Instituto Institut o Tecn Tecnologi ologico co de Tuxtla Gutiérrez Gutiérrez
Aut Au t omati om atizaci zación ón i ndus nd ustr trii al Ingeniería mecánica Unidad: 2
Tema Tema de la unidad: uni dad: Actuadores
Alum Al umno no:: Serrano Lázaro Fabián Alejandro
No. De control: 13270083
Semestre: 7°
Catedrático: Ing. Mario Toledo Martínez
Trabajo Trabajo de investigación : 1.-Conceptos generales, criterios de selección para motores neumáticos. 1.1.-Ecuaciones que rigen para el cálculo del consumo de aire comprimido, par torsor y la potencia que desarrolla un motor neumático. 1.2.-Resolver dos ejercicios manuscritos en donde intervenga el cálculo del consumo de aire comprimido y la potencia desarrollada de un motor neumático.
Tuxtla Tuxtl a Gutiérrez, Chiapas; Chiapas; 26 de Abril de 2016 2016
1
Introducción Para el ser humano con la modernización de las industrias ha f acilitado la realización de las diferentes actividades que este mismo desarrolla para sus d iferentes usos y ámbitos en los que se pueda aplicar, la utilización de los motores hidráulicos hoy en día están en los diferentes campos pero donde tiene un plus muy importante es en las industrias. Por lo que la neumática se encarga de estudiar los gases en especial para la utilización de los gases comprimidos, por lo que se llega a utilizar ya sea en los sistemas de control y actuación, elaboración de circuitos cerrados y por ello conocemos más que nada que los elementos finales(elementos de trabajo) que son los actuadores y su principal desempeño es realizar la trasformación de la energía, que provienen de la energía neumática de los circuitos o sistemas en energía mecánica útil para los diferentes casos en los que se requiera utilizar esa potencia o trabajo del actuador final.
2
Índice Pág. 1 1.1 1.2 1.3 1.4
Introducción ……………………………………………………………………………… . Conceptos generales, criterios de selección para motores neumáticos, clasificación ………………………………………………………………………………. Ecuaciones que rigen para el cálculo del consumo de aire comprimido, par torsor y la potencia que desarrolla un motor neumático …………………………………….. Resolver dos ejercicios manuscritos en donde intervenga el cálculo del consumo de aire comprimido y la potencia desarrollada de un motor neumático ……………. Conclusión ………………………………………………………………………………... Fuentes de información…………………………………………………………………..
3
2 4 9 11 12 12
1. Conceptos generales, criterios neumáticos, clasificación
de selección
para motores
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 Algunas de las características principales de este tipo de motores son:
Diseño compacto y ligero: Un motor neumático pesa menos que un motor eléctrico de la misma potencia y tiene un volumen más pequeño.
Potencia: Los motores neumáticos desarrollan más potencia con relación a su tamaño que la mayoría de los otros tipos
de motores.
Par: El par del motor neumático aumenta con la carga.
Soportan sobrecargas: Los motores neumáticos
no se dañan cuando se bloquean por
sobrecargas y no importa el tiempo que estén bloqueados. Cuando la carga baja a su valor normal, el motor vuelve a funcionar correctamente.
Capacidad de arranque y paro de forma ilimitada: Los motores neumáticos,
se pueden
arrancar y parar de forma ilimitada. El arranque, el paro y el cambio de sentido de giro son instantáneos, incluso cuando el motor esté trabajando a plena carga.
Control de velocidad infinitamente variable: Simplemente con una válvula montada a la entrada del motor.
Libre de explosiones: Como no hay ninguna parte eléctrica en el motor, la posibilidad de que se produzca una explosión en presencia de gases inflamables es reducida.
Cuando el motor gira, el aire expandido enfría el motor: Por esto, los motores pueden usarse en ambientes con temperaturas altas (70 grados centígrados).
Mantenimiento mínimo: El aire comprimido debe estar limpio y bien lubricado, lo que reduce desgastes en el motor y elimina tiempos de parada al alargar la vida del motor.
4
Los motores neumáticos pueden trabajar en cualquier posición.
Pueden trabajar en ambientes sucios, sin que se dañe el motor.
No pueden quemarse
No se calientan cuando se sobrecargan, aun estando bloqueados durante un largo tiempo.
Las líneas neumáticas de suministro de aire son más baratas que las hidráulicas y
su
mantenimiento también. Las presiones son mucho más bajas.
Las conexiones y los empalmes de las tuberías neumáticas son limpias. Pequeños escapes de aceite en las líneas hidráulicas pueden causar caídas, incendios, atacar a partes pintadas o contaminar producto.
Clasificación La mayoría de los motores neumáticos son de dos tipos: de paletas y de pistones. Hay también de engranajes. Motor Neumático de paletas Motor Neumático de pistones
Radiales
Axiales
Motores de engranaje
Motor Neumático 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 . Normalmente 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. Los motores de paletas giran desde 3000 a 25000 R.P.M. En vacio.
Figura 1.Motores de paletas
Figura 2. Representación de sentido del giro del motor
5
Como norma general, los motores deben trabajar con una precarga para evitar que giren a velocidades altas. Al girar en vacío el motor, el número de veces que las paletas rozan sobre el cilindro es casi doble que en carga. Esto supone un desgaste innecesario de las paletas y de la pared del cilindro sobre la que deslizan. La vida de las paletas se prolongará a varios cientos de horas trabajando el motor a velocidades moderadas y metiendo aire al motor debidamente limpio y lubricado con aceite en suspensión. Los motores de paletas giran a velocidades más altas y desarrollan más potencia en relación con su peso que los motores de pistones, sin embargo tienen un par de arranque menos efectivo. Los motores de paletas son más ligeros y más baratos que los motores de pistones de potencia similar.
Motor Neumático 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 trabajos a
de arranque elevado y buen control de su velocidad. Se emplean para
baja velocidad con grandes cargas. Pueden tener los pistones colocados axial o
radialmente. Los motores de pistones pueden ser de cuatro, cinco o seis cilindros. El trabajo lo produce el aire comprimido sobre los pistones alojados en cada cilindro. Estos motores desarrollan un par de arranque mejor. Tienen mejores propiedades a bajas revoluciones que los motores de paletas. Los motores de pistones son unidades de trabajo de baja velocidad, no superando, generalmente las 4.000 r. p.m., libres Pueden soportar grandes cargas a todas velocidades. Están especialmente indicados para aplicaciones a bajas revoluciones con un par de arranque elevado.
Figura 3. Motor neumático de pis tones
Radiales: La construcción robusta de estos motores radiales los hace ideales para una operación continua. Los motores
de pistones radiales pueden entregar un alto par torsor y potencia a
velocidades relativamente bajas. Al igual que el motor de pistones axiales; el motor de pistones radiales proporciona un excelente control de la velocidad del mismo. Ambos motores son ideales
6
para aplicaciones
en
las
que
los
motores deben arrancar con una carga. Debido a estas
características, los motores de pistones radiales se u tilizan para la conducción de los transportadores, tambores rotativos grandes y para la rotación de las bombas de desplazamiento positivo.
Figura 4. Motores de pit ones radiales
Axial es: Este tipo de motores es compacto para la potencia y la alta cupla que son capases de entregar. Es una ventaja inherente a su diseño, la capacidad de manejar con precisión la velocidad de rotación del motor. Estos motores son especialmente convenientes para usos que implican cargas pesadas en arranque. La superposición de los impulsos de potencia en motores neumáticos
de
pistones axiales. Estos motores deben ser operados bajo carga y en posición horizontal. Estos motores son ideales para operaciones que impliquen arranque y paradas frecuentes. No es recomendable operarlos al 75% de la velocidad máxima en vacío.
Figura 5. Motor d e pistones axial
Motores de engranaje En este tipo de motores, el par de rotación es engendrado por la presión que ejerce el aire sobre los flancos de los dientes de los 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. El 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.
Figura 6. Motor neumático de engranaje
7
Operación Para Cada Tipo de Motores Para asegurar condiciones de trabajo óptimas para los motores neumáticos, vea el manual de su equipo para especificaciones particulares. Pero a grandes rasgos, como en cualquier componente neumático se recomienda aire seco, filtrado y lubricado. Un filtro de 50 micrones o mejor es recomendado. Si la línea de aire tuviera restricciones de caudal o fluctuaciones en la presión de entrada del motor se traducirá en perd ida de rendimiento. Por lo tanto, es importante asegurarse que la presión deseada de aire, este disponible en el motor durante toda la operación. La pérdida de rendimiento también puede ocurrir por una contrapresión en el lado de salida del motor. Un tamaño insuficiente de silenciador, válvula o conexión, suele ser la causa.
Criterio de Selección de Motores En lo que respecta a la selección de los motores hay unas reglas básicas de aproximación en la selección de un motor neumático. Siempre deben respetarse los parámetros especificados por el fabricante, así como prestar atención a las curvas de prestaciones publicadas por los mismos. Desconfié de equipos de los cuales los fabricantes no suministran las curvas de rendimiento y de operación.
Primero se debe elegir el tamaño de motor que produzca el par de arranque y la potencia requerida utilizando alrededor de dos tercios de la presión de line disponible como por ejemplo; si tiene una presión de línea de 6 bar debe usar cuatro para el cálculo.
Figura 6. Cupla-Velocidad La segunda regla general de un motor neumático, se refiere al arranque. Cuando los motores no necesitan arrancar con carga (como unidades de un ventilador), la selección puede hacerse utilizando un gráfico cupla7velocidad, un ejemplo seria de un motor GLOBE serie V2 a 8º psi (5.6 bar) de un par de salida de 19 in-lbf (2.2 Nm) a 2000 rpm.
Figura 7. Potencia veloci dad
8
La regulación de aire consumido por un motor V2 trabajando a 2000 rpm con una presión d e entrada de 2000 rpm es de 40 ft^3 de aire según vemos en la siguiente gráfica.
Figura 8. Comsumo aire-Velocidad
1.1
Ecuaciones que rigen para el cálculo del consumo de aire comprimido, par torsor y la potencia que desarrolla un motor neumático. Ec. 3
Ec. 1
Ec. 2
Ec. 3
Ec. 4
Ecuaciones de po tencia, gasto y p ar torsor motor de paletas. Ec. 5
Ec. 6
9
Ecuaciones de po tencia, gasto y par torsor motor de engranajes
Ec. 7
Ec. 8
Ecuaciones de potencia, gasto y par torsor motor d e pistones.
Ec. 9
Ec. 10
Ec. 11
10
1.2
Resolver dos ejercicios manuscritos en donde intervenga el cálculo del consumo de aire comprimido y la potencia desarrollada de un motor neumático. Ejercicio 1
11
Ejercici o 2
1.3
Conclusion
Con la implementación de los actuadores como elementos finales o elementos de trabajo se ha facilitado más las actividades que realiza el ser humano desde lo que va transportar algún objeto de un lugar a otro, sellar cajas, empujar objetos o simplemente alimentar algún circuito de control, en las industrias son de utilizados las 24 horas los sietes días de la semana, en su utilización el aire comprimido es muy accesible ya que hay mucho en el aire lo que respecta de como producirlo ya es un tema más de que pasa por varios métodos para tener en si lo que es el aire comprimido para posteriormente su utilización como elementos finales más conocidos en aplicación de los actuadores.
1.4
Fuentes de informacion
Automatización de procesos industriales- Emilio García Moreno. Alfaomega
Ingeniería de la automatización industrial aplicada y actualizada. Ramón Piedrafita. Segundo Edición
http://personales.unican.es/renedoc/Trasparencias%20WEB/Trasp%20Neu/T12%2
0CILINDROS%20OK.pdf
12
