Motores neumáticos de paletas

Un motor neumático de paletas es un dispositivo accionado por aire que convierte la energía del aire comprimido en movimiento mecánico rotativo. Estos motores se utilizan habitualmente en diversas aplicaciones industriales, sobre todo cuando se requiere un control preciso y una velocidad variable. También se denominan motores de paletas neumáticas. Este artículo analiza el diseño, el principio de funcionamiento y los distintos tipos de motores neumáticos de paletas.

Índice de contenidos

• Diseño y principio de funcionamiento del motor de paletas
• Tipos de motores de paletas
• Ventajas
• Desventaja
• Aplicaciones de motores de paletas
• Preguntas frecuentes

Diseño y principio de funcionamiento del motor de paletas

Diseño

La figura 2 muestra la construcción básica de un motor neumático de paletas.

• Carcasa: La carcasa funciona como alojamiento externo del motor de paletas, englobando todos los demás componentes. El maletín tiene dos puertos:
• Puerto de salida (A): El aire comprimido sale del motor por el orificio de salida.
• Puerto de entrada (B): El aire comprimido entra en el motor a través del orificio de entrada.
• Rotor (C): El rotor del motor de paletas está equipado con ranuras espaciadas uniformemente alrededor de su circunferencia. El rotor gira excéntricamente dentro de un cilindro, creando cámaras en forma de media luna que se llenan y vacían con aire comprimido para producir par motor.
• Vanes (D): Las paletas están dentro de las ranuras del rotor. Se mueven libremente dentro de las ranuras del rotor y tienen forma rectangular. Se conectan al rotor mediante un muelle.
• Estator (E): El estator es un cilindro exterior fijo que contiene el rotor giratorio y los álabes.

Principio de trabajo

Un motor neumático de paletas consta de un rotor con paletas que se deslizan dentro y fuera de unas ranuras. El aire comprimido entra en la cámara, lo que fuerza las paletas contra la pared del cilindro. Esto crea un diferencial de presión entre los dos lados de la paleta, lo que hace girar el rotor. Al girar el rotor, las paletas se deslizan dentro y fuera de las ranuras, creando nuevas cámaras y sellando las antiguas. El proceso continúa hasta que se agota el aire comprimido.

A continuación se explica paso a paso el principio de funcionamiento de un motor de paletas neumáticas:

1. El aire comprimido entra en el motor a través de un orificio de entrada.
2. El aire comprimido fluye hacia el interior de la cámara y fuerza las paletas accionadas por resorte contra la pared del cilindro.
3. La diferencia de presión entre las dos caras de la aleta hace girar el rotor.
4. Al girar el rotor, las paletas se deslizan por la pared interior de la cámara, manteniendo la estanqueidad.
5. Cuando los álabes alcanzan el orificio de salida, la fuerza del muelle los empuja hacia dentro.
6. A continuación, el aire comprimido sale del motor y el ciclo se repite.

La fuerza del muelle es mayor que la fuerza centrífuga a bajas velocidades, lo que significa que las paletas se verán forzadas contra la pared del cilindro incluso antes de que gire el rotor. A medida que aumenta la velocidad del motor, la fuerza centrífuga adquiere mayor importancia. Finalmente, la fuerza centrífuga vencerá a la fuerza del muelle y las paletas se deslizarán por la pared interior de la cámara. Sin embargo, la fuerza del muelle sigue siendo importante a altas velocidades. Ayuda a mantener los álabes en contacto con la pared del cilindro y evita que salgan despedidos del motor.

La presión y el caudal del aire comprimido controlan la velocidad de un motor de paletas neumáticas. Cuanto mayor sea la presión y el caudal, más rápido girará el motor. Los motores de paletas suelen ser más eficientes a velocidades más altas y pares más bajos. El rendimiento del motor de paletas disminuye a medida que disminuye la velocidad y aumenta el par. Esto se debe al aumento de la fricción interna y a las fugas de aire.

Tipos de motores de paletas

El tipo de motor de paletas para una aplicación concreta dependerá de los requisitos específicos de la aplicación, como la velocidad, el par, el nivel de ruido y el presupuesto requeridos. Se clasifican principalmente en función de los siguientes parámetros:

• Desplazamiento del motor
• Rotación del motor unidireccional o bidireccional

Desplazamiento del motor

Los motores neumáticos de paletas se clasifican en motores de paletas desequilibrados, equilibrados y de cilindrada variable en función de la cilindrada del motor.

Motor de paletas desequilibrado

El motor de paletas neumáticas comentado en el apartado anterior está desequilibrado. Tienen el rotor montado excéntricamente en la carcasa. Esto crea una diferencia de presión entre los dos lados de la aleta, lo que hace que el rotor gire. Los motores de paletas no equilibrados son sencillos y económicos, pero pueden ser ruidosos, menos eficientes y tener una vida útil más corta. Los motores de paletas no equilibrados, como los de los cortacéspedes y sopladores de hojas, suelen utilizarse en aplicaciones en las que el bajo coste y el alto rendimiento no son fundamentales.

Motor de paletas equilibrado

Los motores de paletas equilibradas tienen el rotor montado concéntricamente en la carcasa. Esto elimina la diferencia de presión entre los dos lados de la aleta, lo que reduce el ruido y las vibraciones y aumenta la eficacia y la vida útil.

Los motores de paletas equilibradas suelen utilizarse en aplicaciones en las que son importantes un bajo nivel de ruido y vibraciones, un alto rendimiento y una larga vida útil, como en equipos de automatización industrial y aplicaciones aeroespaciales.

Motor de paletas de cilindrada variable

Los motores de paletas de cilindrada variable permiten ajustar la velocidad de salida y el par variando el tamaño de las cámaras de trabajo del motor. Esto se consigue normalmente cambiando la posición de los álabes. Su fabricación es más compleja y costosa que la de los motores de paletas desequilibradas o equilibradas, pero ofrecen varias ventajas:

• Controla la velocidad y el par del motor sin modificar la presión ni el caudal del aire comprimido.
• Funciona a una velocidad o par constante aunque cambie la carga/velocidad del motor.

Los motores de paletas de cilindrada variable suelen utilizarse en aplicaciones que requieren un control preciso de la velocidad y el par, como los equipos de automatización industrial y la robótica.

Dirección del motor

Los motores de paletas neumáticas pueden ser reversibles o no reversibles. Los motores reversibles pueden girar en ambos sentidos, mientras que los no reversibles sólo pueden hacerlo en un sentido.

• Los motores de paletas no reversibles tienen una configuración fija de puertos de entrada y salida de aire, lo que significa que el motor sólo puede girar en una dirección.
• Los motores de paletas reversibles emplean un mecanismo de válvula que puede cambiar los papeles de los puertos de entrada y salida. Cuando se conmuta la válvula, el aire a presión entra por el puerto opuesto, haciendo que las paletas se muevan en sentido contrario, invirtiendo así la rotación del motor. Además del mecanismo de válvula, los motores de paletas reversibles pueden tener diferentes diseños de paletas o la geometría interna de la carcasa del motor para acomodar el flujo de aire bidireccional y garantizar un funcionamiento eficiente en ambas direcciones de rotación.

Ventajas

Los motores neumáticos de paletas se valoran por su sencillez, fiabilidad y capacidad para funcionar en entornos peligrosos.

• Rendimiento a prueba de explosiones: Un motor neumático de paletas está diseñado para funcionar con seguridad en entornos potencialmente explosivos, ya que su medio de trabajo (aire comprimido) y su diseño estructural eliminan el riesgo de generación de chispas.
• Versátil: El aparato puede utilizarse en entornos polvorientos y extremadamente húmedos.
• Funcionamiento prolongado: El motor puede funcionar a pleno rendimiento durante periodos prolongados sin experimentar aumentos significativos de temperatura e incluye protección contra sobrecargas.
• Alto par de arranque: Tiene un elevado par de arranque, lo que le permite arrancar bajo carga. Esto se debe a que los álabes están cargados por resorte y se mantienen contra la pared del cilindro por la fuerza centrífuga. La presión del muelle sobre las paletas proporciona un elevado par inicial, que permite al motor arrancar bajo carga.
• Compacto y ligero: En comparación con los motores convencionales, un motor de paletas tiene una potencia unitaria pequeña y es ligero, lo que lo hace adecuado para su instalación en espacios reducidos y su uso con herramientas manuales.

Desventajas

• Los motores neumáticos consumen aire comprimido relativamente caro, por lo que el coste de su funcionamiento podría ser mayor que el de los motores eléctricos.
• Una bomba de paletas puede no ser adecuada para fluidos muy viscosos. Sin embargo, gestiona eficazmente fluidos de viscosidad moderada y destaca en el manejo de sustancias de baja viscosidad como el gas L.P., el amoníaco, los disolventes y el alcohol.
• Dado que los álabes se deslizan libremente por las ranuras, es posible que se produzcan fugas de aire.

Aplicaciones de motores de paletas

• Automóvil: Se utiliza para tareas como apretar pernos o tornillos, garantizando que se aplica la fuerza correcta.
• Construcción: Acciona herramientas manuales como taladros y martillos neumáticos, proporcionando portabilidad y potencia.
• Comida y bebida: Se utiliza en equipos de mezcla y combinación, permitiendo el control de la velocidad para diferentes requisitos.
• Limpieza industrial: Acciona equipos de limpieza pesados, como aspiradoras industriales.

Glosario de neumática

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los distintos tipos de motores neumáticos de paletas múltiples?

Los motores neumáticos de paletas múltiples pueden ser equilibrados, desequilibrados o variables en función de cómo se monte el rotor con respecto a la carcasa.

¿Cuáles son los distintos factores que afectan a la eficiencia de los motores de paletas?

La eficiencia de un motor de paletas puede verse afectada por factores como la fricción mecánica, la viscosidad del fluido, la caída de presión en el sistema y el diseño y la calidad de fabricación de los componentes del motor.

¿Se puede utilizar una bomba rotativa de paletas como motor?

Sí, una bomba rotativa de paletas puede utilizarse como motor invirtiendo la dirección del flujo de fluido, haciendo girar el rotor y generando energía mecánica.