra) y, si es necesario, se enriquece con una fina niebla de aceite mediante atomizadores, que se utiliza para lubricar continuamente las piezas móviles, como válvulas y cilindros.
Para distribuir el aire comprimido se utilizan mangueras, tuberías, piezas en T y similares.
Se controlan mediante válvulas que pueden accionarse manualmente (por un operario), mecánicamente (por una pieza móvil de la máquina) o neumáticamente (por la señal de aire comprimido de otra válvula). Existe una gran variedad de válvulas para activar o desactivar una señal (es decir, presurizar con aire comprimido o purgar), para retardar el tiempo y para almacenar la señal. Los estranguladores regulan la fuerza de un flujo de aire (para que un cilindro entre o salga lentamente).
Los actuadores neumáticos suelen ser cilindros neumáticos. Están formados por un tubo esencialmente cerrado, dividido en su interior por un disco hermético. El vástago del cilindro (el pistón) se asienta sobre el disco. Introduciendo aire comprimido en una de las dos mitades del cilindro (y expulsando el aire de escape por la otra), se puede mover el disco y, por tanto, el pistón del cilindro. Los cilindros existen en muchos diseños, pero también hay otros actuadores, como los contadores controlados neumáticamente.

Otro campo interesante de la neumática es la fluídica: conmutación y control con medios fluyentes (gases como el aire o líquidos). Lo especial de esta variante es que las válvulas de fluídica para circuitos lógicos no requieren piezas móviles, sino que realizan su función únicamente mediante la hábil conformación de canales de flujo. No es la presión la señal esencial, sino el flujo del medio. Con la fluídica neumática, esto funciona con una presión de sólo 100 mbar, no necesita aceite para lubricarse y permite que las válvulas se limpien solas gracias a la alta velocidad del flujo. Sólo cuando se requieren grandes fuerzas en el extremo del sistema de control, las señales fluídicas se convierten en señales neumáticas o eléctricas estándar.
La neumática toca los campos físicos de la mecánica, la cinemática y la termodinámica (el aire comprimido se calienta), la mecánica de fluidos y el campo matemático de la lógica en los circuitos lógicos de los sistemas de control neumáticos y, por tanto, el álgebra de Boole.

El compresor fischertechnik es pequeño y silencioso, pero potente. Funciona con una tensión continua de 9 V y suministra aprox. 1 bar de presión y suficiente caudal para operar una amplia gama de modelos funcionales.
El depósito neumático almacena el aire comprimido. Es la contrapartida neumática del condensador de la electrónica.
Las mangueras fáciles de cortar con tijeras, las piezas en T para distribuir el aire comprimido a varias mangueras y los tapones para sellar las conexiones garantizan que el aire comprimido esté disponible en los lugares adecuados.
El manómetro es un dispositivo de medición de la presión del aire. Ayuda a comprender aún mejor los procesos neumáticos.

La válvula manual fischertechnik es una "válvula de 4/3 vías" - tiene cuatro conexiones para aire de alimentación, aire de escape y dos salidas para cilindros y puede manejar tres posiciones de conmutación. Esto permite, por ejemplo, retraer, extender o mantener un cilindro en una posición determinada.
La electroválvula permite conmutar eléctricamente una válvula neumática. Esta conexión puede utilizarse para crear otros tipos de sistemas de control de máquinas, hasta llegar a máquinas neumáticas controladas por ordenador.
Diferentes cilindros neumáticos hacen el trabajo: Los cilindros de doble efecto se mueven activamente en ambas direcciones (extensión y retracción) mediante aire comprimido. Los cilindros de simple efecto llevan incorporado un muelle de retorno. Se extienden mediante aire comprimido y vuelven automáticamente a la posición inicial mediante el muelle en cuanto se libera el aire comprimido.

Las válvulas también incluyen el estrangulador, que permite el paso del aire comprimido a una velocidad ajustable. Sólo entonces un cilindro neumático se retrae o se extiende a la velocidad deseada, o un volumen se llena gradualmente de aire comprimido. Corresponde a la resistencia en la electrónica.
La válvula antirretorno sólo permite el paso de aire comprimido en una dirección. También permite que un cilindro trabaje rápidamente en un sentido y sólo estrangulado en el otro. Es el equivalente neumático del diodo en electrónica.
Por supuesto, todo ello encaja perfectamente en el sistema fischertechnik, de modo que no sólo se representan las funciones básicas de la neumática, sino que también pueden elaborarse modelos funcionales robustos y realistas de máquinas.