Motores Neumáticos y Cilindros: Tipos y Funcionamiento

Motores Neumáticos

Un motor neumático, o motor de aire comprimido, es un tipo de motor que realiza un trabajo mecánico por expansión de aire comprimido. Los motores neumáticos generalmente convierten el aire comprimido en trabajo mecánico a través de un movimiento lineal o, principalmente, rotativo.

En este último caso, el gas entra en una cámara del motor sellada y, al expandirse, ejerce presión contra las palas de un rotor.

Este tipo de motores son una alternativa a los motores eléctricos cuando estos no son recomendados o posibles, como por ejemplo, en algunos entornos de la minería, industriales, etc.

Tipos de Motores Neumáticos

Motor de Paletas

• Estos motores tienen un rotor montado excéntricamente en un cilindro, con paletas longitudinales alojadas en ranuras a lo largo del rotor.
• El par se origina cuando el aire a presión actúa sobre las paletas.
• El número de paletas suele ser de 4 a 8, si bien cuatro o cinco paletas son suficientes para la mayoría de las aplicaciones.
• Se utilizan mayor número de paletas cuando se necesita mejorar la fiabilidad de la máquina y su par de arranque. Facilita el control cuando debe trabajar a bajas velocidades.
• Los motores de paletas giran desde 3.000 a 25.000 R.P.M. en vacío.

Motor de Engranajes

• Este motor está compuesto de dos engranajes, uno de ellos está conectado con el eje del motor, y el otro, transmite movimiento al otro engranaje.
• Este tipo de motor es de bajo rendimiento, porque consume más energía que la que transmite. Pero, es capaz de dar 60 cv de potencia.
• Es robusto y prácticamente no requiere mantenimiento (calidad del aire y lubricación).
• Prácticamente sin vibraciones, compacto y ligero.

Motor de Pistones

• Los motores neumáticos de pistones tienen de 4 a 6 cilindros.
• La potencia se desarrolla bajo la influencia de la presión encerrada en cada cilindro.
• Trabajan a revoluciones más bajas que los motores de paletas.
• Tienen un par de arranque elevado y buen control de su velocidad.
• Se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas, no superando 4.000 r.p.m en vacío.
• Pueden tener los pistones colocados axial o radialmente.

Cilindros Neumáticos

Los cilindros neumáticos transforman la energía neumática en energía mecánica, que se traduce en un movimiento lineal. Pueden ser de simple efecto o de doble efecto.

Cilindros de Simple Efecto

Son los que realizan trabajo en un solo sentido, bien sea durante el avance o durante el retroceso del vástago.

Un cilindro de simple efecto está formado por un recipiente estanco en el que se introduce aire a presión, que provoca el desplazamiento de la pieza encargada de transmitir el movimiento (émbolo).

Este recipiente está formado por un tubo cilíndrico denominado camisa, cerrado por dos tapas o culatas, una de las cuales presenta un orificio por el que sale el vástago (pieza móvil). Por el interior se desplaza el émbolo que, impulsado por el aire, transmite el movimiento al vástago, al cual está unido.

La recuperación (el movimiento en sentido contrario) se realiza normalmente gracias a un muelle alojado en la zona del cilindro opuesta a la de entrada de aire.

Cilindros de Fuelle

Se utilizan para transmitir grandes fuerzas en cortos desplazamientos. Con una superficie eficaz que puede superar los 15.000 cm², es posible conseguir fuerzas de 100 toneladas con un solo cilindro.

Están constituidos por un cuerpo de goma con uno o varios fuelles, limitado por tapas de acero y sin piezas mecánicas móviles. Al no tener piezas mecánicas móviles, carecen de rozamiento, lo que aumenta su rendimiento y alarga su vida útil. Son insensibles al polvo y a la suciedad.

Cilindros de Membrana

La membrana de la que disponen estos cilindros tiene una gran superficie, por lo que es capaz de transmitir una gran fuerza aun con una presión muy pequeña (F = P × A). Son cilindros dispuestos para controlar la apertura de válvulas de caudal, el desplazamiento se efectúa en función de la presión de alimentación (presión de control), que es muy pequeña.

Cilindros de Doble Efecto

Son aquellos que aprovechan la energía neumática tanto para el avance como para el retroceso; es decir, realizan trabajo en ambos sentidos, por lo que se precisa estanqueidad en las dos cámaras.

Se diferencian de los de simple efecto en lo siguiente:

• Carecen de muelle de recuperación.
• La cámara del vástago, debido a que está alimentada con presión, necesita una toma de aire, que sustituye a la conexión atmosférica de los cilindros de simple efecto.
• También precisa una junta de estanqueidad en la salida del vástago.

Cilindros de Doble Efecto con Amortiguación Neumática

La parada al final del recorrido del vástago se realiza por el tope físico del émbolo con la culata correspondiente. Si la masa del móvil es importante o la velocidad elevada, estos impactos continuos provocan el deterioro del equipo.

Este problema crea la necesidad de dotar al cilindro de un sistema de amortiguación que alargue su vida útil.

Una solución fácil es recurrir a la amortiguación elástica, que consiste en recubrir el extremo libre del vástago con un tope de goma que reducirá los efectos de estos choques.

Más efectiva es la amortiguación neumática regulable. Este sistema utiliza la masa del aire comprimido para reducir y absorber la energía del impacto, impidiendo que el vástago choque contra las paredes del cilindro. Esta amortiguación puede ir tanto en un lado del vástago, como en ambos.

El vástago se hace más grueso en la zona de unión con el émbolo, que se prolonga a la otra parte de éste en igual longitud.

Cuando el cilindro se desplaza, el aire que sale lo hace libremente hasta que este aumento de grosor interrumpe la salida central de que disponía.

A partir de este punto, sólo puede salir a través del paso que le permita un tornillo de regulación, colocado para que realice esta función.

Se obtiene un colchón de aire que actúa de amortiguador y permite la detención suave y sin impacto.

Cilindros de Doble Vástago

El vástago se encuentra a ambos lados del émbolo, de modo que el cilindro puede realizar su trabajo a ambos lados.

En estos cilindros la fuerza es igual en los dos sentidos y ambas culatas son idénticas.

Sus aplicaciones son limitadas y su mayor inconveniente es el espacio que precisan, que es superior al triple de su recorrido (el cuerpo más el recorrido de los dos vástagos).

Cilindros de Giro

Proporcionan el giro de un eje que podemos aprovechar para la transmisión de movimientos de giro limitados y normalmente menores de 360º. Los sistemas que permiten el giro del cilindro son dos:

• Sistema de Piñón-Cremallera: El movimiento de vaivén rectilíneo se transmite a una rueda dentada a través de una cremallera situada en el vástago del émbolo. Normalmente se fabrican con giros de 90º, 180º, 270º y 360º.
• Sistema de Compuerta: El émbolo es, en este caso, una compuerta que gira alrededor del vástago, transmitiendo el giro a través de éste. En estos cilindros, el giro no suele superar los 310º.