Las prensas hidráulicas dan forma, marcan, cortan, retocan… desde piezas minúsculas hasta grandes componentes de 10 t de peso. Son asiduas del sector de la automoción, ferroviario, aeronáutico y del eólico, entre otros. Se accionan manualmente aunque también forman parte de líneas de producción completamente robotizadas.

Según el principio de Pascal, un aumento de presión en la superficie de un fluido se transmite con la misma intensidad a cualquier punto de dicho fluido. Fue en el siglo XVII cuando el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó en Francia a investigar el comportamiento de los fluidos hasta demostrar esta teoría. Una de sus aplicaciones es la prensa hidráulica, un mecanismo que consta de un depósito con dos émbolos de distinta sección conectados a él. Su principal característica es que permite amplificar la fuerza aplicada en el émbolo pequeño y además cambia la dirección de la fuerza ejercida.

Para entender este principio, y en consecuencia el funcionamiento de la prensa hidráulica, basta con imaginar una tubería en forma de “U” cuyos extremos tienen un diámetro distinto; es decir, uno es más ancho que otro. Si se llenara esta tubería con un fluido y colocáramos sobre uno de los extremos un peso, el nivel del fluido en éste bajaría y en la misma medida subiría el del otro extremo. Esto es una muestra de cómo la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie. En concreto, en la prensa hidráulica la fuerza se amplifica mucho porque el fluido está encerrado entre dos pistones de área diferente. Y es que estos vasos comunicantes o émbolos son impulsados por pistones y mediante pequeñas presiones se consiguen otras presiones mayores. Gracias al principio de Pascal se pueden obtener fuerzas muy grandes usando otras relativamente pequeñas.

Múltiples utilidades
Pero, ¿para qué se utilizan las fuerzas que se generan en las prensas hidráulicas? Para dar forma o marcar materiales variados como maderas, plásticos, metales, etc. José Antonio Muñío, director técnico de Moldes Épila, explica con más detenimiento las aplicaciones de estas máquinas porque su compañía las fabrica, al igual que líneas automáticas para el conformado de materiales no férricos.

“La prensa hidráulica es una máquina que se emplea para dar forma o conformar pero también para cortar o rebarbar”, detalla José Antonio Muñío. Y añade: “Las aplicaciones son infinitas gracias a las fuerzas que puede ejercer. Por ejemplo, a partir de virutas de madera y resinas se obtienen las planchas conglomeradas. La prensa produce una compactación lisa y dura, por tanto, también sirve para fabricar los paneles y las paredes prefabricadas que se destinan al sector de la construcción”. Pero no sólo es idónea para compactar sino que también sirve para moldear y troquelar. Es decir, a partir de planchas metálicas se fabrican infinidad de piezas como las cubas del interior de las lavadoras o de los frigoríficos o el interior de las puertas de los vehículos. Muchos sectores como el del automóvil, el del forjado, el ferroviario, el aeronáutico, el de los electrodomésticos, etc. requieren de prensas hidráulicas para funciones de diversa índole como troquelar, estampar, retocar, prensar composites…

Diseño a medida

El tamañode una prensa hidráulica es muy variable. Puede colocvarse sobre una mesa o requerir una cimentación previa.

Lo principal es que las prensas tienen una base común y a partir de ella se diseñan en función de la operación y del esfuerzo que van a realizar y del tamaño de las piezas con las que trabajarán. “Porque no es lo mismo apretar las tapas de los relojes de pulsera durante su producción que conformar las chapas de las cabinas de los camiones”, subraya José Antonio Muñío. Por tanto, hay prensas hidráulicas de muy reducido tamaño “que se utilizan en los laboratorios y se colocan sobre las mesas de ensayo y otras de dimensiones enormes que han de anclarse al suelo o incluso que requieren de una losa especial o de una cimentación previa que aguante su peso”, apunta Muñío.
También relata Muñío cómo es exactamente una prensa hidráulica y de qué partes dispone: “Consta de un mecanismo que incorpora un plato fijo y otro móvil. El fijo tiene una forma concreta o troquel y sobre él se sitúa la pieza plana con la que se va a trabajar (una plancha de madera, de aluminio, de plástico, etc.)”. Por su parte, el plato móvil, que tienen la forma inversa a la del plato fijo, desciende por el guiado o las columnas hasta este último para después ejercer una presión suficiente sobre la pieza como para que ésta cambie de forma y adquiera la de los platos. “El esfuerzo lo hace la máquina hidráulicamente: una bomba mueve un motor y éste unos pistones. La máquina convierte la energía eléctrica en hidráulica y ésta en mecánica”, describe el director técnico de Moldes Épila.

Precisión y control

La seguridad de las prensas hidráulicas es una prioridad para los fabricantes.

Además, hay que tener presente la precisión que se requiere que tenga la prensa a la hora de ejercer su fuerza. Apunta Muñío que “en el caso de una chapa que se convertirá en la puerta de un coche la precisión necesaria será muy elevada”.

Por otro lado, desde la compañía Reis Robotics, que produce robots industriales, sistemas automatizados y prensas, Daniel del Pino, puntualiza, que en el caso de las prensas hidráulicas que su compañía fabrica, “todos los movimientos son supervisados eléctricamente y están equipados con interruptores de fin de carrera con lo que los movimientos en contrasentido son imposibles”. Del Pino añade, además, que “estos interruptores están señalizados claramente y son unifuncionales”. Y continúa: “La velocidad y presión de prensado pueden ser reguladas manualmente con exactitud mediante un potenciómetro y un joystick”. Del mismo modo, para aquellas piezas muy voluminosas “la mesa de fijación inferior o carro puede ser desplazada hidráulicamente al exterior de la base de la prensa. La parada del movimiento esta amortiguada en todas las posiciones y en los fines de carrera la mesa queda asentada y enclavada automáticamente”, puntualiza del Pino.

Otro aspecto es quién corre a cargo de poner en movimiento la prensa hidráulica. Cada una dispone de un armario eléctrico que incluye un autómata programable que se ocupa de ordenar la puesta en marcha de la máquina y de la sucesión de movimientos que ha de efectuar. Por otro lado, ésta puede ser accionada manualmente por un operario o bien integrarse en una línea de producción robotizada. En el primer caso son los empleados quienes arrancan el mecanismo presionando un botón y también quienes se encargan de colocar la pieza a conformar sobre el plato fijo y de retirar el producto final. En el segundo, todas estas operaciones pueden ser desarrolladas por robots.

Cambios hidráulicos
Hasta hace unos años “las prensas hidráulicas se empleaban para hacer pruebas de los troqueles, antes de iniciar la producción en cadena que era protagonizada por prensas mecánicas”, recuerda José Txintxurreta, director comercial de Onapres, una compañía europea que diseña y fabrica prensas hidráulicas a medida y que junto con Fagor Arrasate pertenece al grupo Mondragón. “Pero hoy la hidráulica ha avanzado mucho y sobre todo ha ganado rapidez, con lo cual, estas prensas, que son capaces de generar grandes fuerzas, además ya se pueden utilizar en las producciones en serie”.

Piezas gigantes
Por su parte, David Chico, jefe de desarrollo de proyectos de Koniker S.COOP. (centro tecnológico sin ánimo de lucro, especializado en las tecnologías de conformado y ensamble), a esta tendencia de la incorporación de la prensa hidráulica a la fabricación en cadena, gracias al incremento de la cadencia del trabajo, añade su utilización para la elaboración de nuevas piezas de enormes dimensiones. “Se trata de componentes para el sector naval y eólico que en su producción no requieren una gran velocidad pero sí un mecanismo capaz de generar una fuerza enorme. Trabajando en caliente, con tecnología de forja, las prensas hidráulicas consiguen conformar piezas de hasta 10 t de peso y 25 mm de espesor”, concluye David Chico.

El uso del aire como un medio para conseguir fuerza o energía para accionar mecanismos, sea en forma de molinos o de barcos, es tan antiguo como nuestra civilización. Sin embargo, la neumática, de neumo (aire en griego) y ática (estudio), no comenzó a introducirse en el accionamiento de grandes máquinas hasta mediados del siglo XIX. Y sólo desde 1950, coincidiendo con el apogeo de la fabricación en serie y el consumo de masas, se empezó a emplear intensamente en los procesos industriales, es decir, en las cadenas de montaje.

“La neumática comienza a aplicarse a finales del siglo XIX con la invención del martillo neumático; es la aplicación industrial más antigua y se utilizaba en tareas de forja”, explica Juan de Juanes, profesor de ingeniería mecánica y fabricación de la Universidad Politécnica de Madrid. “Es en pleno auge de la Revolución Industrial cuando se inventan los compresores de pistones y se aplican en procesos de forja; luego en la mensajería dentro de grandes edificios, para impulsar mensajes a través de tubos que comunicaban varias plantas y habitaciones”, recuerda el profesor. “Pero es en los años treinta, y justo después de la Segunda Guerra Mundial, cuando el aire comprimido comienza a usarse en las grandes líneas de automatización masiva, a raíz de las primeras líneas de montaje”, indica Juanes.

Vectores de potencia
Son los compresores. Los equipos que, normalmente acompañados de motores eléctricos, ponen en marcha la mayoría de las líneas de montaje. Convierten el aire normal, lo filtran, y lo comprimen, transformándolo en verdaderos “vectores de potencia”. “El mercado de compresores está en un momento muy dulce y 2006 ha sido un buen año: hemos crecido”, comenta Francisco Martín Bermejo, director de marketing de Compair, primera empresa mundial en productos de aire comprimido para obras e infraestructuras. Compair vende compresores de tornillos lubricantes, compresores portátiles, herramientas neumáticas de construcción, compresores de pistón estándar, etc. Sus clientes van desde las constructoras hasta las fuerzas armadas de varios países (sobre todo el Ejército británico, de cuyo país es originaria la compañía), pasando por las grandes cadenas de montaje de los principales fabricantes de automóviles. “Casi todas las líneas de montaje están automatizadas en la industria, con máquinas muy potentes, que funcionan gracias al aire comprimido”, señala Martín Bermejo.

Compair es una multinacional, presente en decenas de países y con productos muy variados que se adaptan a la fisonomía del sector industrial de cada nación. En 2007 cumplen 50 años en España. “Este es un país de industria pequeña y mediana, así que aquí los compresores que vendemos trabajan con menos potencia, a unos 50 CV como mucho”, puntualiza el directivo de Compair. “En grandes empresas como General Motors o Ford llegan a emplear máquinas con potencias de hasta 2.000 CV”, agrega.

La empresa española con más productos es de origen vasco y se llama Betico. Fundada en 1925, es el primer fabricante español y son una enseña puntera en el sector de los compresores para camiones de transporte de productos pulverulentos.

Neumática y robotización
“La neumática, en contra de lo que muchos pudieron pensar en favor de la electrónica, vuelve a estar muy de actualidad”, opina el profesor Juan de Juanes. “Sobre todo por los nuevos progresos que se están haciendo en robótica”, asegura. Juanes recuerda los avances en la creación de válvulas proporcionales que permiten dar más precisión y flexibilidad a los movimientos accionados con aire comprimido. Coincide con Martín Bermejo en la potencia de esta tecnología: “Se utiliza en las plataformas petroleras, en los polos industriales químicos, etc. Los motores de aire comprimido aprovechan muy bien la energía, ya que, al expandir el aire casi toda la energía se convierte en par motor y desperdicia muy poca fuerza”.

Tampoco se trata de una tecnología muy cara. “Una máquina de aire comprimido de 50 CV cuesta alrededor de los 12.000 euros”, calcula Francisco Martínez Bermejo. “A esto hay que sumarle 3.000 euros del equipo de secado y filtración y otros 5.000 por la instalación”, apunta Bermejo. “Estamos hablando de una fábrica de tamaño mediano, la más común en España”, matiza. Y advierte de que tampoco los constructores de aire comprimido se encuentran al resguardo de la llamada globalización económica. “China es la fábrica del mundo, y el aire comprimido es ante todo industria; Compair tiene que estar allí”, dice. “Quien no se encuentre en el gigante asiático dentro de diez años, simplemente no estará en ningún sitio”, sentencia.

El Grupo está especializado en la transmisión de potencia, con fábrica propia de reductores en Italia y centros de distribución en el Reino Unido, Italia, Francia y España.

Origen de la firma
La sociedad española se creó en 1962 bajo el nombre de Cadenas de Precisión (Capresa). Posteriormente pasó a denominarse Renold y en 1994 la compañía entró a formar parte del Grupo Brown, en esta ocasión con la denominación de Brown Pestell.

Desde su fundación, la empresa ha estado totalmente dedicada al suministro de elementos para la transmisión de potencia (cadenas, motores, reductores, variadores hidráulicos y electrónicos, acoplamientos, vibradores, etc.).

¿Qué sería de la producción masiva sin robots? Por supuesto que la industria podría vivir sin ellos, pero a cambio de una inmensa plantilla de operarios para alcanzar los niveles de fabricación oportunos. Eso sin entrar a valorar la reducción de la siniestralidad laboral, la flexibilidad y la altísima calidad que posibilita la robotización.

Además, las compañías dedicadas a la robótica no solamente producen sistemas, equipos, hardware y software, sino que también diseñan e integran métodos para soluciones llave en mano y desarrollan numerosas aplicaciones de servicios, como el mantenimiento y la actualización.

La Fundación Cotec ha publicado recientemente el documento “Robótica y automatización” (el número 23 de su Colección de Documentos sobre oportunidades tecnológicas). El informe remarca que España es uno de los países industrializados que más está apostando por la robótica y la automatización. Con más de 22.000 robots operativos en 2004 y una cifra superior a los 24.000 durante 2005, nuestro país se sitúa en el séptimo lugar mundial en cuanto a número de unidades detrás de Japón, Estados Unidos, Alemania, Corea, Italia y Francia.

Carlos Balaguer, catedrático de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid, nos acerca un poco más a la realidad de este sector con otros datos. “Es representativa la densidad de robots en la industria española por número de empleados, con 1.000 máquinas de este tipo por cada 10.000 trabajadores. En Japón, por ejemplo, hay 1.600 robots por cada 10.000”, dice Carlos Balaguer. Y añade que además ambos países son consumidores aunque limitados productores. Según un informe elaborado por UNECE/IFR, en 2004 la población de robots industriales en el mundo era de cerca de 850.000, de los cuales un 42% se encontraba en el citado país asiático.

Más que robots
Hay que tener presente esta realidad y destacar que a la industria de la robótica y la automatización se le asocia un completo tejido empresarial con los correspondientes empleos que genera. Porque tras la investigación y el desarrollo de un nuevo robot le siguen la realización del proyecto y el estudio para su instalación en casa del cliente, el montaje, el mantenimiento, la reparación, la formación, etc.

El volumen de negocio mundial que genera esta actividad es para recordar. La consultora americana ACR ha presentado recientemente los datos del sector y subraya que la cantidad es de unos cuatro billones de dólares, con un posible crecimiento a cinco billones. “Sin embargo creo que es una cifra bastante conservadora porque en torno a la automatización están esas empresas subsidiarias de mantenimiento y de contratación que también participan”, opina Carlos Balaguer. Además, el catedrático apunta dos hechos que no hay que perder de vista: el negocio de la robótica industrial y la automatización crece anualmente entre el 7% y 8%, y la robótica y la automatización son claves para la industria moderna, que no puede obviar esta tecnología.

Hace 15 años esta tecnología no era accesible al resultar demasiado reciente y por tanto muy cara, pero hoy ya es barata y de fácil aplicación en cualquier centro productivo. El consumidor de robots por excelencia es el sector de la automoción, con porcentajes de entre el 60 y el 70%. No obstante, otros ámbitos, como el metálico, el químico y el textil, también tienen un consumo notable. Pero aquí, prácticamente, concluye la lista de clientes. En realidad, se trata de una tecnología muy nueva que todavía no ha calado en todo el espacio empresarial. La alimentación, la construcción, la asistencia a discapacitados y enfermos, la medicina, la construcción, etc. no se plantean robotizar y automatizar tareas y eso que podrían aportarles multitud de ventajas. Y en el caso de que sí las apliquen se encuentran a unos niveles muy bajos.

Nuevos aires robóticos
Lo positivo es que las cosas están cambiando y desde los centros e institutos de investigación nacionales e internacionales se ha abandonado el terreno puramente industrial y las cadenas de producción para pasar a bucear precisamente en la aplicación de la robótica en campos muy diversos.

En este ámbito, para el área de la construcción, Manuel A. Armada, miembro de la Academia Rusa de Ciencias Naturales y jefe del departamento de Control Automático del Instituto de Automática Industrial, del CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas), explica el funcionamiento del Roboclimber: un robot escalador de grandes dimensiones en el que está trabajando junto a su equipo.

El cometido de este enorme artilugio “es ocuparse de las tareas necesarias para la consolidación de las laderas de las montañas”, analiza Manuel Armada. En ocasiones, en la construcción de carreteras, puentes, edificaciones, etc. hay que reforzar una montaña y hacer muros de contención para evitar desprendimientos. El robot, que pesa 4.000 kg, se cuelga de cables de acero desde la cima de la ladera y se ocupa de realizar taladros en la montaña de hasta 20 m de profundidad y 10 cm de diámetro para después rellenar de hormigón estos huecos. Armada asegura que “ya se ha probado con éxito en los Alpes italianos y se está optimizando el sistema para después fabricarlo. El prototipo estará disponible en un año y en dos se podría comercializar”.

Otra aportación a la construcción también ha corrido a cargo del Instituto de Automática Industrial. En este caso ha sido una empresa española, Tabiquería 2.000, fabricante de paneles para construir tabiques, la que ha financiado la investigación y el desarrollo del prototipo. “Es el Robotab –cuenta Armada–, un robot de servicios para ayudar en el manejo de cargas pesadas que es guiado directamente por el usuario”. Estos paneles tienen un peso de entre 60 a 70 kg, lo que complica y ralentiza el montaje por parte del operario. Evidentemente, un robot de estas características es la solución; es como un brazo asistencial que se ocupa de trasladar a la posición deseada el panel y de su colocación bajo las órdenes del empleado que guía su trayectoria.

Descontaminación de vehículos
Martín Mellado, del Instituto Universitario de Automática e Informática Industrial (ai2) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), nos adentra en la robótica aplicada a la automoción pero no en el área ampliamente conocida de la fabricación sino en la descontaminación automática de los vehículos fuera de uso, al final de su vida útil.

“El tratamiento de estos coches es un problema acuciante en la industria y sociedad actual, ya que los riesgos de contaminación son cada vez mayores por el creciente número de ellos en retirada”, explica Martín Mellado. Para llevar a cabo un reciclado completo de sus componentes el desensamblado se hace de forma manual. “La automatización de este proceso es un problema realmente complejo”, añade Mellado. Y continúa: “Debido a la gran variabilidad (muchas marcas y modelos) y al estado en el que se reciben los vehículos (en perfectas condiciones o afectados en mayor o menor medida por algún accidente), resulta necesario el desarrollo de un sistema robotizado extremadamente potente y flexible, con capacidades sensoriales muy completas, para que pueda realizar el desensamblaje completo, comprendido como tal la descontaminación y retirada de piezas”.

El grupo de robótica del Instituto ai2 está diseñando un sistema de extracción de combustible que, mediante sensores automáticos o semiautomáticos (con cierta intervención de un operario), alcance el depósito, lo agujeree con una herramienta específica, según el material del que esté hecho, y succione el carburante, detectando cuándo se ha vaciado. “De este modo, se mejora el rendimiento y la seguridad, ya que mientras el robot lleva a cabo esta tarea, que además supone un riesgo para el operario, éste puede seguir trabajando en otra función del desmontaje del vehículo”, sostiene Mellado.

Desde el Instituto ai2 prevén contar con un prototipo para final del presente año de cara a plantear su posible comercialización el próximo ejercicio. Mellado matiza que en principio “se pretende aplicar el sistema a cuatro modelos concretos, que representan casi una cuarta parte de los vehículos en proceso de retirada actualmente”. Además, insiste en que “es transferible a diversos sectores, como los electrodomésticos, los aparatos electrónicos, la maquinaria industrial u otros campos de la automoción”.

De la agricultura al volante
Manuel Armada, del Instituto de Automática Industrial, resalta que la robotización también está saltando a sectores tan tradicionales como la agricultura. Por ejemplo, constata, “se ha desarrollado un robot que se ocupa de la plantación de las cepas y un pequeño tractor automatizado y guiado por GPS, que tiene la función de realizar una fumigación selectiva”.

Armada también recuerda que la robotización puede encargarse de operaciones que son realmente peligrosas para los operarios. Un ejemplo es un robot caminante o escalador que se sujeta a las paredes con imanes, diseñado para soldar en el interior del doble casco de los buques en construcción. Un caso distinto es el del proyecto español Dylema, subvencionado por la Administración, otro robot caminante pero equipado con sensores para la detección y localización de minas antipersona.

En otros sectores nos adentra Carlos Balaguer, de la Universidad Carlos III, quien adelanta que ya existen robots que se ocupan de distribuir las medicinas y las bandejas de comida en los hospitales o de la limpieza de las fachadas de los edificios. Estos últimos incluso detectan el grado de suciedad para después insistir más en determinadas zonas. En relación con este mismo campo están a la venta aspiradores automáticos para el hogar y robots encargados de la limpieza exterior de los aviones. “Un avión limpio ahorra un 7% de combustible”, recalca Carlos Balaguer.

Humanoides capaces de manejar maquinaria hidráulica; “es más rentable un robot que sepa conducir diversas máquinas que automatizar, por ejemplo, una excavadora”, matiza Balaguer. Vehículos que se mueven solos, incluso aéreos, y que son manejados a distancia. Robots de cuatro patas para transportar cargas muy pesadas. Otros capaces de transitar en zonas pantanosas. La lista es muy extensa, pero queda lo más importante: que realmente empiecen a ser partícipes del día a día.

Robotizar el almacenaje
Al igual que la robótica y la automatización ya forman parte de la producción, esta industria es responsable de otros cometidos que arrancan cuando el producto atraviesa las puertas de la planta fabril. “Los artículos tienen que llegar al cliente en las mismas condiciones de calidad que se han fabricado”, dice Rafael Salichs, director general de Mecalux, Ingeniería y Sistemas.

Para ello, los almacenes no tienen por qué seguir siendo gestionados de forma manual. Las tradicionales carretillas elevadoras pueden ser sustituidas por transelevadores automáticos, que circulan por los pasillos de las estanterías. Su misión es colocar la carga en la ubicación que corresponda o extraerla con la ventaja de que tales estanterías pueden elevarse hasta los 40 m de altura. Y no sólo es posible robotizar el almacenaje sino que en muchas compañías los pedidos de los clientes o los que abastecen una fábrica hoy día se preparan de forma totalmente automática, al igual que los traslados hasta el muelle de carga de la mercancía que está lista para entregar. Incluso, en ocasiones, los operarios sólo entran en las instalaciones para las rutinarias operaciones de mantenimiento o las esporádicas reparaciones.

Tal como subraya Rafael Salichs: “En España el negocio de la automatización industrial sí está en pleno desarrollo y cualquier empresa, independientemente de su sector, se puede permitir automatizar, con el objetivo de mover cajas o resolver la distribución”. En este caso, lo más significativo, concluye Salichs, “es que un almacén automático tiene un rendimiento cinco veces superior al de uno convencional. Como ventajas principales: ofrece una seguridad extrema, un funcionamiento correcto, un número de errores mínimo y una elevada productividad”.