Cilindros neumaticos

1. 1
7.- ACTUADORES NEUMÁTICOS
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ACTUADORES: GENERALIDADES
El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo:
El movimiento lineal se obtienen por cilindros de émbolos (éstos también
proporcionan movimientos rotativos con un ángulo de hasta 270º por medio de
actuadores de tipo piñón-cremallera)
Para el movimiento de giro continuo se emplean motores neumáticos de rotación
continua.
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ACTUADORES: ACTUADORES LINEALES.
Los cilindros son los componentes más comunes en neumática. Existen dos tipos
fundamentales:
Cilindros de simple efecto con una entrada de aire para producir la carrera de
trabajo en un sentido.
Cilindros de doble efecto con dos entradas de aire para producir carreras de
trabajo de salida y retroceso
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO
 Consumo de aire algo más bajo
que el cilindro de doble efecto de
igual tamaño.
 Reducción de impulso debida a la
fuerza contraria del resorte
 Longitud global más larga y una
longitud de carrera limitada
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ACTUADORES: ACTUADORES LINEALES.
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO
El trabajo se desarrolla en las dos carreras de salida y retroceso
El impulso disponible en la carrera de retroceso es menor debido a que el área efectiva
del émbolo es más pequeña.
Mayor longitud de carrera para un mismo tamaño constructivo que el de simple efecto
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ACTUADORES: CARACT. PRINCIPALES.
Las características principales de un buen actuador neumático lineal:
Que su rozamiento interno sea lo más bajo posible.
Que su montaje o instalación sea lo más simple y rápida.
Que su vida útil sea lo más larga posible.
Que existan gran variedad de diseños para adaptarlos a diversas
necesidades.
Que pueda utilizarse con o sin lubricación.
Que pueda resistir la temperatura, y esfuerzos de compresión y
tracción a las que será sometido.
Que tenga gran capacidad de amortiguación.
Que tenga posibilidad de detectar su posición de carrera
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ACTUADORES: SELECCIÓN DE ACTUADORES LINEALES
Cuando se trata de seleccionar un actuador, se realizan las
siguientes operaciones básicas de cálculo:
Cálculo de la fuerza
Verificación del pandeo.
Capacidad de amortiguación
Consumos de aire comprimido
Fuerza radiales
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ACTUADORES: FUERZA DESARROLADA POR UN CILINDRO 1
La fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del émbolo, de la
presión del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento.
La fuerza teórica se calcula por la expresión:
Fteor = Fuerza teórica del émbolo en N. A = Área en m2.. P = Presión relativa en Pa (N/m2)
Para determinar la fuerza real hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones
normales de servicio (presiones entre 4 y 8 bar) las fuerzas de rozamiento representan de un 3
a un 20 % de la fuerza calculada.
Si el cilindro es de simple efecto, a la fuerza teórica calculada, hay que reducirle además la del
resorte. La fuerza de un muelle depende de la elongación del mismo y se calcula por la
expresión
PAFteor *=
XkFF *=F = Fuerza del muelle en N
k = Constante del muelle en N/mm
X = Elongación en mm
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ACTUADORES: FUERZA DESARROLADA POR UN CILINDRO 2
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, la fuerza
real del cilindro de simple efecto, quedaría como sigue:
)(* FRn FFPAF +−=
El área efectiva de un cilindro depende de si se considera en
avance o en retroceso, puesto que en retroceso hemos de
considerar el diámetro del émbolo.
4
*
:
4
*
2
*;*:
2
22
2
D
A
avanceEn
DD
ARAcilindroundeÁrea
π
π
ππ
=
=





==
Para cilindros de doble efecto, hemos de considerar además de las expresiones anteriores, la
consideración de una menor área efectiva en el retroceso debido al diámetro del émbolo:
( )
4
*
:
22
dD
A
retrocesoEn
−
=
π
D = Diámetro del cilindro en m
d = Diámetro del émbolo en m
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ACTUADORES: ELECCIÓN DE UN CILINDRO POR TABLAS
Valores válidos para cilindros de doble efecto
COEFICIENTE DE CARGA
100*%
teóricaFuerza
necesariaFuerza
Co =
Co ≤ 85% y si requiere control
de velocidad preciso Co ≤ 70%
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ACTUADORES: VERIFICACIÓN DEL PANDEO
“Pandeo es la deformación que sobreviene
a una barra esbelta cuando se le somete a
un esfuerzo de compresión”
En la práctica, en vez de calcular el pandeo, se
comprueba si para las condiciones particulares
del cilindro y del montaje el pandeo producido es
admisible o no. Existen dos formas: la analítica y
la gráfica.
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ACTUADORES: VERIFICACIÓN DEL PANDEO
El diagrama de la figura siguiente está construido considerando el caso más desfavorable
(empotramiento trasero y carga libre). Con ello, cuando se utilice este diagrama (aún sin
conocer la instalación del cilindro) no corremos riesgo de equivocarnos en la elección.
Ejemplo:
¿Cuál es la longitud de carrera
máxima para un cilindro con los
siguientes datos?:
Diámetro del cilindro= 63 mm
Diámetro del vástago = 20 mm
Presión = 6 bar
Fuerza = 1700 N
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ACTUADORES: AMOTIGUACIÓN
Los cilindros neumáticos pueden tener una velocidad muy elevada y se pueden desarrollar
fuerzas de choque considerables al final de la carrera
Los.
Los cilindros sin amortiguación están diseñados para aplicaciones cargas ligeras
con y baja velocidad.
La amortiguación fija está destinada a cilindros de pequeño diámetro y para
trabajar con cargas ligeras.
En los cilindros más grandes, el efecto del impacto puede ser una amortiguación
neumática regulable
1. Casquillo de amortiguación
2. Junta de amortiguación
3. Orificio de restricción regulable
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ACTUADORES: CAUDAL DE AIRE Y CONSUMO 1
El consumo de aire de un cilindro es:
Q = Superficie del embolo * Longitud carrera * Pabs [Para una sola carrera ]
PabsL
D
Q **
4
* 2
π
=
El consumo para un ciclo será doble (carreras de ida y vuelta) ya que a niveles
prácticos resulta despreciable el volumen del vástago en la carrera de retroceso
y, en todo caso, dicho volumen compensa el de la tubería del circuito de
alimentación del cilindro
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ACTUADORES: CAUDAL DE AIRE Y CONSUMO 1
El caudal máximo de un cilindro en litros/minuto viene dado por la expresión:
min]/[
10*4
)013,1(****
41,1 6
2
l
PNcLD
Q
trabajo
n 






 +
=
π
Qn= Caudal máximo en l/min
D = Diámetro del cilindro en mm
L = Longitud de la carrera del
cilindro en mm
Nc= Número de carreras
P = presión de trabajo en bar
NOTA: En esta expresión, para
no dejar de lado las pérdidas de
energía debidas a fenómenos
térmicos, se ha tenido presente
lo referente a los cambios
adiabáticos, que vienen definidos
por la fórmula: P*VK=cte, donde K
es 1,41 en el caso del aire.
Consumo real de aire en cilindros de doble efecto (l/100 mm de carrera)
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ACTUADORES: CAUDAL DE AIRE Y CONSUMO 1
Ejemplo de cálculo
En un cilindro A de 63 mm de diámetro, 500 mm de carrera, trabaja a 6 bar. ¿Cuál será el
consumo real de aire a 15 ciclos por minuto?. Considérese que consume aire en las carreras
A+ y A-
De forma analítica: min/85,458
10*4
)013,16(*2*15*500*63*14,3
*4,1 6
2
lQ =
+
=
Consumo real de aire en cilindros de doble efecto (l/100 mm de carrera)
Según la tabla, para 63 mm
de diámetro y una presión
de 6 bar, el consumo es de
3,021 litros/ 100 mm, que
multiplicaremos por 5 (500
mm de carrera) y por 30
(15 ciclos completos):
Q=3,021*5*30=453,15 l/min
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ACTUADORES: MONTAJE Y APLICACIONES DE UN CILINDRO
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17. 17
Cilindros y Aplicaciones
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18. 18
Cilindros y Aplicaciones
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Cilindros y Aplicaciones
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Cilindros y Aplicaciones
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Cilindros y Aplicaciones
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Cilindros y Aplicaciones
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Cilindros y Aplicaciones
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Cilindros y Aplicaciones
CILINDRO MULTIPOSICIONAL DE 3 POSICIONES
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25. 25
Cilindros y Aplicaciones
CILINDROS DE TOPE
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Cilindros y Aplicaciones

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Actuadores especiales
CILINDROS DE VÁSTAGOS
PARALELOS
CILINDROS DE DOBLE
VÁSTAGO
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28. 28
Actuadores especiales
CILINDRO SIN VÁSTAGO DE TRANSMISIÓN MAGNÉTICA
CILINDRO DE TRANSMISIÓN MECÁNICA POR FLEJE
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Actuadores especiales
CILINDRO SIN VÁSTAGO Y APLICACIONES
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Actuadores especiales
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31. 31
Actuadores especiales
ACTUADORES DE GIRO PIÑÓN-CREMALLERA
Aplicación mesa giratoria Piñon-cremallera
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32. 32
Actuadores especiales
ACTUADORES DE GIRO DOBLE CREMALLERA Y PIÑÓN
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33. 33
Actuadores especiales
PINZAS CON APERTURAANGULAR
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34. 34
Actuadores especiales
PINZAS CON APERTURA PARALELA
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