T121 cilindros ok neumaticos

1
Neumática e Hidráulica
Ingeniería Eléctrica y Energética
Máquinas y Motores Térmicos
Departamento:
Area:
CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es
Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htm
Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82
N. T12.- Actuadores Neumáticos
Las trasparencias son el material de apoyo del profesor
para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.
Al alumno le pueden servir como guía para recopilar
información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes
2
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Introducción
Construcción básica
Cilindros de simple efecto
Cilindros de doble efecto
Cilindros sin vástago
Cilindros compactos
Cilindros elásticos y músculos
neumáticos
Cilindros de membrana
Cilindros de dobles vástago
Cilindros tándem
Cilindros de Impacto
Cilindros telescópicos
Cilindros de vástago hueco
Cilindros multiposicionales
Actuadores rotativos
Pinzas neumáticas
Detectores magnéticos
Multiplicador de presión
Motores neumáticos
Fuerza ejercida
Potencia
Consumo de aire
Reguladores de caudal
Control de la velocidad
Juntas
Amortiguación
Fijación
Pandeo del vástago
Normas

3
“Actuadores neumáticos” incluye cilindros y
actuadores rotativos
Proporcionan potencia y movimiento a sistemas
automatizados, máquinas y procesos mediante
el consumo de aire comprimido
La presión máxima de trabajo depende del
diseño del cilindro. La Norma VDMA permite
trabajar hasta 16 bar
INTRODUCCION (I)
Un cilindro neumático es un componente sencillo, de bajo coste y fácil de
instalar; es ideal para producir movimientos lineales
La carrera del cilindro determina el movimiento máximo que este puede
producir
4
El diámetro del cilindro y su presión de trabajo
determinan la fuerza máxima que este puede
hacer
La fuerza es controlable a través de un regulador
de presión
La velocidad tiene un amplio margen de ajuste
Toleran condiciones adversas como alta
humedad y ambientes polvorientos, y son de
fácil limpieza
INTRODUCCION (II)

5
Las partes del cilindro son:
Camisa
Tapa trasera
Pistón
Vástago
Tapa delantera
Juntas de estanqueidad (estáticas y dinámicas
Entrada/salida de aire trasera
Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)
Resorte para el retroceso, (S.Efec)
CONSTRUCCION BÁSICA (I)
Camisa
Tapa trasera
Tapa delanteraPistón
Vástago
Juntas est.
E/S aire delanteraE/S aire trasera
Juntas din.
6
CONSTRUCCION BÁSICA (II)
Las partes del cilindro son:
Camisa
Tapa trasera
Pistón
Vástago
Tapa delantera
Juntas de estanqueidad (estáticas y dinámicas)
Entrada/salida de aire trasera
Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)
Resorte para el retroceso, (S.Efec)
Camisa
Junta rascadora
Vástago
Tapa delantera
Tapa trasera
Aro guía
Tornillo amortig.
Junta pistón
Conexión
delanteraConexión
trasera Tornillo amortig.

7
Se dispone de una amplia variedad de actuadores neumáticos en cuanto a
dimensiones y tipos, incluyendo:
Cilindros
• Simple efecto con o sin muelle
• Doble efecto
o Sin amortiguación y amortiguación fija
o Amortiguación regulable
o Imán
• Sin vástago
• Compactos
• Elásticos
CONSTRUCCION BÁSICA (III)
Par y r.p.m.Accionamiento mecanismos rotativosMotor neumático
Par y ángulo de giroTrabajo angularActuador de Giro
Fuerza y carreraTrabajo rectilíneoCilindro
Parámetro BásicoFunciónActuador
De giro
Motores
8
Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo es
por la acción de un muelle:
• Vástago extendido (normalmente dentro)
• Vástago retraído (normalmente fuera)
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (I)
Max. carreras de 100 mm
N. Fuera
N. Dentro
Consumen poco aire

9
Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo es
por la acción de un muelle:
• Vástago extendido (normalmente dentro)
• Vástago retraído (normalmente fuera)
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (II)
Para que el cilindro pueda volver a su posición de reposo se requiere
que el aire de la cámara pueda ir a escape
3
12 10
1
2
Cto de mando de un C.S.E.
10
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (III)
Sin Muelle: la gravedad o otra
fuerza externa hace recuperar
al vástago su posición inicial
N. Fuera N. Dentro

11
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (IV)
2
13
12 10
3
12 10
1
2
Cto de mando a distancia de un C.S.E.
12
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (I)
El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida y
el de entrada del vástago
Permiten un mayor control de la velocidad
Pueden ser:
Sin amortiguación: están diseñados para aplicaciones con cargas
ligeras y baja velocidad
Amortiguación fija
Amortiguación regulable

13
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (II)
Pueden ser:
Sin amortiguación
Amortiguación fija está destinada a cilindros de pequeño diámetro
y para trabajar con cargas ligeras
Amortiguación regulable
Amort. delanteraAmort. trasera
14
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (III)
Pueden ser:
Sin amortiguación
Amortiguación fija
Amortiguación regulable: para progresivamente el pistón en el
último tramo de la carrera del cilindro
Amort. Reg. delanteraAmort. Reg. trasera

15
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (IV)
24
1
5 3
14 12
2
1 3
1210
2
13
12 10
Cto de mando a distancia de un C.D.E.
válvula 5/2 y dos válvulas 3/2
16
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (V)
Cto de mando semi-automático de un C.D.E.
• El cilindro va a más (sale) por efecto del pulsador manual, vuelve a menos
(retorna) por el final de carrera
• Requiere 1 válvula 5/2, y 2 válvulas 3/2 (pulsador y final de carrera)
24
1
5 3
14 12
2
1 3
1210
2
13
12 10
A+
A+
On-Off

17
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (VI)
Mando automático de un C.D.E.
• El cilindro no sale a mas hasta que
no se actúa la palanca
• El ciclo finaliza cuando se vuelve a
actuar sobre la palanca, y lo hace
con el cilindro a menos
24
1
5 3
14 12
2
13
12 10
A+
1.4
A-
2
1 3
1210
A+
2
13
12
10
A-
On-Off
18
CILINDROS SIN VASTAGO (I)
El movimiento del cilindro está contenido en el propio cuerpo del
cilindro. Al no salir un vástago ocupa la mitad
El movimiento se transmite a través de un carro exterior que se
desplaza a través de la camisa del cilindro
Una ranura, a lo largo de la camisa permite la conexión del carro con el
pistón
En el interior y el exterior del cilindro se disponen una junta y una
cubierta para la estanqueidad y la protección contra el polvo
Se suele utilizar para trabajar a través de líneas transportadoras, o
elevación de cargas en espacios reducidos
Los hay de arrastre magnético por medio de imanes (en el vástago y
exterior)
Estos cilindros tienen problemas de fugas de aire

19
CILINDROS SIN VASTAGO (II)
• Doble efecto• Con Guía
Preferible instalarlo con el carro hacia abajo:
• Evita la suciedad en la junta y su deterioro
• El peso cierra la junta y limita las fugas
• Doble efecto amort. regulable
20
CILINDROS SIN VASTAGO (III)
• Con arrastre magnético
No presentan fugas

21
CILINDROS CON DOBLE VASTAGO
Impide el giro del cilindro
22
CILINDROS COMPACTOS
Para utilizar en espacios reducidos donde sólo se precise una carrera corta
Con respecto a su diámetro son de poca longitud
Generalmente se utilizan en aplicaciones con poca carga
Normalmente utilizados en la versión simple efecto, pero también está
disponible en doble efecto, antigiro y doble vástago, magnético o no
S.E. Vástago retraído D.E. Doble vástago

23
CILINDROS ELÁSTICOS Y MÚSCULOS NEUMATICOS (I)
Son cilindros de simple efecto
Ensanchan y se retraen cuando se introduce aire comprimido, su
carrera es menos del 25% de su longitud
La comprensión y extensión máxima se debe limitar
externamente
Proporcionan carreras cortas de alta potencia
Pueden moverse en cualquier dirección debido su
elasticidad
No mantienen perfectamente la alineación
Se pueden utilizar como muelles de aire y son
ideales para aislar las vibraciones de las cargas
soportadas
Son de vida prolongada y no tienen fugas
24
CILINDROS ELÁSTICOS Y MÚSCULOS NEUMATICOS (II)
• Simple lóbulo
• Doble lóbulo
• Triple lóbulo, …

25
CILINDROS DE MEMBRANA
Son de carreras cortas, no mantienen una alineación perfecta
• S.E. Vástago retraído • D.E.
Membrana elástica
26
CILINDROS DE DOBLE VÁSTAGO

27
Proporcionan el doble de la fuerza
Las dos entradas/salidas están
internamente conexionadas
Carrera corta para la longitud del cilindro
CILINDROS TANDEM
28
CILINDROS DE IMPACTO
Deben estar diseñados para soportar el fuerte impacto que se produce
en la cámara delantera
Movimiento lento
Movimiento rápido
Poca área
Poca fuerza
Mucho área
Mucha fuerza

29
CILINDROS TELESCOPICOS
Proporcionan grandes carreras en relación con la longitud del cilindro
No se controla la posición
de salida intermedia
30
CILINDROS DE VASTAGO HUECO
Para paso de cables, técnicas de vacío, …

31
CILINDROS MULTIPOSICIONALES (4 Pos.)
C1-, C2-
C1+, C2-
C1-, C2+
C1+, C2+ Sin control de posición
3
12
2
A- A+
1
4
14
32
ACTUADORES ROTATIVOS (I)
Utilizados para girar componentes, actuar válvulas de control de procesos,
y giros en aplicaciones de robótica
Proporcionan un giro limitado
• De paleta, D.E con ángulo de giro de 270º

33
ACTUADORES ROTATIVOS (II)
• D.E. piñón y cremallera
34
ACTUADORES ROTATIVOS (III)
• D.E. piñón y cremallera (doble par)

35
PINZAS NEUMATICAS
Agarran piezas
Su movimiento se realiza por acción de un
cilindro interior que acciona un brazo articulado
36
DETECTORES MAGNETICOS
El pistón puede llevar un imán incorporado
Se puede utilizar únicamente para detectar principio y final de carrera; o si
se dispone de un aro magnético alrededor del cilindro para detectar
cualquier posición intermedia
N S

37
21 FF =
Equilibrio
A
F
p = 2211 ApAp =
2
1
12
A
A
pp =
2
1
12
p
p
AA =
MULTIPLICADOR DE PRESION (I)
A1
A2
p1
p2
F1 F2 A2A1
38
Posible problema de sobre presiones
si se obstruye la tubería delantera
(max)p
A
A
pp 1
2
1
12 >=
MULTIPLICADOR DE PRESION (II)
A1
A2
A1
A2
p1 p2

39
Transforman la energía del aire comprimido en energía mecánica de rotación
De paletas: 3.000 a 9.000 rpm, hasta 20 CV
c = nº de cámaras
n = r.p.m.
P1 = presión relativa actuante (kg/cm2)
Pot = Potencia (CV)
QN = Caudal normal
r = radio (mm)
S = Superficie máx de la paleta (cm2)
V1 = volumen de la cámara máxima (cm3)
v = velocidad (m/s)
75100060
rn2SP
rwSPvF
t
eF
t
Trabajo
Pot 11
11
π
=====
rSPrFPar 11==
)1P(ncVQ 11N +=
MOTORES NEUMATICOS (I)
40
De engranajes: baratos y de reducido rendimiento, hasta 60 CV
2
zbm25,2P
2
zm
SPrSPPar
2
1
1111 ===
)1P(nzV2Q 11N +=
b = ancho del diente (mm)
m = módulo de la rueda dentada (altura del diente, mm)
n = r.p.m.
z = nº de dientes de la rueda
P1 = presión relativa actuante (kg/cm2)
Pot = Potencia (CV)
r = radio (mm)
V1 = volumen de la cámara máxima
w = velocidad angular (rad)
75100060
nzbm25,2P
n2ParwPar
t
Trabajo
Pot
2
1 π
=π===
MOTORES NEUMATICOS (II)

41
De pistones: hasta 4.000 rpm y 30 CV
)rr(SPrFrFPar 212211 +=+=
)1P(nZcSQ 1N +=
S = sección del pistón (mm)
c = carrera (mm)
n = r.p.m.
Z = nº de pistones del motor
α=αα= 2sen
2
rSP
sencosrSPPar
Turbinas: similar a un compresor centrífugo, de 200.000 a 500.000 rpm
Radial
Axial
MOTORES NEUMATICOS (III)
42
FUERZA EJERCIDA (I)
La fuerza teórica del cilindro se calcula multiplicando el área efectiva del
pistón por la presión de trabajo
• El área efectiva para el cilindro “a más” (salida) es el área completa del diámetro
“D” cilindro
• El área efectiva del cilindro “a menos” (retorno) se reduce por el área que ocupa
el vástago del pistón “d”
d
D
[ ] [ ] [ ]
10
barP
mm
4
dD
NF 2
2
vas
2
cil
retorceso
−
π=
[ ] [ ] [ ]
10
barP
mm
4
D
NF 2
2
cil
avance π=
226
2
2
5
2
55
mm
N
1,0
mm10
m
m
N
10
m
N
10Pa10bar1 =





===
P manométrica

43
FUERZA EJERCIDA (II)
Cuando se estima la fuerza relativa de un cilindro con diferentes diámetros,
es útil recordar que la fuerza se incrementa con el cuadrado del diámetro
2d
d
Si se dobla el diámetro se
cuadriplicará la fuerza
=
d
d d
44
Calcular la fuerza teórica que puede ejercer un cilindro a mas, de diámetro
50 mm a una presión de trabajo de 8 bar
Calcular la fuerza teórica que puede ejercer un cilindro a menos, de diámetro
50 mm y vástago diámetro 20 mm a una presión de trabajo de 8 bar

45
En un cilindro de S.E. hay que tener en cuenta la fuerza ejercida por el
muelle (la fuerza opositora del muelle se incrementa a medida que el
muelle se comprime)
• Si es normalmente dentro con retorno a por muelle
• Fmuelle resta a la teórica en la salida del cilindro
• Fmuelle es la fuerza de retorno
• Si es normalmente fuera, salida por muelle
• Fmuelle resta a la teórica en el retorno del cilindro
• Fmuelle es la fuerza de salida
FUERZA EJERCIDA (III)
cilresorte F%15al10F ≈
46
FUERZA EJERCIDA (IV)
• Las tablas de las fuerzas se pueden
encontrar en los catálogos
• Los valores mostrados a son para
presión de trabajo de 6 bar
• Para otras presiones multiplicar por
la presión y dividir por 6
Diám. cilindro
mm
A mas (N)
a 6 bar
A menos (N)
muelle
10 37 3
12 59 4
16 105 7
20 165 14
25 258 23
32 438 27
40 699 39
50 1.102 48
63 1.760 67
80 2.892 86
100 4.583 99
En un cilindro de S.E.

47
FUERZA EJERCIDA (V)
En un cilindro de D.E.
• Los valores a menos son
menores por el área que ocupa
el vástago
• Los valores mostrados en la
tabla son para presión de
trabajo de 6 bar
• Para otras presiones multiplicar
por la presión y dividir por 6
Diám. Cil.
mm
Diám. Vas.
mm
A mas (N)
a 6 bar
A menos (N)
a 6 bar
8 3 30 25
10 4 47 39
12 6 67 50
16 6 120 103
20 8 188 158
25 10 294 246
32 12 482 414
40 16 753 633
50 20 1.178 989
63 20 1.870 1.681
80 25 3.015 2.721
100 25 4.712 4.418
125 32 7.363 6.881
160 40 12.063 11.309
200 40 18.849 18.095
250 50 29.452 28.274
320 63 48.254 46.384
48
FUERZA EJERCIDA (VI)
Fuerza útil
Para seleccionar un cilindro y la presión de trabajo, se debe hacer una
estimación de la fuerza real que se precisa
Se toma como % de la teórica que debe realizar el cilindro seleccionado
– En aplicaciones estáticas la fuerza se ejerce al final del movimiento (p.ej. para
fijar), es decir cuando la presión alcanza su valor máximo. Las únicas pérdidas son
causa del rozamiento, y como norma general, se puede tomar un 10%
(algo mayor en cilindros de diámetro pequeño y menor en los de mayor diámetro)
– En las aplicaciones dinámicas la fuerza se ejerce durante el movimiento para
mover la carga (para aceleración, y vencer el rozamiento); y ayudar a expulsar el aire
de la cámara del pistón (permite una regulación adecuada de la velocidad)
Como norma general, el esfuerzo estimado debe quedar entre el 50 y el 75% del
esfuerzo teórico del cilindro escogido

49
La fuerza de un cilindro: depende de la presión, la sección del émbolo y del
rozamiento en las juntas dinámicas
Fretorceso [N]Favance [N]
C. S.E.
C. D.E.
teóricareal FF <
cilresorte F%15al10F ≈ cilrozamiento F%10al5F ≈
FUERZA EJERCIDA (VII)
[ ] [ ]
10
barP
mm
4
dD 2
2
vas
2
cil −
π[ ] [ ]
10
barP
mm
4
D 2
2
cil
π
[ ]NFresorte[ ] [ ] [ ]NF
10
barP
mm
4
D
resorte
2
2
cil
−







π
Cambian si es
normalmente fuera
teóricareal F0,75a5,0F ≈
50
Potencia desarrollada: ][
000.1
]/[][
kW
smvNwF
= ][
75
]/[][
CV
smvkF f
=
Movimiento circular:
][
550.9
][][
kW
rpmvmNwM
= ][
2,716
][][
CV
rpmvmkM f
=
Movimientos lineales:
Potencia desarrollada:
Potencia necesitada: ][
612
min]/[][
kW
lQbarP
η
= ][
450
min]/[][
CV
lQbarP
η
=
presióngruponinstalacióactuador ηηηη =
POTENCIA

51
CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (I)
Hay dos factores a considerar en el consumo de aire de un cilindro:
El volumen desplazado por pistón multiplicado por la presión absoluta
El volumen de todo circuito neumático (cavidades en culatas y pistón,
puertos del cilindro, tubos de alimentación y cavidades en la válvula, etc),
todos ellos multiplicados por la presión manométrica. Este volumen, que
va a escape, varía según la instalación y se considera entre el 5-10% del
volumen del cilindro
En los cilindros de D.E. hay que considerar las dos cámaras en cada
carrera del cilindro (con sus diferentes volúmenes)
En los cilindros de S.E. sólo de llena una de las cámaras (depende si el
cilindros es normalmente dentro o fuera)
52
CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (II)
En un cilindro de D.E. el volumen consumido por ciclo de trabajo (salida +
retorno) es la suma de:
En la carrera a más (salida)
En la carrera a menos (retorno)
[ ] [ ] [ ] [ ]
6
atm2
2
vas
2
cil
retorceso
10
barPP
mmCarreramm
4
dD
litrosV
+−
π=
[ ] [ ] [ ] [ ]
6
atm2
2
cil
avance
10
barPP
mmCarreramm
4
D
litrosV
+
π=
P manométrica
Volúmenes por ciclo de trabajo

53
Calcular el consumo de aire por minuto en un cilindro de D.E. de dimensiones:
– Diámetros cilindro/vástago: 80 mm / 30 mm
– Carrera 1.000 mm
– Presión 6 bar
– 10 ciclos por minuto
54
CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (III)
• Multiplicar cada valor por la
carrera en mm
• Para presiones diferentes de 6
bar multiplicar por la presión
absoluta y dividir por 7
Consumo en litros a 6 bar por
mm de carrera del cilindro
Diám.
mm
Vás.
mm a mas a menos ciclo
10 4 0.00054 0.00046 0.00100
12 6 0.00079 0.00065 0.00144
16 6 0.00141 0.00121 0.00262
20 8 0.00220 0.00185 0.00405
25 10 0.00344 0.00289 0.00633
32 12 0.00563 0.00484 0.01047
40 16 0.00880 0.00739 0.01619
50 20 0.01374 0.01155 0.02529
63 20 0.02182 0.01962 0.04144
80 25 0.03519 0.03175 0.06694
100 25 0.05498 0.05154 0.10652
125 32 0.0859 0.08027 0.16617
160 40 0.14074 0.13195 0.27269
200 40 0.21991 0.21112 0.43103
250 50 0.34361 0.32987 0.67348

55
CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (IV)
Para estimar la media total de consumo de aire en un sistema neumático
hacer el cálculo para cada cilindro, sumarlos todos y añadir un 10%
Es importante entender que las necesidades de caudal instantáneo para un
circuito serán mayores que la media y en algunos casos mucho mayores
Tanto para el cálculo de la F como para el del Q
hay que tener en cuenta el tipo de cilindro …
Qciclo = Qavance+ Qretroceso (litros/ciclo)
C. S.E
C. D.E. [ ] [ ] [ ]
6
atm2
2
vas
2
cil
10
barPP
mmCarreramm
4
dD2 +−
π
[ ] [ ] [ ]
6
atm2
2
cil
10
barPP
mmCarreramm
4
D +
π
56
CONSUMO DE AIRE DE UN CILINDRO (V)
Siempre que el cilindro tenga que realizar el esfuerzo en un solo movimiento
(avance o retroceso), interesa colocar C.S.E. ya que tiene menor consumo de
aire; pero los C.S.E. son de carreras cortas
2
13
12
Un posible esquema para “convertir”
un C.D.E. en S.E. es el siguiente:
1bar
Acumulador
Antiretorno
Reg. presión

57
Dado un cilindro de doble efecto, diámetros de pistón y vástago 125 mm y 30
mm, carrera de 200 mm, presión de trabajo de 6 bar y el rendimiento del cilindro
del 90%, calcular:
– las fuerzas de avance y retroceso
– consumo de aire para 150 ciclos/hora
58
Con un cilindro de doble efecto y radio de vástago de 22 mm trabajando a 6 bar
se tiene que realizar una fuerza al avance de 40 kg, y 140 kg al retroceso,
suponiendo un rendimiento del 90%, calcular:
– el diámetro del cilindro
– las fuerzas máximas que puede ejercer
– consumo si la carrera es de 700 mm y realiza ciclos de 5 min

59
REGULADOR DE CAUDAL (I)
Regulador de caudal regulable, uni-direccional, montado en línea
– Caudal libre en una dirección
– En la dirección opuesta caudal restringido y regulable
60
REGULADOR DE CAUDAL (II)
Regulador de caudal regulable, uni-direccional, montado en línea
– Caudal libre en una dirección
– En la dirección opuesta caudal restringido y regulable
Diseño para ir montado directamente
sobre la cabeza del cilindro
• Versiones alimentación y descarga

61
CONTROL DE VELOCIDAD (I)
La velocidad “natural” máxima de un cilindro viene determinada por:
la dimensión del cilindro
la dimensión de las conexiones
la entrada y escape de la válvula
la presión de aire
el diámetro y la longitud de las tuberías
la carga que está actuando el cilindro
62
CONTROL DE VELOCIDAD (II)
La velocidad natural del cilindro se puede incrementar o reducir
• Normalmente una válvula menor reduce la velocidad
• Una válvula mayor suele incrementar la velocidad
La dimensión de las conexiones limita la velocidad
conexión restringidaconexión no restringida

63
CONTROL DE VELOCIDAD (III)
• Se regula la velocidad de
retorno del cilindro s/e
12
3
12 10
1
2
Ver el efecto del regulador conexionado al revés
A menos
A más
64
CONTROL DE VELOCIDAD (IV)
• Regula la velocidad del cilindro
en ambos sentidos
1
2
3
12 10
1 2
2 1
La velocidad en ambos sentidos puede ser diferente
A menos
A más

65
CONTROL DE VELOCIDAD (V)
• Seleccionados el cilindro, la presión, la carga y la válvula, el control
de la velocidad se ajusta con reguladores de caudal
• La velocidad se regula controlando el caudal de aire hacia los
escapes
A menos
A más
• El regulador de la cabeza anterior
controla la velocidad del cilindro “a
mas” y el de la cabeza posterior la
velocidad del cilindro “a menos”
66
CONTROL DE VELOCIDAD (VI)
Aumento de la velocidad en un cilindro de D.E.
• En algunas aplicaciones la velocidad se puede incrementar en un
50% utilizando válvulas de escape rápido
• Cuando actúa, el aire de escape del cilindro pasa directamente al
escape a través del la válvula de escape rápido
• La amortiguación será menos efectiva

67
CONTROL DE VELOCIDAD (VII)
Válvula de escape rápido
• El aire fluye desde la válvula de
control hacia el cilindro a través de
una junta de labios
• Cuando se actúa sobre la válvula
de control la caída de la presión en
la válvula permite a la junta de
labios cambiar su posición y
conectar directamente con el
exterior
• El aire del cilindro escapa hacia el
exterior rápidamente a través del
silenciador
1
2
1
2
1
2
68
CONTROL DE VELOCIDAD (VIII)
Gráfico Velocidad /Presión en un cilindro de D.E.
Carga
Curva característica de presión velocidad durante la carrera de salida de
un cilindro típico con amortiguación y reguladores de caudal
0
0
2
4
6
8
10
Tiempo
V (m/s)bar
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
empieza movimiento
final movimientocambio válvula
Velocidad
P1
P2
Diferencial para mantener la
velocidad contra carga y fricción
P1 P2

69
CONTROL DE VELOCIDAD (IX)
Guía velocidad cilindros
A modo de guía, el gráfico muestra
la velocidad máxima que alcanzan
los cilindros en combinación de los
Cv típicos de las válvulas, y del
tanto por ciento de carga
Cv 0,4 y 25 Ø
Cv 1,0 y 32 Ø
Cv 4,0 y 80 Ø
Cilindros con vástago
Cv 0,4 y 50 Ø
Cv 0,35 y 25 Ø
Cv 6,0 y 250 Ø
010
Carga %
305080100
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
2,000 Sin vástago
V (mm/s)
70
CONTROL DE VELOCIDAD (X)
Tiempo de respuesta
• Tiempo aproximado de un ciclo
Valores para válvula y cilindro
• Tabla de tiempos orientativos para
cilindros D.E.
− 150 mm de carrera
− Un ciclo de ida y vuelta
− Válvula 5/2 bobina - muelle
− 6 bar de presión de suministro
− 1m de tubo entre válvula y cilindro
− Sin carga en el vástago
Diámetro
(mm)
Tamaño
válvula
Cv Tiempo
(ms)
20 1/8 0,3 225
50 1/8 0,4 700
63 1/4 1.0 525
100 1/4 1,0 1.100
160 1/2 3,5 950
200 1/2 3,5 1.560
200 1 7,8 650
320 1 7,8 1.280

71
JUNTAS (I)
Juntas que presenta un cilindro D.E. con amortiguación neumática
Junta rascadora
Junta de la camisa
Aro guíaJunta del émbolo
Junta del amortiguaciónJunta del tornillo
de amortiguación
72
JUNTAS (II)
Las juntas estandar son adecuadas para un funcionamiento contínuo
en un rango de + 2ºC hasta + 80ºC
Temperaturas más altas hacen las juntas más blandas, por lo que se
gastan antes y producen mayor fricción
Temperaturas más bajas endurezen las juntas, lo que las hace más
quebradizas y tienden a resquebrajarse y romperse por lo que
aparecen fugas
Para aplicaciones con alta temperatura con un funcionamiento
continuo en ambientes de hasta 150ºC, los cilindros han de solicitarse
con juntas de “Viton”

73
JUNTAS (III)
Junta del émbolo (I)
Si es tórica, va suelta en una ranura del
émbolo, con el diámetro exterior en
contacto con el agujero
Cuando se aplica presión la junta tórica
se deforma hacia un lado y hacia arriba
para estanqueizar el espacio entre el
diámetro exterior del pistón y la camisa
Junta del émbolo
Tórica
74
JUNTAS (IV)
Junta del émbolo (II)
Las de labios se utilizan en cilindros de
tamaño medio y grande
• Cierra solo en una dirección
• Una para cilindro simple efecto
• Dos para cilindro doble efecto
• Esfuerzo radial bajo para reducir el
efecto de la fricción estática
(favorecer el arranque)
• Alta adaptación
Junta del émbolo
De labios

75
JUNTAS (V)
Junta del émbolo (III)
Las de Z se emplean para sellar
pistones de cilindros de diámetro
pequeño
La forma en Z actúa como si fuera un
ligero resorte radial proporcionando
esfuerzo radial bajo y alta adaptación
Cierra en ambas direcciones
Ocupan menos espacio
Junta del émbolo
Z
76
JUNTAS (VI)
Aro guía
Es una tira abierta colocada alrededor del
pistón
Está hecho de material plástico resistente
Si hay una carga elevada por un lado, se
convierte en un cojinete que evita una
excesiva deformación de las juntas
Protege la camisa de muescas que puede
hacer el pistón
Aro guía

77
JUNTAS (VII)
Juntas de cierre de la camisa
Son tóricas, y al ser estáticas han de
ser ajustadas en el agujero que
ocupan
Colocadas en la camisa roscada y
entre camisa y culata
Junta de cierre
de camisa
Junta de cierre
de camisa
78
JUNTAS (VIII)
Juntas rascadoras (I)
Una parte de la junta tiene dos funciones:
• estanqueizar
• limpiar
El otro lado de la junta hace un ajuste a
presión adecuado para el alojamiento del
cojinete
La acción limpiadora evita que las
partículas abrasivas entren dentro cuando
el vástago entra
Las hay especiales para ambientes
agresivos
Junta rascadora

79
JUNTAS (IX)
Juntas rascadoras (II)
El Fuelle Protector es una alternativa a juntas limpiadoras
especiales
Hay que especificarlo al demandar el cilindro, ya que
requiere alargar el vástago
Es una solución ideal cuando el vástago puede
desgastarse o arañarse por objetos externos Fuelle protector
80
JUNTAS (X)
Juntas de amortiguación
Estas juntas tienen dos funciones:
• junta
• válvula antiretorno
Cierran por la parte interior del
diámetro cuando ha de haber
amortiguación
El aire circula libre por el lado externo
y penetra al otro lado cuando el
pistón hace la carrera de avance
Junta de
amortiguación

81
AMORTIGUACION (I)
La amortiguación protege el cilindro y la carga absorbiendo la energía
cinética al final de la carrera. Esto se traduce en una progresiva
deceleración y un contacto leve entre el pistón y la cabeza del cilindro
Hay dos variantes:
• Amortiguación fija, para cilindros pequeños y de baja carga,
consiste en un muelle interior al final de la carrera del cilindro
• Amortiguación neumática, para cilindros mas grandes; se
disponen en aproximadamente los últimos 2 cm de la carrera
82
AMORTIGUACION (II)
Amortiguación regulable (I)
• El pistón se mueve con velocidad hacia la izquierda
• El aire se escapa a través del interior de la junta de amortiguación
Junta de
amortiguación

83
AMORTIGUACION (III)
Amortiguación regulable (II)
• La junta de amortiguación se desplaza hacia la izda empujada por el
casquillo de amortiguación cerrando el paso del aire a través de ellaón
• El aire solo puede salir a través del tornillo de amortiguación. La presión
crece y amortigua al pistón. El ajuste del tornillo regula la amortiguación
Tornillo de ajuste
84
AMORTIGUACION (IV)
Amortiguación regulable (III)
• El sistema está diseñado para que el golpe del pistón, vástago y carga
con la cabeza del cilindro sea suave

85
AMORTIGUACION (V)
Amortiguación regulable (IV)
• La válvula se ha actuado para hacer ir el cilindro a mas
• La junta de amortiguación se desplaza hacia la derecha. El aire puede
atacar a todo el diámetro del pistón
86
AMORTIGUACION (VI)
Amortiguación regulable (V)
• El pistón se mueve hacia la derecha sin ningún tipo de restricción

87
AMORTIGUACION (VII)
Amortiguación regulable (V)
Inicia la salida casi sin restricción
( la válvula antiretorno está abierta)
Inicia el retorno casi sin restricción
(la válvula antiretorno está cerrada)
Al final del retorno aparece
la restricción
Sale sin restricción
( la vál. ant. está abierta)
Vál. antiretorno
88
AMORTIGUACION (VIII)
Amortiguadores
• Para desacelerar suavemente cargas muy pesadas y velocidades altas
• Complementa o reemplaza el interior del cilindro al amortiguar
• Modelos autocompensados no regulables
• Modelos regulables, en dos tamaños
0.9 a 10 kg
2.3 a 25 kg
9 a 136 kg
105 a 1.130 kg
Regulables
5 a 450 kg
10 a 810 kg
Autocompensados

89
AMORTIGUACION (IX)
Amortiguadores autocompensados
• El principio de operación se basa en una
restricción progresiva del caudal
• Inicialmente el pistón se empuja fácilmente. El aceite se desplaza a
través de varios orificios métricos
• A medida que la carrera avanza se dispone cada vez de menos de
orificios métricos
90
AMORTIGUACION (X)
Amortiguadores regulables
• Acumulador interno que contiene una celda
cerrada de espuma de elastómero para reserva
de desplazamiento de fluido
• El tamaño de los orificios se puede regular actuando sobre una tuerca;
esto permite una deceleración precisa para alcanzar un amplio rango
de masas y velocidades características

91
AMORTIGUACION (XI)
Amortiguadores regulables
La masa equivalente se calcula usando la fórmula:
Donde:
me = masa equivalente (kg)
v = velocidad (m/s)
W3 = energía total, W1 + W2 (Nm)
o W1 = energía cinética = ½ m.v2 (Nm)
o W2 = energía asociada a la fuerza = F.s (Nm)
− m = masa (kg)
− F = fuerza de impulso (N)
− s = carrera del amortiguador (m)
2
3
e
v
W2
m =
92
Masa de 10 kg fuerza de 100 N, contactará con el amortiguador a una
velocidad de 1 m/s. La carrera del amortiguador autocompensado es de
0,025 m nominales

93
FIJACIONES
Para no dañar el cilindro, hay que asegurar que los esfuerzos son
totalmente axiales
Por pies
Por rosca
Por brida anterior
Por brida posterior
Por brida anterior oscilante
Por brida posterior oscilante
Por brida central oscilante
94
PANDEO DEL VASTAGO (I)
Algunas aplicaciones requieren carreras de cilindros muy largas
Si hay una fuerza de apriete axial en el vástago, hay que vigilar que los
parámetros del vástago, longitud, diámetro y carga, estén dentro de los
límites adecuados que eviten el pandeo
La ecuación de Euler para la inestabilidad elástica es:
Donde:
Fp = Fuerza de pandeo (carga límite)
E = Módulo de elasticidad del material de la barra (kg/cm2)
I = Momento de inercia de la barra
lp = Longitud de pandeo de la barra
[ ]
2
p
22
pandeo
L
Icm/kgE
F
π
=

95
PANDEO DEL VASTAGO (II)
La longitud de pandeo de la barra
comprimida depende de la instalación
• de la longitud real
• de la disposición de sus extremos
(articulados, empotrados o libres)
Para una columna delgada, fija por un
extremo y con el otro extremo libre
(caso Euler 1) lP = 2l
Para una columna delgada articulada
por ambos extremos (caso Euler 2), la
longitud libre de pandeo lP es la misma
que la longitud l entre articulaciones.
1
l
1
Articulación
Articulación
l P = l
3
2
Extremo libre
Empotramiento
l P = 2l
96
PANDEO DEL VASTAGO (III)
1, 2 y 3: un vástago gastado con
cojinete permitirá un pandeo inicial
si el vástago está articulado
Asumir lP = l (caso Euler 2)
l
l
5
1
3
2
4
6
7
8
l
l
l
l
l
l
4, 5 y 6: el extremo del vástago
está libre lateralmente
Asumir lP = 2l (caso Euler 1)
7: caso especial. lP < 2l
8: caso especial. lP < 1,5 l

97
PANDEO DEL VASTAGO (IV)
Tabla guía para la máx. Lon. de carrera en mm
8032
2 1.000 450 960 1.100
6 860 390 530 610
10 650 290 390 450
16 500 210 290 340
8040
2 1.200 500 1.370 1.580
6 1.200 500 760 880
10 950 430 570 660
16 730 320 430 500
casos
4,5,6
caso
7
Cilindro Bar casos
1,2,3
caso
8
16
2
8050
2 1.300 450 1.740 1.990
6 1.300 450 960 1.110
10 1.100 450 720 840
920 410 550 640
8063
2 1.300 500 1.360 1.550
6 1.200 500 750 860
10 920 410 560 640
16 700 300 420 490
8080
2 1.600 600 1.680 1.930
6 1.500 600 920 1.060
10 1.100 510 690 800
16 880 380 520 600
8100
1.500 600 1.320 1.500
6 1.010 530 710 810
10 890 380 520 600
16 670 280 390 450
casos
4,5,6
caso
7
Cilindro Bar casos
1,2,3
caso
8El factor de seguridad “s” = 5 por la
carga del cilindro, da la fuerza de
pandeo admisible a una presión
determinada
98
NORMAS (I)
La ISO 6431 y la ISO 6432 estandarizan las dimensiones de la
instalación de un tipo de cilindros y sus fijaciones. Sin embargo las
fijaciones de un fabricante pueden no coincidir con el cilindro de otro
La VDMA 24562 es una modificación de las arriba indicadas que incluye
más dimensiones, en particular las del vástago y las medidas para las
fijaciones que se adaptan a él
La ISO 6009 estandariza la nomenclatura a utilizar para las dimensiones
en las hojas técnicas de los fabricantes
Existen fijaciones adicionales fuera del ámbito de esta norma
Existen muchos tipos de diseño de cilindros no cubiertos por las
restricciones en medidas de las normas
Estos cilindros incorporan las últimas innovaciones en técnicas
constructivas para proporcionar diseños limpios y compactos y medidas
más pequeñas

99
NORMAS (II)
Las ventajas de la estandarización son:
• Fácil sustitución de componentes
• Menores precios de los componentes
La principal ventaja de los elementos no normalizados es el ajuste de
consumo, presión, dimensiones, etc, a las necesidades de la máquina, esto produce:
• Menores costes de funcionamiento (menos gasto de aire)
• Menores dimensiones de las máquinas

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