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El volumen muerto se refiere al aire comprimido atrapado en los tapones de los cilindros, los puertos y los conductos de conexión que no puede contribuir al trabajo útil, pero que debe presurizarse y despresurizarse con cada ciclo, lo que reduce directamente la eficiencia energética al requerir aire comprimido adicional sin generar una salida de fuerza proporcional.
La generación de calor en las juntas de cilindros de ciclo alto se produce debido a la fricción entre los elementos de sellado y las superficies del cilindro, la compresión adiabática del aire atrapado y las pérdidas por histéresis en los materiales elastoméricos, con temperaturas que pueden alcanzar los 80-120 °C, lo que acelera la degradación de las juntas y reduce la fiabilidad del sistema.
Los procesos politrópicos en cilindros neumáticos representan la expansión real del aire, donde el índice politrópico (n) varía entre 1,0 (isotérmico) y 1,4 (adiabático) dependiendo de las condiciones de transferencia de calor, la velocidad del ciclo y las características térmicas del sistema, siguiendo la relación PV^n = constante.
La viscosidad del aire aumenta significativamente a bajas temperaturas, siguiendo la ley de Sutherland, lo que provoca una mayor resistencia al flujo a través de válvulas, accesorios y puertos de cilindros, lo que aumenta directamente el tiempo de respuesta del cilindro al reducir los caudales y prolongar los períodos de acumulación de presión necesarios para iniciar el movimiento.
La dinámica de la caída de presión en los sistemas neumáticos sigue los principios de la mecánica de fluidos, según los cuales cada restricción (puertos, racores, válvulas) genera pérdidas de energía proporcionales al cuadrado de la velocidad del flujo, siendo la caída de presión total del sistema la suma de todas las pérdidas individuales, lo que reduce directamente la fuerza disponible del cilindro y el rendimiento de la velocidad.
