Un motor neumático ( motor de aire ), o motor de aire comprimido , es un tipo de motor que realiza trabajo mecánico expandiendo aire comprimido . Los motores neumáticos generalmente convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico mediante un movimiento lineal o giratorio. El movimiento lineal puede provenir de un actuador de diafragma o de pistón, mientras que el movimiento giratorio lo proporciona un motor neumático de paletas, un motor neumático de pistón, una turbina de aire o un motor de engranajes.
Los motores neumáticos han existido en muchas formas durante los últimos dos siglos, variando en tamaño desde motores portátiles hasta motores de hasta varios cientos de caballos de fuerza. Algunos tipos se basan en pistones y cilindros; otros sobre rotores ranurados con paletas (motores de paletas) y otros usan turbinas. Muchos motores de aire comprimido mejoran su rendimiento calentando el aire entrante o el propio motor. Los motores neumáticos han tenido un gran éxito en la industria de herramientas manuales, [1] pero también se utilizan de forma estacionaria en una amplia gama de aplicaciones industriales. Se están realizando continuos intentos para ampliar su uso a la industria del transporte. Sin embargo, los motores neumáticos deben superar las ineficiencias antes de ser vistos como una opción viable en la industria del transporte.
Para lograr un movimiento lineal a partir de aire comprimido, lo más habitual es utilizar un sistema de pistones. El aire comprimido se introduce en una cámara hermética que alberga el eje del pistón. También dentro de esta cámara hay un resorte enrollado alrededor del eje del pistón para mantener la cámara completamente abierta cuando no se bombea aire a la cámara. A medida que se introduce aire en la cámara, la fuerza sobre el eje del pistón comienza a superar la fuerza que se ejerce sobre el resorte. [2] A medida que se introduce más aire en la cámara, la presión aumenta y el pistón comienza a moverse hacia abajo en la cámara. Cuando alcanza su longitud máxima, la presión del aire se libera de la cámara y el resorte completa el ciclo cerrando la cámara para volver a su posición original.
Los motores de pistón son los más utilizados en los sistemas hidráulicos. Esencialmente, los motores de pistón son iguales a los motores hidráulicos excepto que se utilizan para convertir la energía hidráulica en energía mecánica [3] . [4]
Los motores de pistón se utilizan a menudo en series de dos, tres, cuatro, cinco o seis cilindros encerrados en una carcasa. Esto permite que los pistones entreguen más potencia porque varios motores están sincronizados entre sí en ciertos momentos de su ciclo.
Las eficiencias mecánicas prácticas alcanzadas por un motor neumático de pistón están entre el 40% y el 50%. [5]
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Un tipo de motor neumático, conocido como motor de paletas giratorias, utiliza aire para producir movimiento de rotación en un eje. El elemento giratorio es un rotor ranurado que está montado sobre un eje motor. Cada ranura del rotor está equipada con una paleta rectangular que se desliza libremente. [4] Las paletas se extienden hasta las paredes de la carcasa mediante resortes, acción de leva o presión de aire, según el diseño del motor. El aire se bombea a través de la entrada del motor que empuja las paletas creando el movimiento de rotación del eje central. Las velocidades de rotación pueden variar entre 100 y 25.000 rpm dependiendo de varios factores que incluyen la cantidad de presión de aire en la entrada del motor y el diámetro de la carcasa. [2]
Una aplicación de los motores neumáticos de paletas es arrancar grandes motores industriales diésel o de gas natural. La energía almacenada en forma de aire comprimido, nitrógeno o gas natural ingresa a la cámara sellada del motor y ejerce presión contra las paletas de un rotor. Esto hace que el rotor gire a alta velocidad. Debido a que el volante del motor requiere una gran cantidad de torque para arrancar el motor, se utilizan engranajes reductores. Los engranajes reductores crean altos niveles de torque con menores cantidades de entrada de energía. Estos engranajes reductores permiten que el volante del motor genere suficiente torque mientras está acoplado por el piñón del motor neumático o del arrancador neumático.
Las turbinas de aire hacen girar la fresa en piezas de mano dentales de alta velocidad , a velocidades superiores a 180.000 rpm, pero con un par limitado . Una turbina es lo suficientemente pequeña como para caber en la punta de una pieza de mano sin aumentar el peso.
Una aplicación generalizada de los motores neumáticos es en herramientas manuales, llaves de impacto, herramientas de impulso, destornilladores, aprietatuercas, taladros, amoladoras, lijadoras, etc. Los motores neumáticos también se utilizan de forma estacionaria en una amplia gama de aplicaciones industriales. Aunque la eficiencia energética general de las herramientas neumáticas es baja y requieren acceso a una fuente de aire comprimido, existen varias ventajas sobre las herramientas eléctricas. Ofrecen una mayor densidad de potencia (un motor neumático más pequeño puede proporcionar la misma cantidad de potencia que un motor eléctrico más grande), no requieren un controlador de velocidad auxiliar (lo que aumenta su compacidad), generan menos calor y pueden usarse en atmósferas más volátiles. ya que no requieren energía eléctrica [6] y no generan chispas. Se pueden cargar hasta detenerse con el par máximo sin sufrir daños. [7] La eficiencia de un motor de pistón rotativo depende en gran medida de las pérdidas de energía mecánica. El valor de las pérdidas mecánicas, según diversas estimaciones, puede llegar al 20% de la energía suministrada al motor. [8] Al mismo tiempo, se demostró experimentalmente que la eficiencia de un motor se puede aumentar mediante el uso de aditivos antifricción en el aceite lubricante. [9]
Históricamente, muchas personas han intentado aplicar motores neumáticos a la industria del transporte. Guy Negre, director ejecutivo y fundador de Zero Pollution Motors, ha sido pionero en este campo desde finales de los años 1980. [10] Recientemente Engineair también ha desarrollado un motor rotativo para su uso en automóviles. Engineair coloca el motor inmediatamente al lado de la rueda del vehículo y no utiliza piezas intermedias para transmitir el movimiento, lo que significa que casi toda la energía del motor se utiliza para girar la rueda. [11]
El motor neumático se aplicó por primera vez al campo del transporte a mediados del siglo XIX. Aunque se sabe poco sobre el primer vehículo de aire comprimido del que se tiene constancia, se dice que los franceses Andraud y Tessie de Motay condujeron un coche propulsado por un motor neumático en una pista de pruebas en Chaillot, Francia, el 9 de julio de 1840. Aunque el coche de prueba Se informó que había tenido éxito, la pareja no exploró una mayor expansión del diseño. [12]
La primera aplicación exitosa del motor neumático en el transporte fue el motor neumático del sistema Mekarski utilizado en locomotoras. El innovador motor de Mekarski superó el enfriamiento que acompaña a la expansión del aire calentando el aire en una pequeña caldera antes de su uso. El Tramway de Nantes , ubicado en Nantes, Francia, se destacó por ser el primero en utilizar motores Mekarski para propulsar su flota de locomotoras. El tranvía entró en funcionamiento el 13 de diciembre de 1879 y continúa funcionando en la actualidad, aunque los tranvías neumáticos fueron sustituidos en 1917 por tranvías eléctricos más eficientes y modernos.
El estadounidense Charles Hodges también tuvo éxito con los motores neumáticos en la industria de las locomotoras. En 1911 diseñó una locomotora neumática y vendió la patente a HK Porter Company en Pittsburgh para su uso en minas de carbón. [13] Debido a que los motores neumáticos no utilizan combustión, eran una opción mucho más segura en la industria del carbón. [12]
Muchas empresas [ ¿quién? ] afirman estar desarrollando automóviles de aire comprimido , pero en realidad ninguno está disponible para su compra o incluso para pruebas independientes.
Las llaves de impacto , las herramientas de impulso, las llaves dinamométricas , los destornilladores , los taladros , las amoladoras , las amoladoras , las lijadoras , los taladros dentales , las cambiadoras de neumáticos y otras herramientas neumáticas utilizan una variedad de motores neumáticos . Estos incluyen motores de paletas, turbinas y motores de pistón.
Las primeras formas más exitosas de torpedos autopropulsados utilizaban aire comprimido a alta presión , aunque este fue reemplazado por motores de combustión interna o externa, motores de vapor (impulsados por la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno) o motores eléctricos.
Los motores de aire comprimido se utilizaron en tranvías y máquinas de maniobras, y finalmente encontraron un nicho exitoso en las locomotoras mineras, aunque al final fueron reemplazados por trenes eléctricos subterráneos. [14] Con el paso de los años, los diseños aumentaron en complejidad, lo que dio como resultado un motor de triple expansión con recalentadores aire-aire entre cada etapa. [15] Para más información véase Locomotora sin fuego y sistema Mekarski .
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Los cohetes de agua utilizan aire comprimido para impulsar su chorro de agua y generar empuje; se utilizan como juguetes.
Air Hogs , una marca de juguetes, también utiliza aire comprimido para impulsar motores de pistón en aviones de juguete (y algunos otros vehículos de juguete).
Actualmente existe cierto interés en desarrollar vehículos aéreos . Se han propuesto varios motores para estos, aunque ninguno ha demostrado el rendimiento y la larga vida necesarios para el transporte personal.
Energine Corporation era una empresa surcoreana que afirmaba entregar automóviles completamente ensamblados que funcionaban con un motor híbrido de aire comprimido y eléctrico. El motor de aire comprimido se utiliza para activar un alternador , que amplía la capacidad de funcionamiento autónomo del coche. El director ejecutivo fue arrestado por promocionar de manera fraudulenta motores neumáticos con afirmaciones falsas. [17]
EngineAir, una empresa australiana, está fabricando un motor rotativo propulsado por aire comprimido, llamado motor Di Pietro . El concepto de motor Di Pietro se basa en un pistón giratorio. A diferencia de los motores rotativos existentes, el motor Di Pietro utiliza un pistón rotativo cilíndrico simple (impulsor de eje) que rueda, con poca fricción, dentro del estator cilíndrico. [18]
Se puede utilizar en barcos, automóviles, transportadores de carga y otros vehículos. Sólo se necesita 1 psi (≈ 6,8 kPa ) de presión para superar la fricción. [19] [20] El motor también apareció en el programa New Inventors de ABC en Australia el 24 de marzo de 2004. [21]
Los vehículos K'Airmobiles estaban destinados a ser comercializados a partir de un proyecto desarrollado en Francia en 2006-2007 por un pequeño grupo de investigadores. Sin embargo, el proyecto no ha podido reunir los fondos necesarios.
Cabe señalar que, mientras tanto, el equipo ha reconocido la imposibilidad física de utilizar el aire comprimido almacenado a bordo debido a su escasa capacidad energética y a las pérdidas térmicas resultantes de la expansión del gas.
Actualmente, utilizando el 'K'Air Generator' pendiente de patente, transformado para funcionar como motor de gas comprimido, el proyecto debería lanzarse en 2010, gracias a un grupo de inversores norteamericanos, pero con el objetivo de desarrollar primero una sistema de potencia energética. [22]
En el motor de aire Nègre original , un pistón comprime el aire de la atmósfera para mezclarlo con el aire comprimido almacenado (que se enfriará drásticamente a medida que se expanda). Esta mezcla impulsa el segundo pistón, proporcionando la potencia real del motor. El motor de MDI funciona con par constante, y la única forma de cambiar el par a las ruedas es utilizar una transmisión por poleas de variación constante, perdiendo algo de eficiencia. Cuando el vehículo estaba parado, el motor del MDI tenía que estar encendido y funcionando, perdiendo energía. En 2001-2004, MDI cambió a un diseño similar al descrito en las patentes de Regusci (ver más abajo), que se remontan a 1990.
En 2008 se informó que el fabricante de automóviles indio Tata estaba considerando un motor de aire comprimido MDI como una opción para sus automóviles Nano de bajo precio. [23] Tata anunció en 2009 que el automóvil de aire comprimido estaba resultando difícil de desarrollar debido a su baja autonomía y problemas con las bajas temperaturas del motor.
El motor neumático de cuasiturbina es un motor rotativo sin pistones de aire comprimido que utiliza un rotor de forma romboidal cuyos lados están articulados en los vértices.
La cuasiturbina ha demostrado ser un motor neumático que utiliza aire comprimido almacenado. [24]
También puede aprovechar la amplificación de energía posible mediante el uso del calor externo disponible, como la energía solar . [25]
La cuasiturbina gira desde una presión tan baja como 0,1 atm (1,47 psi).
Dado que la cuasiturbina es un motor de expansión pura, mientras que el Wankel y la mayoría de los otros motores rotativos no lo son, es muy adecuado como motor de fluido comprimido, motor de aire o motor de aire. [25]
La versión del motor neumático de Armando Regusci acopla el sistema de transmisión directamente a la rueda y tiene un par variable de cero al máximo, mejorando la eficiencia. Las patentes de Regusci datan de 1990. [26]
Psycho-Active está desarrollando un chasis híbrido de aire/combustible múltiple que está destinado a servir como base para una línea de automóviles. El rendimiento declarado es de 50 CV/litro. El motor de aire comprimido que utilizan se llama DBRE o motor rotativo de cuchillas con conductos. [27] [28]
Milton M. Conger en 1881 patentó y supuestamente construyó un motor que funcionaba con aire comprimido o vapor y que utilizaba un tubo flexible que formaba una pared o pilar en forma de cuña o inclinada en la parte trasera del cojinete tangencial de la rueda y la impulsaba. con mayor o menor velocidad según la presión del medio propulsor. [29]
![Locomotora neumática con recipiente a presión adjunto utilizada durante la construcción del túnel ferroviario de San Gotardo, 1872-1880.[16]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/07/CompressedAirLocomotive_Section1_AdolpheBraun1811to1877.jpg/1280px-CompressedAirLocomotive_Section1_AdolpheBraun1811to1877.jpg)
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )
Medios relacionados con el motor neumático en Wikimedia Commons