Cilindros Neumáticos.
2.- Objetivo.
El objetivo de este informe es que cada persona que lo lea tenga una amplia idea acerca de lo que son los cilindros neumáticos, ademas de saber sus usos y aplicaciones que tienen cada uno en diferentes áreas de trabajo.
3.- Introducción.
El cilindro es una pieza hecha con metal fuerte porque debe soportar a lo largo de su vida útil un trabajo a alta temperatura con explosiones constantes de combustible, lo que lo somete a un trabajo excesivo bajo condiciones extremas.
Los cilindros neumáticos son también conocidos como cilindros de aire y estos son dispositivos mecánicos que producen fuerza generalmente con movimiento accionados por gas comprimido.
4.- Función de un cilindro neumático:
Para realizar su función los cilindros neumáticos imparten fuerza para convertir energía potencial de gas comprimido en energía cinética. Esto se hace por el gas comprimido que puede ampliarse, sin entrada de energía externa, que ocurre debido a la presión establecido por el gas comprimido que esta en una mayor presión que la presión atmosférica.
Esta extensión del aire fuerza al pistón para moverse en la dirección deseada.
5.- Tipos de cilindros neumáticos
Cilindros de simple efecto: Son aquellos que solo realizan un trabajo cuando se desplaza su elemento móvil (vástago) en un único sentido; es decir, realizan el trabajo en una sola carrera de ciclo. El retroceso se produce al evacuar el aire a presión de la parte posterior, lo que devuelve al vástago a su posición de partida.
Estos cilindros se utilizan para trabajos de desplazamientos cortos en los que el vástago del cilindro no realice carreras superiores, generalmente, a 100 mm.
Para aplicaciones de fijación o de remache de piezas, por ejemplo, se emplean también cilindros de membrana, en los cuales, una membrana de plástico o de metal reemplazan al embolo. Las carreras en este caso son mucho más cortas que las anteriores, aproximadamente 50 y 80 mm.
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 curvamiento que puede sufrir el vástago en su posición externa.
Cuando el aire comprimido entra por la toma situada en la parte posterior (1), desplaza el émbolo y hace salir el vástago (avance). Para que el émbolo retorne a su posición inicial (retroceso), se introduce aire por la toma situada en la tapa delantera (2). De esta manera, la presión actúa en la cara del émbolo en la que está sujeta el vástago, lo que hace que la presión de trabajo sea algo menor debido a que la superficie de aplicación es más pequeña. Hay que tener en cuenta que en este caso el volumen de aire es menor, puesto que el vástago también ocupa volumen.
Cilindros con doble vástago: Poseen salida de vástago en ambos extremos, lo que ofrece un mejor guiado del conjunto, facilitan el colocado de levas o fines de carrera cuando hay problemas de espacio en la zona de trabajo, y además presentan iguales áreas de pistón a ambos lados.
Cilindros de doble pistón o en "tandem": Consisten en dos cilindros de doble efecto acoplados en serie con un vástago en común, formando una unidad compacta. Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene una fuerza de casi el doble de la de un cilindro convencional del mismo diámetro.
Cilindros acoplados de acción independiente: Están constituidos por dos cilindros unidos por sus tapas traseras. Éstos pueden operarse independientemente de modo tal de obtener sobre uno de los extremos del vástago, tres o cuatro posiciones de trabajo según sean iguales o distintas las carreras de ambos cilindros. Es un dispositivo multiposicionador sencillo y económico.
Cilindros sin vástago: El pistón transmite el movimiento a la carga a través de un carro acoplado mecánicamente al pistón mediante un exclusivo sistema patentado. Un sistema de cintas garantiza un doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior del cilindro.
Estos son algunos ejemplos de mas cilindros y su simbologia:
Estos son algunos ejemplos de mas cilindros y su simbologia:
6.- Partes de los cilindros neumáticos:
- Cilindro de simple efecto:
Dentro de los cilindros de simple efecto, se pueden encontrar tres tipos: Cilindros de émbolo, Cilindros de Membrana y Cilindros de Fuelle. El más utilizado habitualmente es el Cilindro de Émbolo.
- Cilindro de doble efecto:
Dentro de los cilindros de doble efecto, se pueden encontrar cuatro tipos: Cilindros de émbolo, Cilindros de Doble Vástago, Cilindros Tándem, Cilindros de Varias Posiciones y Cilindro de Impacto. En este caso, también el más utilizado es el Cilindro de Émbolo.
7.- Pasos para determinar el diámetro de un cilindro:
La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende principalmente de la presión del aire, del diámetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula:
8.- Pasos para determinar el consumo de aire.
Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación, cálculo que comenzará por los actuadores (potencia). Para una presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinados, el consumo de aire se calcula como sigue:
La formula de cálculo por embolada, resulta:
Con ayuda de tablas, se puede establecer los datos del consumo de aire de una manera más sencilla y rápida. Los valores están expresados por cm de carrera para los diámetros más corrientes de cilindros y para presiones de 100 a 1500 kPa. (1-15 bar).
Donde:
Para mas información: Calculo de cilindros de aire comprimido.
9..- Resumen.
Los cilindros neumáticos son unidades que sirven para transformar energía para realizar un trabajo y estos trabajan por medio de gas comprimido y depende del cilindro con el que este uno trabajando sera un diferente caso de trabajo ya que los cilindros se dividen principalmente en dos tipos:
- Cilindros de simple efecto: Solo realizan un movimiento con la ayuda del gas comprimido ya que solo entra por una parte y este retorna por medio de un muelle.
-Cilindros de doble efecto: Realizan 2 tipos de movimiento y este tiene 2 entradas de gas comprimido.
Para trabajar con lo cilindros neumáticos se debe de tomar en cuenta el tipo de trabajo que queremos realizar ya que ahí se implementa la fuerza y con ella derivamos una formula también para saber cuanto gas debemos de aplicar para dicha fuerza, etc.
10.- Problemas de calculo de cilindros neumáticos.
Ft teórica = P · A
Donde:
Ft: Fuerza teórica del vástago en Kgf.
P: Presión relativa en Kg. / cm 2
A: Superficie del émbolo en cm 2
En la práctica, es necesario conocer la fuerza real que ejercen los actuadores. Para determinarla, también hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 400 a 800 kPa. / 4 a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza calculada.
8.- Pasos para determinar el consumo de aire.
Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación, cálculo que comenzará por los actuadores (potencia). Para una presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinados, el consumo de aire se calcula como sigue:
La formula de cálculo por embolada, resulta:
Q = 2 (S ⋅ n ⋅ q)
Con ayuda de tablas, se puede establecer los datos del consumo de aire de una manera más sencilla y rápida. Los valores están expresados por cm de carrera para los diámetros más corrientes de cilindros y para presiones de 100 a 1500 kPa. (1-15 bar).
Donde:
Q: Caudal nominal ( Nl / min) S: Carrera en cm.
n: Carreras por minuto q: Consumo por carrera.
9..- Resumen.
Los cilindros neumáticos son unidades que sirven para transformar energía para realizar un trabajo y estos trabajan por medio de gas comprimido y depende del cilindro con el que este uno trabajando sera un diferente caso de trabajo ya que los cilindros se dividen principalmente en dos tipos:
- Cilindros de simple efecto: Solo realizan un movimiento con la ayuda del gas comprimido ya que solo entra por una parte y este retorna por medio de un muelle.
-Cilindros de doble efecto: Realizan 2 tipos de movimiento y este tiene 2 entradas de gas comprimido.
Para trabajar con lo cilindros neumáticos se debe de tomar en cuenta el tipo de trabajo que queremos realizar ya que ahí se implementa la fuerza y con ella derivamos una formula también para saber cuanto gas debemos de aplicar para dicha fuerza, etc.
10.- Problemas de calculo de cilindros neumáticos.
1.Determine el trabajo efectivo que realizará un cilindro de simple efecto de 80mm de diámetro y 20mm 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%.
2. Calcule la fuerza efectiva de un cilindro de simple efecto de 50mm de diámetro si la presión ejercida es de 5 atm., la resistencia del muelle es de 100 N y el rendimiento estimado del 70%.
3.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.
4.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.
4.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.
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.
6. 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.
8. Determine el rendimiento de un cilindro de simple efecto de 16mm que genera un empuje de 55N al aplicarle una presión de 5 bar si la resistencia del muelle se estima en 8N.
10. Una taladradora utiliza un cilindro de doble efecto para desplazar el porta brocas.Suponiendo que se realizan 10 agujeros por minuto, el desplazamiento del vástago es de 60mm, el diámetro del émbolo mide 5cm y el del vástago de 1cm, presión 6bar, determina la fuerza efectiva del vástago y el consumo de aire en litros por minuto. Se desprecian los rozamientos.
11.- Cuestionario.
- ¿Que son los cilindros neumáticos? -Son unidades que transforman energía potencial en energía cinética.
- ¿De que material esta hecho un cilindro? -De metal fuerte.
- ¿Que otro nombre reciben los cilindros neumáticos? -Cilindros de aire.
- ¿En que grupos se dividen los cilindros neumáticos? -En cilindros de simple efecto y de doble efecto.
- ¿Que función realiza un cilindro de simple efecto? -Solo realiza trabajos en un solo sentido es decir, su desplazamiento tiene lugar en un solo sentido.
- ¿Que función tiene un cilindro de doble efecto? -Realiza trabajos en doble sentido es decir, el aire comprimido ejerce su acción en las 2 cámaras del cilindro.
- ¿Que otros tipos de cilindros existen? -Cilindros con doble vástago,Cilindros de doble pistón o en "tandem",Cilindros acoplados de acción independiente, Cilindros sin vástago.
- ¿Que tipos de cilindros de simple efecto hay? -Cilindros de émbolo, Cilindros de Membrana y Cilindros de Fuelle.
- ¿Que tipos de cilindros de doble efecto hay? -Cilindros de émbolo, Cilindros de Doble Vástago, Cilindros Tándem, Cilindros de Varias Posiciones y Cilindro de Impacto.
- ¿Con que tipo de gas trabaja un cilindro neumatico? -Con gas comprimido.
Bibliografia:
- http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/elementos-de-fuerza-cilindros-y-motores.html
- http://neumaticabasicaeepp.wordpress.com/44-2/receptores-neumaticos/cilindros-de-simple-y-doble-efecto/
- http://saturos13.blogspot.es/
- http://4x4technology.blogspot.mx/2011/11/coleccion-de-gifs-animados-para.html
- http://fosva.seas.es/docs/t3_neumatica.pdf
- es.scribd.com/doc/59498093/ejercicio-de-cilindros-doble-y-simple-efecto
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