cilindros neumaticos

 Objetivo

Que los lectores obtengan de una       manera fácil y rápida información básica sobre las funciones y los usos de un cilindro neumático .

Introducción 

El aire comprimido es de amplio uso en una instalación industrial. La energía de presión del aire comprimido es transformada por medio de actuadores denominados cilindros, encargados de transformar la energía potencial del aire comprimido en energía cinética.

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.

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.

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.

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      

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.

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.

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) Conexión

• 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