Tipos de Línea en Circuitos Neumáticos

La representación gráfica de la función del aire en un circuito neumático se realiza mediante diferentes tipos de línea:

• Línea continua: Indica alimentación o potencia.
• Línea de trazos: Representa líneas piloto auxiliares.

Motores Neumáticos: Funcionamiento y Características

Un motor neumático, también conocido como motor de aire comprimido, es un dispositivo que convierte la energía del aire comprimido en trabajo mecánico. Este trabajo se manifiesta principalmente en forma de movimiento rotativo, aunque también puede ser lineal.

Características Principales de los Motores Neumáticos

• Relación dimensión-peso/potencia: Superior a otros tipos de motores.
• Par motor: Aumenta proporcionalmente con la carga.
• Resistencia a sobrecargas: No sufren daños por bloqueo debido a sobrecargas; reanudan su funcionamiento normal al disminuir la carga.
• Arranque y paro: Capacidad ilimitada de arranques y paradas instantáneas, incluso a plena carga. Cambio de sentido de giro inmediato.
• Control de velocidad: Velocidad infinitamente variable.
• Regulación de par y potencia: Ajustables mediante la variación de la presión de trabajo.
• Seguridad en atmósferas explosivas: Adecuados para entornos con riesgo de explosión.
• Temperatura de operación: El aire expandido enfría el motor, permitiendo su uso en ambientes de alta temperatura (hasta 70°C).
• Mantenimiento: Mínimo, gracias a la necesidad de aire comprimido limpio y lubricado, lo que reduce el desgaste y prolonga la vida útil.
• Posición de trabajo: Funcionan en cualquier posición y en ambientes sucios sin sufrir daños.

Tipos de Motores Neumáticos

Motor de Paletas

Estos motores poseen un rotor montado excéntricamente dentro de un cilindro. El rotor cuenta con paletas longitudinales alojadas en ranuras. El par se genera cuando el aire a presión actúa sobre estas paletas. Generalmente, se utilizan entre 4 y 8 paletas, aunque 4 o 5 suelen ser suficientes. Un mayor número de paletas mejora la fiabilidad y el par de arranque, facilitando el control a bajas velocidades. Operan en un rango de 3.000 a 25.000 RPM en vacío.

Motor de Engranajes

Compuesto por dos engranajes: uno conectado al eje del motor y otro que transmite el movimiento. Aunque su rendimiento energético es menor (consume más energía de la que transmite), puede alcanzar hasta 60 CV de potencia. Destaca por su robustez, mínimo mantenimiento (dependiendo de la calidad del aire y la lubricación), ausencia de vibraciones, tamaño compacto y ligereza.

Motor de Pistones

Estos motores contienen de 4 a 6 cilindros. La potencia se genera por la presión del aire encerrada en cada cilindro. Operan a revoluciones más bajas que los motores de paletas, pero ofrecen un alto par de arranque y un buen control de velocidad. Son ideales para trabajos a baja velocidad con cargas elevadas, sin superar las 4.000 RPM en vacío. Los pistones pueden estar dispuestos axial o radialmente.

Cilindros Neumáticos de Doble Efecto

Estos cilindros aprovechan la energía neumática tanto para el avance como para el retroceso, realizando trabajo en ambos sentidos. Requieren estanqueidad en ambas cámaras.

Diferencias con los cilindros de simple efecto:

• Carecen de muelle de recuperación.
• La cámara del vástago necesita una toma de aire, al estar alimentada con presión.
• Requieren una junta de estanqueidad en la salida del vástago.

Amortiguación Neumática en Cilindros de Doble Efecto

El final del recorrido del vástago suele estar limitado por el tope físico del émbolo contra la culata. En situaciones de alta velocidad o con masas móviles importantes, estos impactos repetidos pueden deteriorar el equipo. Para mitigar este problema, se implementan sistemas de amortiguación.

Tipos de amortiguación:

• Amortiguación elástica: Un tope de goma en el extremo del vástago reduce el impacto.
• Amortiguación neumática regulable: Más efectiva. Utiliza el aire comprimido para absorber la energía del impacto, evitando el choque del vástago. Puede implementarse en uno o ambos lados del vástago. Un engrosamiento en el vástago interrumpe la salida central del aire, obligándolo a salir a través de un tornillo de regulación, creando un colchón de aire que amortigua el movimiento.

Otros Tipos de Cilindros Neumáticos

Cilindros de Doble Vástago

El vástago se extiende a ambos lados del émbolo, permitiendo que el cilindro trabaje en ambas direcciones. La fuerza es igual en ambos sentidos y ambas culatas son idénticas. Sus aplicaciones son específicas y su principal desventaja es el espacio que requieren (más del triple de su recorrido).

Cilindros de Giro

Proporcionan el giro de un eje, útil para transmitir movimientos de giro limitados (normalmente menores de 360°). Los sistemas que permiten el giro son:

• Sistema de piñón-cremallera: El movimiento lineal se transmite a una rueda dentada a través de una cremallera en el vástago. Comúnmente fabricados con giros de 90°, 180°, 270° y 360°.
• Sistemas para evitar el giro del vástago:
  • Camisa de sección ovalada.
  • Doble vástago superpuesto.
  • Émbolo de sección antigiro (hexagonal, ranurado, etc.).

Cilindros de Simple Efecto

Realizan trabajo en un solo sentido, ya sea durante el avance o el retroceso del vástago. El aire a presión impulsa el émbolo, que transmite el movimiento al vástago. La recuperación (movimiento en sentido contrario) se logra generalmente mediante un muelle interno.

Cilindros de Fuelle

Utilizados para transmitir grandes fuerzas en desplazamientos cortos. Pueden alcanzar fuerzas de hasta 100 toneladas con un solo cilindro, gracias a su gran superficie eficaz (más de 15.000 cm²). Están construidos con un cuerpo de goma con fuelles, limitado por tapas de acero, sin piezas mecánicas móviles. La ausencia de rozamiento aumenta su rendimiento y vida útil. Son resistentes al polvo y la suciedad.

Cilindros de Membrana

Poseen una membrana de gran superficie, capaz de transmitir una fuerza considerable incluso con baja presión (Fuerza = Presión x Área). Se utilizan comúnmente para controlar la apertura de válvulas de caudal, donde el desplazamiento depende de una presión de control baja.

Fuerzas en Cilindros Neumáticos

• Fuerza del aire (Fa): El aire comprimido ejerce presión sobre el émbolo. La fuerza resultante depende de esta presión y de la sección del émbolo (Fa = P x S = P x π x R² para cilindros redondos).
• Fuerza del muelle: Se opone al avance y se encarga de la recuperación en cilindros de simple efecto.
• Fuerza de rozamiento: El émbolo roza contra la pared interior del cilindro, oponiéndose al movimiento en ambas direcciones.

Cilindros Neumáticos Especiales (Doble Efecto)

Cilindros Tándem

Se utilizan cuando se requiere una fuerza mayor que la que puede proporcionar un cilindro convencional, pero un cilindro de mayor diámetro presenta problemas de espacio. Consisten en un cilindro con doble pistón, sumando la fuerza ejercida por el aire en cada uno. La fuerza transmitida es casi el doble de la de un cilindro estándar. La alimentación se conecta a dos cámaras para el avance y a otras dos para el retroceso (aunque se puede prescindir de una cámara si el esfuerzo en un sentido es menor).

Cilindros Multiposicionales

Permiten realizar paradas a lo largo del recorrido del cilindro. Están formados por dos cilindros unidos por la culata posterior. Eligiendo adecuadamente los recorridos, se pueden obtener cuatro posiciones exactas, controlando la retracción o extensión independiente de los vástagos. Su control es equivalente al de dos cilindros independientes.

Cilindros de Impacto

Alcanzan velocidades de desplazamiento muy elevadas (hasta 10 m/s), aprovechando la energía cinética para producir trabajo. Disponen de un depósito-reserva en la culata posterior.

Válvulas Neumáticas

Válvulas de Asiento

El paso del aire se abre o interrumpe mediante un elemento (esférico o plano) que actúa como tapón. Se mantienen abiertas o cerradas mediante resortes.

Válvulas de Corredera

La apertura y cierre de las vías se realiza mediante una corredera de émbolos (un eje con discos que dividen el interior de la válvula en compartimentos estancos).

Válvulas de Bloqueo

Permiten el paso del aire en un solo sentido o lo interrumpen completamente.

• Válvula antirretorno: Permite el paso del aire en una sola dirección.
• Válvula de cierre: Interrumpe totalmente el paso del aire en ambos sentidos. Se utiliza para aislar partes del circuito.

Válvulas de Control de Caudal

Actúan sobre la cantidad de fluido que circula por la tubería, influyendo en la velocidad del fluido y de los elementos de trabajo.

• Válvula de estrangulación (bidireccional): Reduce el caudal mediante un estrechamiento en la conducción. Puede ser constante o variable (regulación manual).
• Válvula de escape rápido: Reduce el tiempo de evacuación del aire, aumentando la velocidad. Se utiliza en cilindros para acelerar el retroceso del émbolo. La sección de escape suele ser tres veces mayor que la de entrada. Se recomienda el uso de silenciadores debido al ruido.

Válvulas de Control de Presión

• Válvula limitadora de presión: Impide que la presión supere un valor determinado. Se utiliza como válvula de seguridad.
• Válvula reguladora de presión (reductora): Mantiene constante la presión de salida, incluso con fluctuaciones en la red. La limitadora no regula por debajo de la presión límite, mientras que la reguladora sí.

Válvulas Lógicas

• Válvula selectora (función O): Posee dos entradas (X e Y) y una salida (A). Permite el paso del aire si hay señal en cualquiera de las entradas. Útil para accionar un elemento desde dos puntos distintos.
• Válvula de simultaneidad (función Y): Un cursor interno con dos discos de obturación se desplaza. La salida A solo tiene señal si ambas entradas están activadas, equilibrando el cursor en posición central.