Motores Neumáticos E Hidráulicos

1.- Introducción

En la industria actual, la automatización juega cada vez un papel muy importante, ya que se busca realizar las actividades de la manera más rápida y precisa, para lo cual se recurre a la electricidad, electrónica, neumática e hidráulica, de manera más común, ya que se automatizar un proceso se recurren una gran variedad de ciencias. Para hacer un sistema, ya sea neumático o hidráulico se utilizan una amplia cantidad de componentes, para que se haga funcionar el actuador, ya sea un cilindro o un motor, para el presente trabajo se enfocara en los motores neumáticos, los cuales tienen la ventaja de no contaminar o no ser peligrosos al sufrir una fuga, ya que el fluido de trabajo en el aire, contrario en el hidráulico, en el cual si existe una fuga, pueden ocurrir accidentes.

A lo largo del trabajo se definirán y mostraran ejemplos de los tipos de motores neumáticos, sus principales características, los cálculos de potencia y par torsor, así como la manera de seleccionar el motor neumático más adecuado para las necesidades que se tengan en la industria.

2.- Definición y características

Los motores neumáticos son aquellos en los que la energía potencial del aire comprimido es convertida a energía mecánica gracias a la diferencia de presiones entre el aire comprimido en la entrada y el aire a menor presión en la salida.

Generalmente los motores neumáticos se caracterizan por lo siguiente:

Regulación sin escalones de la velocidad de rotación y del par motor.

Gran selección de velocidades de rotación.

Pequeñas dimensiones (y reducido peso).

Gran fiabilidad, seguros contra sobrecarga.

Insensibilidad al polvo, agua, calor y frío.

Ausencia de peligro de explosión.

Reducido mantenimiento.

Sentido de rotación fácilmente reversible.

Algunos ejemplos de sus aplicaciones son las siguientes:

Construcción de maquinaria.

Industria minera o de transporte.

Industria siderúrgica.

Centrales de energía.

Construcción naval.

Industria nuclear.

Industria médica.

3.- Clasificación

Existen 4 diferentes tipos de motores neumáticos, los cuales serán definidos en los puntos siguientes.

3.1.- Motores de pistón

Se utilizan cuando se requiere alta potencia, alto par de arranque y una velocidad controlada a bajas velocidades. Disponen de varios cilindros (dos, tres, cuatro, cinco o seis) que pueden estar asociados de forma axial o radial y que desarrollan su par de salida actuando sobre pistones de movimiento alternativo. Una característica importante es el bajo nivel de vibración que presentan, en particular si están diseñados con carreras solapadas de los pistones y si están muy bien equilibrados.

La potencia que desarrollan los motores de pistón depende de la presión de entrada, del número de pistones, de su área, de la carrera y de la velocidad. La velocidad viene limitada por la inercia de las partes móviles, que influye más en los motores radiales que en los axiales, y del diseño de la válvula que controla la entrada y el escape de aire de los pistones. Una limitación importante que presentan estos motores es que deben estar lubricados internamente, de modo que requieren un buen mantenimiento, siendo necesaria la comprobación periódica del nivel de aceite y del grado de engrase y en caso necesario, de su relleno.

3.1.1.- Motores de pistones axiales

Los motores de pistón axiales contienen varios pistones, normalmente de seis a nueve. Los pistones en su movimiento son retenidos por una placa inclinada, de modo que la hacen girar torsionándola y moviendo directamente un eje exterior. En algunos modelos, el eje actúa sobre un tren de engranajes lo que permite lograr un movimiento de baja velocidad y alto par.

Estos motores poseen un alto rendimiento volumétrico combinado con una operación excelente a altas y bajas velocidades, y se caracterizan por:

Al ser compactos son ideales para trabajar en espacios limitados.

Par generado 1 980 Nm (17 520 lb-pulgada) a presiones del orden de

344 bar (5 000 psi)y 4 500 rpm.

Ideal para altas cargas de arranque.

Funcionamiento suave con par y potencia en ambos sentidos de giro.

Trabajan en posición horizontal y bajo carga.

No deben operar a más del 75% de la velocidad libre (sin carga y a la presión nominal).

Pueden trabajar hasta temperaturas del orden de los 93°C (200° F).

El aire de alimentación debe estar provisto de un filtro y de un lubricador y el motor provisto de engrase.

3.1.2.- Motores de pistones radiales

Los motores de pistón radiales utilizan cilindros de movimiento alternativo, accionados por aire comprimido que, a través de una biela, acciona el cigüeñal del motor. Se necesitan varios cilindros al objeto de asegurar un funcionamiento libre de sacudidas.

El solapamiento de los impulsos de potencia de los pistones proporciona un par y una potencia total en cada dirección de giro. La potencia de los motores depende de la presión de entrada, del número de émbolos y de la superficie y velocidad de éstos.

Los motores de pistones radiales son las siguientes:

Par generado 113 000 Nm (1 000 000 lb-pulgada) a presiones del orden de 344 bar (5 000 psi). Las velocidades abarcan desde 0.1 a 2 000 rpm, siendo la velocidad libre máxima de 4 000 rpm. (Sin carga y a la presión nominal).

La potencia puede variar entre 1.5 y 19 kW (de 2 a 25 CV).

Vida útil larga con una construcción robusta y precisa.

Ideal para altas cargas de arranque.

Funcionamiento suave con par y potencia en ambos sentidos de giro.

Trabajan en posición horizontal y bajo carga.

No deben operar a más del 75% de velocidad libre (sin carga y a presión nominal).

Pueden trabajar hasta temperaturas del orden de los 93°C (200° F).

El aire de alimentación debe disponer de filtro y lubricador y el motor de engrase.

En los motores reversibles se recomienda instalar una válvula de control de 4 vías y en los de un solo sentido basta una válvula de 1 vía.

3.2.- Motores de engranajes

Consisten en engranajes rectos o helicoidales donde el aire ejerce una presión sobre los flancos de los dientes de piñones engranados y crea pues un par de rotación en uno de los piñones acoplado al eje del motor. El sentido de rotación de estos motores, es reversible. Están

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