Cuando el émbolo abandona la zona de amortiguación, el aire entra por una válvula antirretorno y
de estrangulación y produce una reducción de la velocidad.
La velocidad media del émbolo, en cilindros estándar, está comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. Con
cilindros especiales (cilindros de impacto) se alcanzan velocidades de hasta 10 m/s.
La velocidad del émbolo puede regularse con válvulas especiales. Las válvulas de estrangulación,
antirretorno y de estrangulación, y las de escape rápido proporcionan velocidades mayores o
menores (véase el diagrama en la figura 71).
Consumo de aire
Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la
instalación.
Para una presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinados, el consumo de
aire se calcula como sigue:
Con ayuda de la tabla de la figura 72, se pueden establecer los datos del consumo de aire de una
manera más sencilla y rápida. Los valores están. expresados por cm de carrera para los diámetros
más corrientes de cilindros y para presiones de 200 a 1.500 kPa (2?15 bar).
El consumo se expresa en los cálculos en litros (aire aspirado) por minuto.
Fórmulas para calcular el consumo de aire
Cilindro de simple efecto
Ejemplo: Calcular el consumo de aire de un cilindro de doble efecto de 50 mm de diámetro
(diámetro del vástago: 12 mm) y 100 mm de longitud de carrera,
El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presión de trabajo es de 600 KPa (6 bar)
La fórmula para calcular el consumo de aire conforme al diagrama de la figura 72 es la siguiente:
Cilindro de simple efecto
En caso de emplear el diagrama de consumo de aire de la figura 72, para nuestro ejemplo se
obtiene la fórmula siguiente
En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras
secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto están reunidos para cilindros
Festo en la tabla de la figura 73.
Elementos neumáticos con movimiento giratorio
Estos elementos transforman la energía neumática en un movimiento de giro mecánico. Son
motores de aire comprimido.
Motor de aire comprimido
Su ángulo de giro no está limitado y hoy es uno de los elementos de trabajo más empleados que
trabajan con aire comprimido.
Motores de émbolo
Este tipo se subdivide además en motores de émbolo axial y de émbolo radial. Por medio de
cilindros de movimiento alternativo, el aire comprimido acciona, a través de una biela, el cigüeñal
del motor. Se necesitan varios cilindros al objeto de asegurar un funcionamiento libre de sacudidas.
La potencia de los motores depende de la presión de entrada, del número de émbolos y de la
superficie y velocidad de éstos.
El funcionamiento del motor de émbolos axiales es idéntico al de émbolos radiales. En cinco
cilindros dispuestos axialmente, la fuerza se transforma por medio de un plato oscilante en un
movimiento rotativo. Dos cilindros reciben cada vez aire comprimido simultáneamente al objeto de
equilibrar el par y obtener un funcionamiento tranquilo.
Estos motores de aire comprimido se ofrecen para giro a derechas y giro a izquierdas.
La velocidad máxima es de unas 5000 min , y la potencia a presión normal, varía entre 1,5 y 19 kW
(2-25 CV).
Motores de aletas
Por su construcción sencilla y peso reducido, los motores de aire comprimido generalmente se
fabrican como máquinas de rotación. Constituyen entonces, en su principio, la inversión del
compresor multicelular (compresor rotativo).
Un rotor excéntrico dotado de ranuras gira en una cámara cilíndrica. En las ranuras se deslizan
aletas, que son empujadas contra la pared interior del cilindro por el efecto de la fuerza centrífuga,
garantizando así la estanqueidad de las diversas cámaras. Bastan pequeñas cantidades de aire
para empujar las aletas contra la pared interior del cilindro, en parte antes de poner en marcha el
motor.
En otros tipos de motores, las aletas son empujadas por la fuerza de resortes. Por regla general
estos motores tienen de 3 a 10 aletas, que forman las cámaras en el interior del motor. En dichas
cámaras puede actuar el aire en función de la superficie de ataque de las aletas. El aire entra en la
cámara más pequeña y se dilata a medida que el volumen de la cámara aumenta,
La velocidad del motor varia entre 3.000 y 8.500 rpm . También de este motor hay unidades de giro
a derechas y de giro a izquierdas, así como de potencias conmutables de 0,1 a 17 kW (0,1 a 24
CV).
Motor de aletas.
Motor de engranajes
En este tipo de motor, el par de rotación es engendrado por la presión que ejerce el aire sobre los
flancos de los dientes de piñones engranados. Uno de los piñones es solidario con el eje del motor.
Estos motores de engranaje sirven de máquinas propulsoras de gran potencia 44 kW (60 CV).
El sentido de rotación de estos motores, equipados con dentado recto o helicoidal, es reversible.
Turbomotores
Pueden utilizarse únicamente para potencias pequeñas, pero su velocidad es muy alta (tornos
neumáticos del dentista de hasta 500.000 rpm ) . Su principio de funcionamiento es inverso al de
los turbocompresores.
Características de los motores de aire comprimido
- 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
Componentes
Unidad de avance autónoma
Esta unidad (cilindro y válvula de mando) se llama también cilindro de accionamiento autónomo .
Un cilindro neumático retrocede automáticamente al llegar a la posición final de carrera. Este
movimiento de vaivén se mantiene hasta que se corta el aire de alimentación. Este diseño permite
emplear estos elementos en máquinas o instalaciones que trabajan en marcha continua. Ejemplos
de aplicación son la alimentación y expulsión de piezas de trabajo, y el avance rítmico de cintas de
montaje.
Esta unidad puede ser conmutada directa o indirectamente. Conviene emplearla para velocidades
de émbolo que oscilen entre 3 rn/min y 60 m/min. Gracias a su construcción compacta, existe la
posibilidad de montarla en condiciones desfavorables de espacio.
La longitud de desplazamiento y la posición de los finales de carrera pueden ajustarse sin
escalones. La velocidad de avance y de retorno se pueden regular cada una por separado
mediante sendos reguladores de caudal. Los silenciadores incorporados directamente reducen los
ruidos del escape de aire.
Sistemas neumático-hidráulicos
Los accionamientos neumáticos para herramientas se aplican cuando se exige un movimiento
rápido y la fuerza no sobrepasa 30.000 N (3.000 kp). Para esfuerzos superiores a los 30.000 N, no
conviene aplicar cilindros neumáticos.
El accionamiento neumático sufre otra limitación cuando se trata de movimientos lentos y
constantes. En tal caso no puede emplearse un accionamiento puramente neumático. La
compresibilidad del aire, que muchas veces es una ventaja, resulta ser en este caso una
desventaja,
Para trabajos lentos y constantes se busca la ayuda de la hidráulica y se reúnen las ventajas de
ésta con las de la neumática:
Elementos simples de mando neumático, velocidades regulables y en algunos casos fuerzas
grandes con cilindros de pequeño diámetro. El mando se efectúa a través del cilindro neumático.
La regulación de la velocidad de trabajo se realiza por medio de un cilindro hidráulico.
Este sistema se emplea con gran frecuencia en procedimientos de trabajo con arranque de virutas,
como en el taladrado, fresado y torneado, así como en dispositivos de amplificación de la presión,
prensas y dispositivos de sujeción.
Convertidores de presión
Este es un elemento que trabaja con aceite y aire comprimido. Aplicando aire comprimido
directamente en un depósito sobre el nivel de aceite se impulsa éste.
El aceite entra entonces, por una válvula antirretorno y de estrangulación regulable en el cilindro de
trabajo. El vástago sale a una velocidad uniforme y regresa al aplicar aire comprimido al lado M
émbolo que va al vástago. El depósito de aceite se purga de aire y el aceite puede regresar con
rapidez. En la conversión de los medios de presión, la presión se mantiene constante.
Multiplicador de presión
El multiplicador está compuesto de dos cámaras de superficies de distinto tamaño. El aire re
comprimido llega por el racor 1 al interior del cilindro neumático, empuja el émbolo hacia abajo y
hace pasar el aceite a la segunda cámara. Por el racor 2, el aceite llega hasta una válvula
antirretorno y de estrangulación regulable, y de ésta hasta el elemento de trabajo.
Por la diferencia de superficies de los dos émbolos se produce un aumento de la presión
hidráulica. Son relaciones de multiplicación normales: 4 :1, 8 :1, 16 :1, 32 : 1.
La presión neumática aplicada debe ser de 1.000 kPa (10 bar), como máximo.
La presión hidráulica varía según la multiplicación; por eso, al objeto de obtener una fuerza
determinada se puede emplear un cilindro pequeño.
Las fugas de aceite, frecuentes en los sistemas hidráulicos, pueden exigir que se realice un
mantenimiento regular, p. ej., rellenado de aceite y purga de aire.
Además, por el volumen de aceite existente en los elementos, no es posible emplear éstos en
instalaciones de diversa estructuración. Para cada mando y para cada accionamiento de cilindro
hay que calcular el volumen de aceite necesario y elegir correspondientemente el elemento.
Multiplicador de presión
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