informe del mes de agosto 2014

                      Cilindros neumáticos

                                             objetivo

obtener conocimientos básicos e importantes acerca de los actuadores (cilindros neumáticos) 

                             Introducción

los actuadores son dispositivos capaces de generar una  fuerza apartar de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. el actuador recibe la orden de un regulador o controlador y una salida necesaria para activar un elemento final de control como lo son las válvulas.

Existen tres tipos de actuadores:

• hidráulicos 
• neumáticos
• eléctricos

Los actuadores hidráulicos, neumáticos eléctricos son usados para manejar aparatos mecatronicos. por lo general los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que necesitas es potencia y los neumáticos son simples posicionamientos. sin embargo los hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. por otro lado las aplicaciones de  los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecatronicos como por ejemplo los robots. los servomotores , se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento 

Por todo eso es necesario conocer muy bien las características de cada actuador para utilizarlos correctamente de acuerdo a su aplicación especifica.

                                         Actuadores neumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores mecánicos, el rango de compresión es mayor en este caso además hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere ala estructura debido a que estos tienen poca viscosidad.

                                       Función de un cilindro neumático

El actuador neumático consiste de un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que trasmite su movimiento al exterior mediante un vástago, se compone de las tapas delanteras y traseras, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y el anillo rascador que limpia el vástago de suciedad. 

   

                                        Partes de un actuador neumático

Componentes del cilindro de émbolo:

1) Tubo o camisa

Material: acero embutido sin costura (St. 35) o aluminio

Parámetros: diámetro y longitud

2) Tapa posterior (fondo) y tapa anterior con cojinete y aro rascador

Material: fundición

Unión al cuerpo: tirantes, roscas o bridas

3) Émbolo

4) Vástago

Material: acero bonificado con algo de cromo y rosca laminada

5) Piezas de unión y juntas: Collarín obturador, casquillo de cojinete, aro rascador y
manguito de doble copa

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN.

Cilindros:

1.- Tubo: se fabrica de tubo de acero embutido sin costuras.

2 y 3.- Tapa anterior y/o posterior: en ambas para su fabricación se emplea preferentemente material de fundición o maleables, como por ejemplo el aluminio.

4.- Vástago: se fabrica preferentemente de acero bonificado, conteniendo un determinado porcentaje de cromo, para protegerlo de la corrosión.

5.- Collarín obturador: se emplea para hermetizar el vástago

6.- Casquillo de cojinete: puede ser de bronce o metálico revestido. Su misión es servir de guía al vástago de plástico.

7.- Anillo rascador: impide que entren partículas de polvo y suciedad en el interior del cilindro se encuentra situado delante del casquillo (6).

8.- Mango doble de copa: su misión es hermetizar la cámara del cilindro, se fabrican de diferentes materiales dependiendo de la temperatura. (Vitón para temperaturas de -20 c y +80 c, teflón para temperaturas de -80 c y +200c)

          

        

Tipos de cilindros neumáticos y su simbología

 
CILINDRO DE 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 de simple efecto de retroceso por muelle

los cilindros de simple efecto retorno-muelle se utilizan principalmente como cilindros de sujeción de piezas

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. principalmente se utilizan dos tipos de configuraciones:

Cilindro diferencial: Un solo vástago y relación de superficies (émbolo - vástago) de 2:1. Se utiliza cuando solo se quiere realizar trabajo en un sentido.

 

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.

                               Fuerza de avance = Fuerza de retorno

                               Velocidad de avance = Velocidad de retorno

 



actuadores lineales especiales:

 un ejemplo son los cilindros que deben trabajar en atmosferas agresivas o contaminantes.

particularidades: vástago de acero inoxidable, acero resistente a los ácidos o alecciones especiales.  

• cilindro telescópico: elemento de elevado coste que encuentra su aplicación en largas cerreras con mínimo espacio recogida

cilindro sin vástago
puede realizar el mismo trabajo en ambos sentidos. son cortos y no hay peligro de que el vástago pueda torcerse. Pueden efectuarse carreras de hasta 10m de largo.

                                Fuerza de avance = Fuerza de retorno

                                Velocidad de avance = Velocidad de retorno

   cilindros tándem y triples
constituido por dos cilindros de doble efecto que forma una unidad que es capaz de generar casi en doble de la fuerza de un cilindro normal para el mismo diámetro.
aplicación: donde el espacio disponible no permite la colocación de dos cilindros y se requieren una fuerza considerable   

Actuadores lineales especiales.

cilindros multiposicionales : los cilindros multiposicionales son una buena opción el aquellos en los que se requieren alcanzar 3 o 4 posiciones diferentes y no se requiera una variabilidad frecuente de las mismas.



Cilindros alternativos:

Generan un movimiento automático de vaivén por efecto de los mandos incorporado en los propios cabezales de los cilindros.

Aplicaciones: mezcladores, agitadores, tamices, alimentación de cintas trasportadoras.

Cilindros de impacto:

Trabajan al choque utilizando la energía cinética desarrollada por el vástago y el embolo desplazarse a gran velocidad.

Aplicaciones: punzado, remachado, marcado

Actuadores de giro

Actuadores de giro limitado:

proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón -cremallera).

Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un  valor máximo de unos 300º grados.

Actuador de paleta:

El aire a presión accionada una aleta oscilante. realiza un movimiento de giro que rara vez supera los 270*, incorporado unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro





 Cilindro rotativo: En este actuado, el vástago es una cremallera que acciona un piñón y transforman el movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia la izquierda o hacia la derecha, según el sentido del embolo.

Ángulos de giro:45º, 90º 180º, 290º hasta 720º

Par e giro: aprox. 0,5Nm hasta 150Nm 600kpa (6bar) de precio de servicio, dependiendo del diámetro del embolo.

Aplicaciones: voltear pieza, doblar tubos metálicos, regular acondicionadores de aire válvulas, acondicionar válvulas de cierre, válvulas de tapa, etc. 

Factores para la elección de un cilindro neumático

1. Tipo de cilindro 
2. Diámetro interior
3. Diámetro del vástago
4. Velocidad del embolo
5. Fuerza del embolo
6.  Amortiguación
7. Posición
8. Forma de fijación
9. Temperatura
10. Precisión de la red
11. Precisión de trabajo 
12. Tipo de trabajo: estático dinámico    

Calculo de la fuerza del embolo

la fuerza teórica del embolo se calcula son la siguiente formula:

                      F=P.S  

donde: 

• s= superficie útil.
• P=presión del aire. en bar

FR rozamiento según la velocidad    FW contra fuerza de la gravedad durante el avance

 

Función de: presión del aire, diámetro del embolo y razonamientos de las juntas 

Fuerza teórica:(sin razonamientos)

Fuerza nominal: (con razonamientos)

FS: fuerza de resortes del muelle del (simple efecto)

FR: fuerza de rozamiento (3%-20%)  

Fuerza efectiva  

El rendimiento se encuentra entra el 70% y el 9%, dependiendo, entre otros, de:

• Estado de la superficie interior del cilindro
• rozamiento de las juntas
• tipos de engrase
• presión de aire

Calculo del consumo de aire

se debe tener en cuenta el volumen del cilindro y el numero de veces que se repite el movimiento en la unidad de tiempo, generalmente se mide en ciclos por minuto.

en el calculo del consumo de aire se tiene en cuenta la presión de trabajo, por lo que obtiene el consumo de aire comprimido, para conocer el consumo de aire atmosférico se parte del consumo se aire a las presión de trabajo y se aplica la ley del consumo de aire a la presión de trabajo y se aplica la ley de boyle-mariotte. 

Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación, calculo que comenzara por los actuadores.

                                                     

Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación, calculo que comenzaran por los actuadores.

Calculo de la velocidad de desplazamiento

La velocidad es la suma del tiempo de respuesta y el tiempo de carrera. La velocidad  media del embolo, en cilindros estándar, esta comprendida entre 0,1 y 1,5, m/s. con cilindros especiales (cilindros de impacto) se alcanza velocidades de hasta 10 m/s. la velocidad del embolo  puede regularse con válvulas especiales: válvulas de estrangulación anti retorno, de estrangulación y de escape rápido. 

Difícil obtención de una velocidad de desplazamiento constante (experiencia).

función de: 

• estado dela superficies del embolo y de las camisas 
• composición y dureza de las juntas
• tolerancias de la fabricación 
• existencia de lubricación (velocidades medias y elevadas)
• presión de la red (colocación de reguladores)      

Tiempo de respuesta:

mientras la presión de una cámara no supere la presión de la otra cámara, el cilindro no se mueve. el cilindro tiene que vencer:

• cargas
• razonamiento estático 

 Longitud de la carrera  

la carrera es la distancia recorrida da por el embolo entre sus dos posiciones extremas.  la longitud de la carrera en cilindros neumáticos no deben exceder de 2000 mm. con el embolo de gran tamaño y la carrera larga, el sistema no resulta económico por el elevado consumo de aire y precios de los actuadores.

                   Están  normalizadas.

                 Riesgos de pandeo > elementos de apoyo externos

guiado de cilindros: se fabrican en el acero y se acoplan sobre la culata anterior de los cilindros normalizados. en su interior se encuentran unos cojinetes de bronce sintetizado por los cuales se deslizan las varillas de guiado. 

Resumen

los actuadores son importantes en la neumática, ya que como se vio en el marco teórico, es un estructura de un sistema  neumático;

esta es la unidad, aprendemos la importancia de conocer la de los actuadores, juntos con su simbología, pues bien estos símbolos explican una gran nomenclatura, el cual nos ayuda identificar la estructura de un actuador, se fueron desmenuzando conceptos y se mostraron esquemas que nos ayudan a entender procesos aunque es complejo, podemos aunque es complejo, podemos decir que es sencillo con su simbología , que son  importantes en material de la neumática, por que son de la estandarización de esta simbología, uno se complicaría al armar un circuito, y si queremos trasmitir la idea del circuito no se podrá con facilidad, ya que no habrá un estándar, por eso debemos tener en cuenta toda la simbología para armar un circuito.

A lo largo de esta investigación aprendí a las aplicaciones mas usuales a las que se someten estos temas, y de esta manera obtener el conocimiento tanto teórico como practico , ya que esta formado los temas serán los temas serán mas fácil de comprenderlos. otro punto importante, debemos ser analíticos en el diseño de un circuito y conocer bien la simbología, pues si no podemos tener muchos errores en nuestros circuitos.  

 Actualmente los actuadores neumáticos se utilizan en diversos tipos de la industria debido a que no poseen un mecanismo complejo y además  debido a su gran utilidad para realización de operaciones de expulsión, fijación, trasporte etc. lo cual es gran ayuda y los dota de una gran importancia haciendo indispensables en algunos procesos.

problemas de calculo de cilindros neumáticos

 

1.-un cilindro de simple efecto, con retroceso por muelle, es alimentado con

una presión de  6 bar. si el pistón tuene un diámetro 50mm y el muelle opone una resistencia de 800N. ¿calcule la fuerza que desarrolla el cilindro?

F de avance= F de presión - F de muelle =  (600,000 N/m2) (π.5m-800N)= 941,680N

2.-Calcule la fuerza efectiva de un cilindro de simple efecto de 50mm de diámetro si lapresión ejercida es de 5 atm., la resistencia del muelle es de 100 N y el rendimientoestimado del 70%.

 

3.-sobre un cilindro actuador hay una presión de 80 bar la superficie a efectiva del embolo es de 6.5 cm2 ¿Cuál es la fuerza máxima que actúa sobre el embolo?

datos

• P=80
• bar=8,000,000N/m2                           
• A=6.5cm2=0.00065m2    
• F=? 

   

 

4.-¿Cuál será la fuerza teórica que desarrolla un cilindro de 50 mm de diámetro a una presión de 6 bar?

 

5.-La velocidad de avance de un cilindro de simple efecto debe regularse por una

estrangulación en la alimentación.

a) Dibuje el esquema hidráulico.

b) Describa los componentes.

 



b) 1.0: cilindro de simple efecto con retroceso por muelle.
1.1: válvula reguladora de caudal unidireccional : regula la velocidad en un
sentido, el de avance del vástago en este caso. Está formada por una válvula
anti retorno y por una válvula reguladora de caudal bidireccional conectadas en
paralelo.
1.2: válvula distribuidora 3/2 con accionamiento manual por pulsador y retroceso por muelle.6.-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.

7.-Determine el rendimiento de un cilindro de doble efecto de 12mm de diámetro sabiendo que al aplicarle una presión de 10 bar se obtiene una fuerza de empuje de 66N.



8.-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. 



 9.-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 18,8daN.

10.-Determine el rendimiento de un cilindro de simple efecto de 16mm que genera un empuje de 55N al aplicarle una presión de 5bar si la resistencia del muelle se estima en 8N.

Cuestionario

1) La ... es la parte de la tecnología que estudia los fenómenos y las aplicaciones del aire comprimido y deprimido.
SOLUCIÓN: Neumática.

2) ¿Qué concepto se define como la cantidad de fluido que atraviesa una determinada sección por unidad de tiempo?
a) Viscosidad.
b) Compresibilidad.
c) Presión atmosférica
d) Caudal.
e) Presión relativa.
f) Humedad
SOLUCIÓN: d)

3) ¿Qué corresponde con la fuerza ejercida por una columna de aire existente sobre una superficie?
a) Viscosidad
b) Presión atmosférica.
c) Caudal.
d) Presión absoluta.
e) Compresibilidad.
f) Humedad
SOLUCIÓN: b)

4) La proporción máxima de vapor de agua que puede existir en el aire corresponde a la ...
SOLUCIÓN: Saturación.

5) La prensa hidráulica está fundamentada sobre:
a) Ley de Boyle y Mariotte
b) Ley de gay Lussac
c) Principio de Pascal
d) Teorema de Bernouilli
e) Efecto Venturi
SOLUCIÓN: c)

6) El estrechamiento de una tubería lleva consigo una disminuición de presión y un aumento de la velocidad. Esta disminución de la presión se denomina:
a) Efecto Venturi
b) Ley de Gay Lussac
c) Ley de Boyle
d) Turbo compresión.
SOLUCIÓN: a)

7) Los ... son máquinas capaces de elevar la presión de una masa de aire hasta un valor conveniente.
SOLUCIÓN: Compresores.

8) El ... dispone de un presostato y  también de una válvula de seguridad.
a) Separador
b) Filtro
c) Secador
d) Acumulador
e) Compresor
SOLUCIÓN: Acumulador

9) El ... elimina el mayor número de partículas de polvo del aire.
a) Separador
b) Acumulador
c) Filtro
d) compresor
e) Lubricador
SOLUCIÓN: c)

10) ¿Qué aparato en la distribuición del aire comprimido actúa según el efecto venturi?
a)  Separador
b) Secador
c) Válvula reguladora de presión
d) Lubricador
e) Cilindro
SOLUCIÓN: d.

Bibliografia

http://es.wikipedia.org/wiki/Actuador

http://www.festo-didactic.com/int-es/servicios/printed-

media/libro-de-texto/?fbid=aW50LmVzLjU1Ny4xNC4zNC44NjA

http://www.monografias.com/trabajos13/actuneu/actuneu.shtml