Cilindros
neumáticos
Objetivo: Los lectores de este informe puedan comprender
los cilindros neumáticos y obtengan conocimientos de los mismos.
Introducción: Los cilindros neumáticos se ocupan en la
automatización se pueden ocupar para diversas funciones.
Función:
Los
cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial del aire
comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras Básicamente
consisten en un recipiente cilíndrico provisto
de un embolo o pistón. Al introducir un determinado caudal de aire comprimido
este se expande dentro de la cámara y provoca un deslizamiento lineal. Si se
acopla al embolo un vástago rígido, o simplemente sujetarlo.
Cilindro simple
efecto: AI cilindro de simple efecto se le aplica presión solo por un extremo,
con lo cual solo realiza trabajo en un sentido, cuando el aire que les ha hecho
salir escapa, retroceden. Existen dos tipos de cilindros de simple efecto, de
retroceso por muelle y de retroceso por fuerza externa.
Cilindro doble efecto: Los cilindros de doble efecto son capaces de producir trabajo
útil en dos sentidos, ya que disponen de una fuerza activa tanto en avance como
en retroceso. Se construyen siempre en formas de cilindros de embolo y poseen
dos tomas para aire comprimido, cada una de ellas situada en una de las tapas
del cilindro. Se emplea, en los casos en los que el émbolo tiene que realizar
también una función en su retorno a la posición inicial. La carrera de estos
cilindros suele ser más larga (hasta 200 mm) que en los cilindros de simple
efecto, hay que tener en cuenta el pandeo o curvamente que puede sufrir el
vástago en su posición externa.
Cilindros de doble efecto y 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.
Partes de un cilindro
neumático
6. Pasos para determinar el diámetro de un Cilindro.
1) Selección del actuador (lineal o rotativo), en función de
la carga problema y dimensionamiento.
2) Determinación del flujo másico (normalmente caudal) requerido. Este paso implica una descripción en cuanto a tiempos de las distintas fases.
3) Obtención de la presión de trabajo de la instalación en sus distintas partes.
4) Tipo y velocidad de giro del accionamiento del compresor.
5) Selección del acumulador.
6) Descripción detallada del resto de equipos auxiliares.
7) Consideraciones adicionales (ruido, pérdidas de caudal,…).
2) Determinación del flujo másico (normalmente caudal) requerido. Este paso implica una descripción en cuanto a tiempos de las distintas fases.
3) Obtención de la presión de trabajo de la instalación en sus distintas partes.
4) Tipo y velocidad de giro del accionamiento del compresor.
5) Selección del acumulador.
6) Descripción detallada del resto de equipos auxiliares.
7) Consideraciones adicionales (ruido, pérdidas de caudal,…).
Cálculo de la fuerza del cilindro
La fuerza teórica que actúa sobre el pistón es: F = P . S
Donde P es la presión en bar, S la superficie del pistón en
metros cuadrados y F la fuerza en Newtons. También podemos usar la presión P en
kg/cm2, la superficie S en cm2 y la fuerza F en Kg fuerza. En la práctica, la
fuerza real o necesaria es un poco mayor, ya que existen fuerzas de rozamiento
con la estanqueidad del cilindro. Por ello se considera que la fuerza teórica
del cilindro se ve reducida entre un 10-15 % para presiones normales de trabajo
entre 4-8 bar.
En la tabla siguiente podemos conocer rápidamente la fuerza
teórica de empuje expresada en Newtons, N. Si queremos conocer los Kg que es
capaz de desplazar, basta dividir este valor entre 9,8 o de forma aproximada y
para mayor comodidad entre 10.
7. Pasos para determinar el consumo del Aire.
El consumo de aire de un cilindro es el volumen de aire
consumido para un ciclo completo, es decir avance y retroceso del vástago. Este
valor va a ser proporcional a la presión del aire del sistema, a la carrera del
cilindro y a la superficie por ambos lados del pistón, lado vástago y opuesto.
Consumo = Presión x Carrera x (Superficie lado empuje +
Superficie lado retroceso o vástago)
Para obtener el consumo en Normales litros (litros de aire a
presión atmosférica y 25 ºC), debemos de utilizar la presión en bar, la carrera
en decímetros, dm, y las superficies en decímetros cuadrados, dm2 (que podemos
obtener de la tabla anterior, Tabla 1).
Una vez conocido el consumo por ciclo, bastará multiplicar
este valor por el número de ciclos que opera el equipo.
8. Resumen.
Los cilindros neumáticos son dispositivos mecánicos que
producen una fuerza, que muchas veces va continuada de un movimiento, que viene
accionado por un gas comprimido (aire).
Aunque los cilindros neumáticos variarán de aspecto, tamaño
y la función, se pueden clasificar generalmente en dos categorías que
son cilindros de simple efecto y cilindros de doble efecto.
Los cilindros de acción simple utilizarán la fuerza
impartida por el aire para moverse en una única dirección, y un resorte o
vástago volverá a la posición inicial, es el más sencillo.
Los cilindros dobles utilizarán la fuerza del aire para
extenderse y contraerse, tienen dos entradas de aire.
9. Problemas cálculo de Cilindros Neumáticos.
1. Un cilindro de simple efecto, con retroceso por muelle,
es alimentado con aceite a una
Presión de 1000 N/cm2. Si el pistón tiene un diámetro de
50mm y el muelle opone una
Resistencia de 800 N. Calcule la fuerza que desarrolla el
cilindro.
2.
Un cilindro de doble efecto trabaja con aire a una presión
p=8 bar, su carrera es e=50mm,
el diámetro del émbolo es φe=30 mm, y el diámetro del
vástago es φv=10 mm, realiza una
Maniobra de 8 ciclos por minuto y en ambos movimientos
presenta un rendimiento de
η=85%. Se desea calcular para el caso teórico y para el caso
ideal:
a) Fuerza ejercida en las carreras de avance y de
Retroceso
b) Consumo de aire en condiciones normales durante
Una maniobra.
c) Potencia producida por el cilindro durante una
Maniobra.
3.
De un cilindro neumático de doble efecto se sabe que el
diámetro interior del cilindro es
de 6 cm y el diámetro del vástago de 20 mm. La fuerza que
proporciona el vástago en el
movimiento de avance resulta ser 217,15 Kgf. También se
conoce por el manual del
fabricante que las fuerzas teóricas de avance son de 226,19
Kgf y en el de retroceso
201,06 Kgf.
a) Calcula la presión a la que puede trabajar el cilindro.
b) Calcula la fuerza real de retroceso.
4.
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
5.
Se quiere diseñar un cilindro de simple efecto que utilice
en su funcionamiento un
volumen de aire de 650 cm3
con una carrera de 250 mm, que trabaje con una presión
de
11 Kp/cm2
.
Determina:
a) Diámetro del émbolo del cilindro.
b) Fuerza real de avance, teniendo en cuenta que las fuerzas
de rozamiento
suponen el 10% de la fuerza teórica y el resorte realiza una
fuerza equivalente al
15% de la fuerza teórica de avance.
6.
Un cilindro de doble efecto tiene un émbolo de 50 mm de
diámetro, un vástago de 19 mm
de diámetro, una carrera de 500 mm y realiza 50 ciclos cada
hora. Sabiendo que la
presión relativa de la red es de 6 kp/cm2
y que el rozamiento es el 10% de la fuerza
teórica del cilindro.
Determinar:
a) Fuerza que desarrolla el cilindro en su carrera de
avance, expresada en N
b) Fuerza que desarrolla el cilindro en su carrera de
retroceso, expresada en N.
c) Consumo de aire en condiciones normales en m3
/h.
7.
El vástago de un cilindro neumático de doble efecto es de
carrera corta y debe realizar
una fuerza en el avance de 20 KN con una presión máxima de 8
bares.
Determina
a) Diámetro que debe tener el vástago si está fabricado con
una material que tiene
una tensión admisible de 25 Kg/mm2
.
b) Diámetro del émbolo.
c) En esas condiciones que fuerza máxima puede realizar
durante la carrera de
retroceso
8.
Un cilindro vertical neumático se encuentra a una cierta
altura en las condiciones
representadas en la figura
Determinar
a) ¿Qué altura ascenderá si se eleva la temperatura hasta
35ºC, sabiendo que la
sección del cilindro es de 10 cm2
?
b) Qué altura descenderá si manteniéndose constante la
temperatura aumentase la
carga que soporta hasta 100 Kg?
9.
El depósito de aire de una instalación neumática contiene
1500 litros de aire a 4 bar de
presión, y a una temperatura de 8ºC. Se produce una subida
de temperatura
alcanzándose 30ºC, en esas condiciones: a)¿Qué presión
alcanzará el aire?. b) ¿Cuántos
litros de aire debemos extraer para continuar con la presión
original?
10.
Un cilindro de simple efecto, debe elevar una carga de 1500N
a una velocidad constante
de 1m/s, alimentado con una presión de 5 bares, siendo la
fuerza del resorte 100N.
Determinar: a) Diámetro mínimo del émbolo.
b) Caudal mínimo de alimentación
Calcular
Para mas informacion:
10. Cuestionario.
1. ¿Que son los cilindros?
Cilindros neumáticos (conocido a veces como cilindros del
aire) sea dispositivos mecánicos cuáles producen fuerza, a menudo conjuntamente
con movimiento,
y se accionan cerca gas comprimido (típicamente aire).
y se accionan cerca gas comprimido (típicamente aire).
2. ¿Para qué sirven?
El depender de diseño del sistema, 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 con los puntos que paran intermedios,
para ser ajustado para controlar la cantidad de extensión y/o la contracción de la barra de pistón actuada una vez.
Son dispositivos motrices en equipos neumáticos que transforman energía estática del aire a presión, haciendo avances o retrocesos en una dirección
rectilínea.
realizar movimientos múltiples sin la necesidad de la intervención intermedia, de realizar un movimiento completo con los puntos que paran intermedios,
para ser ajustado para controlar la cantidad de extensión y/o la contracción de la barra de pistón actuada una vez.
Son dispositivos motrices en equipos neumáticos que transforman energía estática del aire a presión, haciendo avances o retrocesos en una dirección
rectilínea.
3. ¿Dónde se utilizan?
Se utilizan ampliamente en el campo de la automatización
para el desplazamiento, alimentación o elevación de materiales o elementos de
las
mismas máquinas.
mismas máquinas.
4. ¿Qué tipo de cilindro existen en la neumática?
Aunque los cilindros neumáticos variarán de aspecto, tamaño
y la función, caen generalmente en una de las categorías específicas
demostradas abajo.
No obstante hay también numeroso otros tipos de cilindro neumático disponibles, muchos de los cuales se diseñan para satisfacer funciones específicas y
especializadas.
No obstante hay también numeroso otros tipos de cilindro neumático disponibles, muchos de los cuales se diseñan para satisfacer funciones específicas y
especializadas.
·
- Cilindros de acción simple.
-Cilindros dobles.
5. ¿Que es un cilindro de simple efecto?
Los cilindros de acción simple (SACO) utilizan la fuerza
impartida por el aire para moverse en una dirección (generalmente hacia fuera),
y un resorte a la vuelta “a casa” a la posición.
6. ¿Que es un cilindro de doble efecto?
Los cilindros dobles (DAC) utilizan la fuerza del aire
para moverse en extienden y contraen movimientos. Tienen dos puertos para
permitir el aire adentro, uno para el outstroke y uno para el instroke (entrada-salida).
7. ¿Qué tipo de cilindro es el más utilizado y por qué?
Básicamente del cilindro de doble efecto ya que este no
tiene muelle, el cilindro tiene más fuerza de empuje.
8. ¿Qué función tiene un cilindro?
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.
9. ¿Cómo está constituido un cilindro neumático?
Generalmente el cilindro neumático está
constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas,
entre las cuales desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido
un vástago que, saliendo a través de una o ambas tapas, permite utilizar fuerza
desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido actuar sobre
las superficies del émbolo.
10. ¿Por qué es importante determinar el diámetro de un
cilindro?
Es importante ya que al no tener un diámetro adecuado para
lo que se va a utilizar el cilindro o la función que va hacer no tendrá un
bueno desempeño o trabajo.
11. bibliografía
Manual de tecnología
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