Motor neumático - Pneumatic motor
Un motor neumático ( motor de aire ), o motor de aire comprimido , es un tipo de motor que realiza un trabajo mecánico al expandir el aire comprimido . Los motores neumáticos generalmente convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico mediante un movimiento lineal o rotativo. El movimiento lineal puede provenir de un diafragma o un actuador de pistón, mientras que el movimiento rotatorio es proporcionado por un motor de aire de tipo paleta, un motor de aire de pistón, una turbina de aire o un motor de engranajes.
Los motores neumáticos han existido en muchas formas durante los últimos dos siglos, desde motores manuales hasta motores de hasta varios cientos de caballos de fuerza. Algunos tipos se basan en pistones y cilindros; otros en rotores ranurados con paletas (motores de paletas) y otros usan turbinas. Muchos motores de aire comprimido mejoran su rendimiento al calentar el aire entrante o el propio motor. Los motores neumáticos han tenido un gran éxito en la industria de las herramientas manuales, pero también se utilizan de forma estacionaria en una amplia gama de aplicaciones industriales. Se están haciendo continuos intentos para expandir 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.
Clasificación
Lineal
Para lograr un movimiento lineal a partir del aire comprimido, se utiliza con mayor frecuencia un sistema de pistones. El aire comprimido se introduce en una cámara hermética que aloja el eje del pistón. También dentro de esta cámara se enrolla un resorte 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. A medida que se introduce más aire en la cámara, la presión aumenta y el pistón comienza a descender por la cámara. Cuando alcanza su longitud máxima, la presión de 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 sistemas hidráulicos. Esencialmente, los motores de pistón son los mismos que los motores hidráulicos, excepto que se utilizan para convertir la energía hidráulica en energía mecánica.
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%.
Motores de paletas rotativas
Un tipo de motor neumático, conocido como motor de paletas rotativas, utiliza aire para producir un movimiento rotatorio en un eje. El elemento giratorio es un rotor ranurado que está montado en un eje de transmisión. Cada ranura del rotor está equipada con una paleta rectangular que se desliza libremente. Las paletas se extienden a 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.
Una aplicación de los motores neumáticos de paletas es la puesta en marcha de 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 de reducción. Los engranajes reductores crean altos niveles de par con la menor cantidad de entrada de energía. Estos engranajes de reducción permiten que el volante del motor genere un par de torsión suficiente mientras lo engancha el engranaje de piñón del motor neumático o el arrancador neumático.
Se demostró que la eficiencia práctica de un motor de paletas es del 70%
Motores de turbina
Las turbinas de aire hacen girar la fresa en las piezas de mano dentales de alta velocidad , a velocidades superiores a 180.000 rpm, pero con un par de torsión limitado . Una turbina es lo suficientemente pequeña como para caber en la punta de una pieza de mano sin aumentar el peso.
Solicitud
Una aplicación generalizada de los motores neumáticos es en herramientas manuales, llaves de impacto, herramientas de pulso, destornilladores, corredores de tuercas, taladros, amoladoras, lijadoras, etc. Los motores neumáticos también se utilizan estacionarios 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 se pueden usar en atmósferas más volátiles. ya que no requieren energía eléctrica y no generan chispas. Pueden cargarse hasta detenerse con el par máximo sin sufrir daños.
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 la década de 1980. 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 partes intermedias para transmitir el movimiento, lo que significa que casi toda la energía del motor se utiliza para girar la rueda.
Historia en el transporte
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 registrado, se dice que los franceses Andraud y Tessie de Motay condujeron un automóvil propulsado por un motor neumático en una pista de pruebas en Chaillot, Francia, el 9 de julio de 1840. Aunque el automóvil Se informó que la prueba fue exitosa, la pareja no exploró una mayor expansión del diseño.
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 impulsar su flota de locomotoras. El tranvía comenzó a operar el 13 de diciembre de 1879 y continúa funcionando hoy, aunque los tranvías neumáticos fueron reemplazados 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. Debido a que los motores neumáticos no utilizan combustión, eran una opción mucho más segura en la industria del carbón.
Muchas empresas afirman estar desarrollando coches de aire comprimido , pero ninguno está disponible para su compra o incluso para pruebas independientes.
Instrumentos
Las llaves de impacto , herramientas de impulso, llaves dinamométricas , destornilladores , taladros , amoladoras , amoladoras de troquel , lijadoras , taladros dentales , los cambiadores de neumáticos y otras herramientas neumáticas utilizan una variedad de motores de aire . Estos incluyen motores de paletas, turbinas y motores de pistón.
Torpedos
Las primeras formas más exitosas de torpedos autopropulsados usaban aire comprimido a alta presión , aunque esto fue reemplazado por motores de combustión interna o externa, motores de vapor o motores eléctricos.
Vias ferreas
Los motores de aire comprimido se utilizaron en tranvías y maniobras, y finalmente encontraron un nicho exitoso en las locomotoras mineras, aunque al final fueron reemplazados por trenes eléctricos, subterráneos. A lo largo de los años, los diseños aumentaron en complejidad, lo que resultó en un motor de triple expansión con recalentadores aire-aire entre cada etapa. Para obtener más información, consulte Locomotora sin fuego y sistema Mekarski .
Tranvía de aire comprimido Mekarski, 1875
Locomotora neumática con recipiente a presión adjunto utilizada durante la construcción del túnel ferroviario de San Gotardo 1872-1880.
Una locomotora de aire comprimido de HK Porter, Inc., en uso en la mina Homestake , Dakota del Sur, entre 1928 y 1961
.JPG)
Vuelo
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).
Automotor
Actualmente existe cierto interés en el desarrollo de 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
Energine Corporation era una empresa de Corea del Sur que afirmaba entregar automóviles completamente ensamblados que funcionan con un motor híbrido de aire comprimido y eléctrico. El motor de aire comprimido se utiliza para activar un alternador , lo que amplía la capacidad de funcionamiento autónomo del automóvil. El director ejecutivo fue arrestado por promover de manera fraudulenta motores neumáticos con afirmaciones falsas.
MotorAire
EngineAir, una empresa australiana, está fabricando un motor rotativo propulsado por aire comprimido, llamado The Di Pietro motor . 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.
Se puede utilizar en barcos, automóviles, portaequipajes y otros vehículos. Solo se necesita 1 psi (≈ 6,8 kPa ) de presión para superar la fricción. El motor también apareció en el programa New Inventors de ABC en Australia el 24 de marzo de 2004.
K'Airmobiles
Los vehículos de 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.
La gente debe tener en cuenta que, mientras tanto, el equipo ha reconocido la imposibilidad física de utilizar aire comprimido almacenado a bordo debido a su escasa capacidad energética y las pérdidas térmicas resultantes de la expansión del gas.
En estos días, utilizando la patente pendiente 'K'Air Generator', convertida para funcionar como un motor de gas comprimido, el proyecto debería lanzarse en 2010, gracias a un grupo de inversores norteamericanos, pero con el propósito de desarrollar primero un verde sistema de potencia de energía.
MDI
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 expande). 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 usar una transmisión de polea de variación constante, perdiendo algo de eficiencia. Cuando el vehículo está parado, el motor de 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.
Se informó en 2008 que el fabricante de automóviles indio Tata estaba considerando un motor de aire comprimido MDI como una opción en sus automóviles Nano de bajo precio. Tata anunció en 2009 que el automóvil de aire comprimido estaba resultando difícil de desarrollar debido a su bajo rango y problemas con las bajas temperaturas del motor.
Cuasiturbina
El motor Quasiturbine Neumático es un motor rotativo de aire comprimido sin pistón que utiliza un rotor de forma romboidal cuyos lados están articulados en los vértices.
La quasiturbina ha demostrado ser un motor neumático que utiliza aire comprimido almacenado.
También puede aprovechar la amplificación de energía posible mediante el uso del calor externo disponible, como la energía solar .
La quasiturbina gira desde una presión tan baja como 0,1 atm (1,47 psi).
Dado que el Quasiturbine es un motor de expansión puro, mientras que el Wankel y la mayoría de los otros motores rotativos no lo son, es muy adecuado como motor de fluido comprimido, motor neumático o motor neumático.
Regusci
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, lo que mejora la eficiencia. Las patentes de Regusci datan de 1990.
Equipo Psicoactivo
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.
Diseños de motores de aire difuntos
Motor de congrio
Milton M. Conger en 1881 patentó y supuestamente construyó un motor que funcionaba con aire comprimido o vapor utilizando un tubo flexible que formará una pared o estribo en forma de cuña o inclinada en la parte trasera del cojinete tangencial de la rueda, y lo propulsa. con mayor o menor velocidad según la presión del medio propulsor.
Ver también
- Angelo Di Pietro (inventor)
- Almacenamiento de energía de aire comprimido
- Compresor
- Motor de ciclo Ericsson de Proe ; una variación de un motor de aire comprimido que utiliza un combustible para comprimir el aire que luego se inyecta inmediatamente al motor
- Simon Ingersoll
- Atlas Copco
Referencias
enlaces externos
-
Medios relacionados con el motor neumático en Wikimedia Commons
