Objetivo
Que los lectores obtengan de una manera fácil y rápida información básica sobre las funciones y los usos de un cilindro neumático .
Introducción
Básicamente, consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pistón. Al introducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro de la cámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al émbolo un vástago rígido, este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo.
Los cilindros neumáticos pueden funcionar en una variedad de maneras. Se utilizan ampliamente en el campo de la automatización para el desplazamiento, alimentación o elevación de materiales.
Tipos de
cilindros neumáticos y su simbología
Cilindro simple efecto de retroceso por muelle.
Los cilindros de simple efecto retorno - muelle se utilizan principalmente como cilindros de sujeción de piezas y bloqueo de elementos mecánicos.
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Cilindro simple efecto retroceso por fuerza externa.
Los cilindros de simple efecto retorno por fuerza externa solo se pueden utilizar en aquellos casos en los cuales la carga (lo que deba mover) empuje hacia atrás al cilindro.
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Cilindro de doble efecto
Los cilindros de
doble efecto pueden realizar el trabajo en ambas direcciones porque se les
aplica la presión en ambas caras del émbolo.
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Cilindros de doble vástago
Tienen vástago por las dos
partes del embolo. Se utiliza cuando se quiere realizar trabajo en las dos
direcciones, la carga se puede colocar en uno de los vástagos o en ambos cilindros de doble vástago
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Cilindro telescópico
Los cilindros
telescópicos se caracterizan por conseguir largas carreras (mucha longitud de
trabajo) utilizando una camisa relativamente corta pudiendo estos cilindros
de doble efecto y de simple efecto.
En los cilindros
de simple efecto telescópicos, el cilindro sale cuando se le aplica presión y
el retroceso normalmente es por fuerza externa.
En los
cilindros de doble efecto telescópicos tanto el avance como el retroceso es
mediante aire.
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Partes de un cilindro neumático
Determinación para la fuerza de un cilindro
La fuerza del cilindro es una función del diámetro del cilindro, de la presión del aire y del roce del émbolo, que depende de la velocidad del émbolo y que se toma en el momento de arranque. La fuerza que el aire ejerce sobre el pistón es:
F = ( P x A )
Con:
A = superficie util del emobolo
F = Fuerza (newton).
D = diámetro cilindro [rnm].
P = presión del aire [bar].
Fmuelle = fuerza muelle [newton].
Para los cilindros de simple efecto la fuerza es la diferencia entre la
Fuerza del aire y la del muelle.
Los cilindros de doble efecto no cuentan con un resorte para volver a su posición de equilibrio, así su fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero sí en su carrera de retroceso, debido a la disminución del área del émbolo por la existencia del vastajo Las expresiones matemáticas son :
F avance = P * (π * D2 ) / 40
F retroceso = P* π (D2 - d2) / 40
Determinación del consumo de aire
Cilindros de simple
efecto
En este tipo de cilindros la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del émbolo. Al determinar la fuerza que realiza el cilindro, hemos de tener en cuenta que el aire debe vencer la fuerza de empuje en sentido opuesto que realiza el muelle.
Para una presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinados, el consumo de aire se calcula como sigue:
V = (s * n *d2 * π / 4 ) * relación de compresión
relación de compresión es : (101.3 / 101.3
) + P
P= presión de trabajo en KPa
s – longitud de carrera {cm}
n – Ciclos por minuto
d – diámetro del vástago {mm}
Cilindros de doble efecto.
Estos cilindros desarrollan trabajo neumático
tanto en la carrera de avance como en la de retroceso, lo que sucede es que
la fuerza es distinta en cada uno de los movimientos, por que el aire
comprimido en el movimiento de avance actúa sobre toda la superficie del
émbolo, mientras que en el retroceso solamente lo hace sobre la superficie
útil, que resulta de restar a la superficie del émbolo la del vástago.
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V = [s * D2 *π / 4 + s * (D2 - d2) * π ] * n * relación de compresión
D – diámetro del émbolo
recomendaciones para su :
a) Instalación
• No instale el producto en zonas con vibraciones o impactos.
• No monte el producto en lugares expuestos a radiaciones de calor.
• No utilice el producto en ambientes donde el polvo pueda penetrar en
el cilindro y secar el lubricante.
• No utilizar en ambientes húmedos
b)
• Antes de realizar la conexión , limpie cualquier rastro de virutas, aceite
de corte, polvo,etc.
•Cuando realice la instalación de tuberías , asegúrese de que
el material de sellado no penetre en la conexión.
Lubricación
Los productos
vienen lubricados de fábrica y no necesitan lubricación.
Si utiliza un
lubricante para el sistema, use aceite de turbinas Clase 1 (sin aditivos), ISO VG32. Si empieza a lubricar
el sistema, deberá seguir lubricandolo , ya que el lubricante original aplicado durante la fabricación se
habrá eliminado.
Procedimiento de una lubricación
Aplique lubricante a
las piezas siguientes:
◦ junta del vástago
◦ ranura de la junta del
vástago en la culata anterior
◦ superficie externa del
émbolo
◦ ranura de la junta del
émbolo
◦ superficie interna y
externa de la junta del émbolo
◦ juntas de
amortiguación
◦ ranuras de las juntas
de amortiguación de las culatas
◦ superficie del vástago
◦ superficie interna del
tubo
Cuestionario
1.¿En qué se diferencian los cilindros de efecto simple y de doble efecto?
R= lLos primeros
solamente pueden realizar un trabajo en la carrera producida por la acción del
aire comprimido, la carrera de retorno se realiza de forma externa al propio
cilindro, ya sea aplicándole una fuerza o un resorte.
2.¿Cuales son las partes principales de un cilindro simple efecto?
R= Vástago , muelle , entrada de aire y embolo
3.¿En cuantos sentido ejerce su trabajo el cilindro simple
efecto. ?
R= Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo
en un sentido
4.¿Característica principal de los cilindros de doble efecto ?
R= realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso
por acción del aire comprimido.
Menciona el tipo de cilindro
5.
R = cilindro de doble efecto
6.
R = cilindros de simple efecto retorno - muelle
Completa las oraciones
7. Los cilindros ___TELESCÓPICOS___se caracterizan por conseguir largas carreras (mucha longitud de trabajo) utilizando una camisa relativamente corta.
8.Los __CILINDROS DE SIMPLE EFECTO RETORNO-MUELLE__se utilizan principalmente como cilindros de sujeción de piezas y bloqueo de elementos mecánicos.
Opción mutile
9.En este tipo de cilindros la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del émbolo.
a) doble efecto b) simple efecto c) doble vastago d) telescópico
10 . No cuentan con un resorte para volver a su posición de equilibrio, así su fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero sí en su carrera de retroceso.
a) doble efecto b) simple efecto c) doble vastago d ) telescópico
Problemas de cálculo de cilindros neumáticos
1. Calcule la fuerza efectiva de un cilindro
de simple efecto de 50 mm de diámetro ,si la presión
ejercida es de 5 bares., 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
FE = nFT- FM = 0,70 *FT - FM = 0,70 * P * A = 0,70 * 500KPa *0,785* D2- 100N
FE= 274750 Pa * (0,05m)2 – 100N = 686,87N - 251N
FE=586,87N
2. Un
cilindro de doble efecto se mueve con aire comprimido, el diámetro del émbolo es de 63 mm, el diámetro del vástago mide 20 mm, la presión de trabajo es de
6 bares, la carrera de 700 mm. Calcule la fuerza efectiva en el avance y en
el retroceso que desarrolla.
Datos
P = 6bares=600KPa
D = 63mm=0,063m
d = 20mm=0,02m
S =700mm=0,7m
AVANCE
FE = 0,9 FT = 0,9 * P * A = 0,9 * 600 KPa * 0,785 * D2
FE= 423900 Pa *
(0,063m) 2 =1682,45 N
RETORNO
FE= 0,9 * FT=
0,9 * P * A = 0,9* 600K Pa * 0,785 * (D2 - d2)
FE= 423900
Pa * (0,0632 - 0,022)m2 =1512,89 N
3.Determine
el trabajo efectivo que realizará un cilindro de simple efecto de 80 mm de diámetro
y 20 mm 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
FM=251N
FE= nFT- FM = 0,65 * FT-
FM = 0,65 * P * A = 0,65 * 600KPa * 0,785* D2- 251N
FE= 306150Pa * (0,08m)2 - 251N = 1959,36N - 251N
FE=1708,36N
WE=FE* s =
1708,36N *0,02m = 34,16Joules
4. 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
FE= nFT-
FM = 0,60 *FT- FM = 0,60 * P * A = 0,60 * P *0,785 * D2- 350N
P= (1500 + 350N) /
0,471Pa * (0,08m)2 = 613,72 KPa
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
FE= nFT= 0,60 * FT=
0,60 * P * A = 0,60 * 950KPa * 0,785 * D2
FE= 447450Pa * (0,016m)2 =114,54N
RETORNO
FE= nFT= 0,60 * FT=
0,60 * P * A = 0,60 * 950KPa * 0,785 * (D2 - d2)
FE=
447450Pa * (0,0162 - 0,0052)m2 =103,36N
6. Determine
la presión del aire que hay que utilizar en un cilindro de simple efecto de 80mm
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
FE= nFT-
FM = 0,65 * FT- FM = 0,65 * P * A = 0,65 * P * 0,785 * D2- 250N
P= (1600 + 250N) /
0,51Pa * (0,08m)2 = 566,78KPa
7. 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 del 55% 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
FE= nFT = 0,55 * FT =
0,55 * P * A = 0,55 * 900KPa * 0,785 * D2
FE=
388575Pa * (0,020m)2 = 155,43N
RETORNO
FE=nFT = 0,55 * FT=
0,55 * P * A = 0,55 * 900KPa * 0,785 *(D2 -
d2)
FE=
388575Pa * (0,0202 - 0,0082) m2 = 130,56N
8. Calcule
el trabajo efectivo que desarrolla un cilindro de doble efecto sabiendo que
la carrera de avance es de 120mm y el esfuerzo efectivo de empuje, de 188N.
Datos
FE=188N
S =120mm= 0,12m
WE = FE * s= 188N * 0,12m = 22,56 Joules
9.Una troqueladora es
accionada mediante un cilindro de doble efecto. El desplazamiento del vástago
es de 70mm, el diámetro del émbolo mide 6 cm y el del vástago de 1 cm
y la presión del aire es de 7 bar. Determina la fuerza efectiva del vástago en
el avance y en el retroceso.
Datos
D = 6cm = 0,06m
d = 1cm = 0,01m
S =70mm
= 0,07m
P =7
bar = 700KPa
AVANCE
FE= 0,9FT= 0,9 * P * A =
0,9 * 700KPa * 0,785 * D2
FE= 494550Pa * (0,06m)2 =1780,38N
RETORNO
FE=0,9 * FT= 0,9 * P * A = 0,9 * 700KPa
* 0,785 * (D2 - d2)
FE= 494550Pa * (0,062 - 0,012)m2 = 1730,92N
Resumen
Los cilindros neumáticos son, por regla general, los elementos que realizan el trabajo. Su función es la de transformar la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso.
Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales de desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido a un vástago que saliendo a través de una ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo.
Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos:
* Cilindros de simple efecto
*Cilindros de doble efecto
bibliografia
http://saturos13.blogspot.es/
http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/neumatica/cilindros.html
http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.htm/Trabajos%20IM%202009-10/Manuel%20Jesus%20Esacalera-Antonio%20Rodriguez-Actuadores%20Neumaticos.pdf
http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4917/html/2_actuadores_neumticos.html
http://demo.imh.es/Electroneumatica/Ud03/modulos/m_en001/ud04/html/en0_ud04_1121_con.htm
http://personales.unican.es/renedoc/Trasparencias%20WEB/Trasp%20Neu/T12%20CILINDROS%20OK.pdf
