Cilindros
neumáticos
Objetivo
El objetivo principal de este informe es se obtenga conocimientos básicos sobre el tema cilindros neumáticos sus aplicaciones su funcionamiento y poder aplicarlos en forma práctica.
Introducción
Un número creciente de empresas industriales están
aplicando la automatización de su maquinaria mediante equipos neumáticos, por
ejemplo los cilindros neumáticos lo que,
en muchos casos, implica una inversión de capital relativamente baja. Los
elementos neumáticos pueden aplicarse de manera racional para la manipulación
de piezas, incluso puede decirse que este es el campo de mayor aplicación.
Tomando como base la función de movimiento, hay que resaltar la extensa gama de
elementos sencillos para la obtención de movimientos lineales y rotativos.
Las posibilidades de aplicación de la neumática se pueden
hablar de varios procesos industriales. La cantidad de aplicaciones se ve
aumentada constantemente debido a la investigación y desarrollo de nuevas
tecnologías
Existen cilindros neumáticos
de muy diversos tipos y clases, cuya elección dependerá de la función que deba
desarrollar en el circuito y la aplicación, Los cilindros pueden ser de efecto
simple, cuando una de las maniobras se hace mediante fluido y la otra por
muelle, o de efecto doble cuando tanto la maniobra de ida como la de vuelta se
hacen por fluido.
Función de los cilindros
Los cilindros neumáticos
pueden funcionar en una variedad de maneras. Los ejemplos incluyen tener la
capacidad de realizar movimientos múltiples sin la necesidad de la intervención
intermedia, de realizar un movimiento completo.
En los accionamientos neumáticos que son ejecutados a
velocidades importantes y la masa trasladada es representativa, se producen
impactos del émbolo contra la camisa que liberan gran cantidad de energía que
tiende a dañar el cilindro.
La amortiguación de
fin de carrera son dispositivos, fijos o regulables colocados generalmente en
las tapas de los cilindros cuya finalidad es la de absorber la energía cinética
de masas en movimiento según el tipo de cilindro se puede tener amortiguación
delantera trasera o doble.
Longitud de carrera
La longitud de carrera en cilindros neumáticos no debe
exceder de 2000 mm. Con émbolos de gran tamaño y carrera larga, el sistema
neumático no resulta económico por el elevado consumo de aire y precio de los
actuadores. Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánico del vástago y
de los cojinetes de guía, es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo,
si las carreras son grandes, deben adoptarse vástagos de diámetro superior a lo
normal. Además, al prolongar la carrera, la distancia entre cojinetes aumenta
y, con ello, mejora la guía del vástago
Velocidad del embolo
La velocidad del émbolo, en cilindros neumáticos depende
de la fuerza antagonista, de la presión del aire, de la longitud de la tubería,
de la sección entre los elementos de mando y trabajo y del caudal que circula
por el elemento de mando. Además, influye en la velocidad la amortiguación de
final de carrera
Fijaciones
El tipo de fijación es importante ya que el cilindro
puede ir equipado de los accesorios de montaje necesarios. De lo contrario,
como dichos accesorios se construyen según el sistema de piezas estandarizadas.
Este sistema de montaje facilita el
almacenamiento en empresas que utilizan a menudo el aire comprimido.
Tipos de cilindros y su
simbología
Cilindros de simple efecto.
Uno de sus movimientos está
gobernado por el aire comprimido, mientras que el otro movimiento se da por
acción antagonista, generalmente un resorte colocado en el interior del
cilindro
Cilindros de doble efecto.
El pistón es accionado por el aire comprimido en ambas
carreras. Realiza trabajo aprovechable en los dos sentidos de marcha.
Cilindros con doble vástago.
Poseen salida de vástago en ambos extremos, lo que ofrece
un mejor guiado del conjunto, facilitan el colocado de levas o fines de
carreras cuando hay problemas de espacio en la zona de trabajo.
Cilindro de doble pistón o en tándem
Consiste en dos cilindros de doble efecto acoplados en
serie con un vástago en común, formando una unidad compacta, aplicando presión
en ambos émbolos se obtiene una fuerza de casi el doble.
Cilindros sin vástagos.
El pistón transmite el movimiento a través de un carro
acoplado mecánicamente al pistón.
Partes de los cilindros neumáticos
Pasos para determinar el diámetro de un cilindro
El diámetro del émbolo establece la fuerza que puede
realizar el actuador. Inicialmente tendremos en cuenta la fórmula
P = F/A.
Donde:
P = es la presión en N/cm 2
F = es la fuerza en Newton
A = es la superficie del émbolo en cm 2
De la fórmula.
P = F/A
Despejaremos fuerza; F = P * A
Y despejaremos área A = F/P
Como la presión que se maneja a nivel industrial
normalmente esta estandarizada en 6 bar, nos damos cuenta entonces que la
fuerza del cilindro está determinada por el diámetro del embolo.
La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende de
la presión de aire, del diámetro del cilindro del rozamiento o de las juntas.
La fuerza teórica del embolo se calcula con la siguiente formula
En la práctica es necesario conocer la fuerza real. Para
determinarla hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales
de servicio (presiones de 400 a 800 KPa/4 a 8 bar) se puede suponer que las
fuerzas de rozamiento presentan de un 3 a 20 % de la fuerza calculada
Cilindros de simple efecto
Volumen:
Cilindros de doble efecto (en el retorno)
Volumen:
Dónde:
Pasas para determinar el consumo de aire
Se debe tener en cuenta
el volumen del cilindro y el número de veces que se repite el movimiento en la
unidad de tiempo, generalmente se mide en ciclos por minuto.
En el cálculo del consumo de aire se tiene en cuenta
la presión de trabajo, por lo que se obtiene el consumo de aire comprimido,
para conocer el consumo de aire atmosférico se parte del consumo de aire a la
presión de trabajo y se aplica la ley de Boyle-Mariotte.
Ley de Boyle-Mariotte
O lo que es lo mismo:
Por lo tanto:
Dónde:
En el cálculo de potencia del cilindro en cada maniobra,
en el caso teórico y real se Tienen que expresar todas las unidades en el S.I.
En el caso teórico:
En el caso real para n=85% (rendimiento)
RESUMEN
Se utilizan ampliamente en el campo de la automatización para el
desplazamiento, alimentación o elevación de materiales o elementos de las
mismas maquinas
Un cilindro neumático es un dispositivo mecánico que produce una
fuerza, que muchas veces va continuada de un moviento, que viene accionado
por aire comprimido.
Cilindro de efecto simple
Funcionamiento:
En los cilindros de simple,
efecto
el émbolo recibe el aire a presión
por
un solo lado. La carrera de retorno del
Émbolo
tiene lugar por medio de un muelle
o bien por carrera en
vacío
Cilindro de doble efecto
Funcionamiento:
El émbolo recibe aire a
Presión
Alternativamente por ambos lados.
Para realizar su función, los cilindros neumáticos imparten una
fuerza para convertir la energía potencial aire comprimido en energía cinética
(en movimiento). Esto se alcanza por medio del aire comprimido, que es debido a
la diferencia de presión. Esta diferencia o gradiente de presión del aire
acciona un pistón para moverse en la dirección deseada.
Una vez que esté actuado, el aire comprimido entra en el tubo por
un extremo del pistón y, por lo tanto, imparte la fuerza a través del pistón.
Por lo tanto, el pistón se desplaza por el aire comprimido que se amplía en un
intento por alcanzar presión atmosférica.
Problemas de cálculo de cilindros neumáticos
1. Determine el
trabajo efectivo que realizará un cilindro de simple efecto de 80mm de diámetro
y 20mm de carrera sabiendo que está sometido a una presión de 6 bares, que la
resistencia del muelle se estima en 251N y que el rendimiento es del 65%.
Datos
D= 80mm=0,08m
S=20mm=0,02m
P=6 bar=600KPa
2. Calcule la
fuerza efectiva de un cilindro de simple efecto de 50mm de diámetro si la
presión ejercida es de 5 atm., la resistencia del muelle es de 100 N y el
rendimiento estimado del 70%.
Datos
D= 50mm=0,05m
P=5 bar=500KPa
FM=100N
3.
Determina la presión del aire que hay que utilizar en un cilindro de 100mm de
diámetro y del 60% de rendimiento para obtener una fuerza efectiva
de 1.500N si la resistencia del muelle interno es de 350N.
Datos
D= 100mm=0,1m
FE=1500N
4.
Determine el rendimiento de un cilindro de doble efecto de 12mm de diámetro
sabiendo que al aplicarle una presión de 10 bar se obtiene una fuerza de empuje
de66N.
Datos
D= 12mm=0,012m
P=10bar=1000KPa
FE=66N
5. Calcule la
fuerza efectiva en el avance y en el retroceso que desarrolla un cilindro de
doble efecto sometido a una presión de 9,5 bares, sabiendo que su rendimiento
es del 60% y que los diámetros del émbolo y del vástago son,
respectivamente, 16 mm y 5 mm.
Datos
D= 16mm=0,016m
d= 5mm=0,005m
P=9.5 bar=950KPa
Avance
Retorno
7. Determine la
presión del aire que hay que utilizar en un cilindro de simple efecto de80mm de
diámetro y del 65% de rendimiento para obtener una fuerza efectiva de1.600N si
la resistencia del muelle interno es de 250N.
Datos
D= 80mm=0,08m
FE=1600N
8. Determine el
rendimiento de un cilindro de simple efecto de 16mm que genera un empuje de 55N
al aplicarle una presión de 5bar si la resistencia del muelle se estima en 8N.
Datos
D= 16mm=0,016m
P=5bar=500KPa
FE=55N
FM=8N
9. Calcule la
fuerza efectiva en el avance y en el retroceso que desarrolla un cilindro de doble
efecto sometido a una presión de 9 bares, sabiendo que su rendimiento es del55%
y que los diámetros del émbolo y del vástago son, respectivamente, 20 mm y 8mm.
Datos
D= 20mm=0,020m
d= 8mm=0,008m
P=9 bar=900KPa
Avance
Retorno
10.- Un cilindro neumático tiene las siguientes
características: diámetro del émbolo 80 mm, diámetro del vástago 15 mm y 300 mm
de carrera. Trabaja con una presión de 6 bar y realiza una maniobra de 9 ciclos
por minuto. (Considera la presión atmosférica 1gual a 1bar=105Pa)
Determina:
a) Fuerza teórica en el avance y el retroceso.
b) Consumo de aire en condiciones normales
a)
b)
Por lo tanto en cada maniobra el consumo de aire será:
Determina:
A) Calcula la presión a la que puede trabajar el
cilindro.
b) Calcula la fuerza real de retroceso.
a)
Por lo tanto:
Bibliografía
