CILINDROS NEUMÁTICOS.
2. Objetivo.
El objetivo es que los lectores sean capaces de comprender la información acerca de los cilindros neumáticos así como conocimientos básicos relacionados con la neumática.
3. Introducción.
En los modernos centros de producción y fabricación, se emplean sistemas neumáticos para la automatización de procesos.El hombre en la actualidad pone a la neumática en practica con el fin de producir una mayor cantidad de productos, con una mejor calidad y un menor esfuerzo físico, reduciendo los riesgos de trabajo y los costos de producción.
Comenzando con la introducción a la neumática definiremos que es la neumática y la automatización:
4. Función de un Cilindro Neumático.
5. Tipos de Cilindros Neumáticos y su simbología.
11.Cuestionario
12.Bibliografia
Comenzando con la introducción a la neumática definiremos que es la neumática y la automatización:
NEUMÁTICA: La neumática es la técnica que se dedica al estudio y aplicación del aire comprimido en la automatización de los distintos campos de la fabricación.
AUTOMATIZACIÓN: Automatización es la tecnología que trata de la aplicación de sistemas mecánicos, electrónicos y de bases computacionales para operar y controlar la producción.
VIDEO.
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4. Función de un Cilindro Neumático.
Los cilindros neumáticos son las unidades encargadas de transformar la energía potencial del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras.
Básicamente, consiste 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 desplazamiento lineal. Si se acopla al embolo un vástago rígido, este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo.
5. Tipos de Cilindros Neumáticos y su simbología.
Cilindro de simple efecto: Uno de sus movimientos está gobernado por el aire comprimido, mientras que el otro
se da por una acción antagonista, generalmente un resorte colocado en el interior del
cilindro.
Cilindro de doble efecto: En este modelo de cilindro, las carreras de avance y retroceso se consiguen por
medio de la presión del aire comprimido en cualquier lado del émbolo, es decir, el aire
comprimido ejerce su acción en las dos cámaras de cilindro.
Se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una
misión también al retornar a su posición inicial.
Cilindro 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.
Cilindro 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 garantiza y evita el ingreso de impurezas al interior del cilindro.
6. Partes de los Cilindros Neumáticos.
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)
7. Pasos para determinar el diámetro de un cilindro.
Para la buena elección de un cilindro neumático que cumpla con las necesidades de nuestros sistemas neumáticos debemos tomar en cuenta principalmente es la cantidad de fuerza que necesite generar.
Esta cantidad de fuerza que el sistema produce depenede del tamaño del cilindro y la presion neumatica.
La presión surge independientemente del cilindro; el motor del sistema y el compresor la crean forzando el aire a través de una línea de distribución. El aire llega el cilindro después de viajar a través de componentes adicionales como un lubricante y un regulador. Un cilindro mas grande a cualquier presión dada produce una fuerza más grande.
Ya mencionadas las características mas importantes también debemos de tener en cuenta los siguientes puntos para la buena elección y uso adecuado:
1. Tipo de cilindro
Para la buena elección de un cilindro neumático que cumpla con las necesidades de nuestros sistemas neumáticos debemos tomar en cuenta principalmente es la cantidad de fuerza que necesite generar.
Esta cantidad de fuerza que el sistema produce depenede del tamaño del cilindro y la presion neumatica.
La presión surge independientemente del cilindro; el motor del sistema y el compresor la crean forzando el aire a través de una línea de distribución. El aire llega el cilindro después de viajar a través de componentes adicionales como un lubricante y un regulador. Un cilindro mas grande a cualquier presión dada produce una fuerza más grande.
Ya mencionadas las características mas importantes también debemos de tener en cuenta los siguientes puntos para la buena elección y uso adecuado:
1. Tipo de cilindro
2. Diámetro interior
3. Diámetro del vástago y su carrera
4. Velocidad del émbolo
5. Fuerza del émbolo
6. Amortiguación
7. Posición
8. Forma de fijación
9. Temperatura
10. Presión de la red
11. Presión de trabajo
12. Tipo de trabajo: estático o dinámico
3. Diámetro del vástago y su carrera
4. Velocidad del émbolo
5. Fuerza del émbolo
6. Amortiguación
7. Posición
8. Forma de fijación
9. Temperatura
10. Presión de la red
11. Presión de trabajo
12. Tipo de trabajo: estático o dinámico
VÍDEO CILINDROS NEUMÁTICOS.
8.Pasos para determinar el consumo de aire.
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.
Cálculo del consumo de aire
El consumo de aire de un cilindro es el volímen de aire consumido para un cliclo 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.
Una vez conocido el consumo por ciclo, bastará multiplicar este valor por el número de ciclos que opera el equipo.
ENLACE PARA DETALLES DE LOS CÁLCULOS.
9.Resumen
Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores mas comunes que se utilizan en los sistemas neumáticos.Su misión es convertir la energía de presión en energía mecánica.La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Mediante un fluido, ya sea aire (neumática), aceite o agua (hidráulica) se puede conseguir mover un motor en movimiento giratorio o accionar un cilindro para que tenga un movimiento de salida o retroceso de un vástago (barra). Esto hoy en día tiene infinidad de aplicaciones en las industrias modernas.Cilindros existen de muchos tipos y por ello es importante contar con los datos básicos y especificaciones técnicas para encontrar aquel que cubra las necesidades y sea de mayor eficiencia.
10.Problemas de cálculo de cilindros neumáticos.
1. 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%.
Datos
C.S.E.
D= 50mm=0,05m
P=5bar=500KPa
FM=100N
FE=nFT - FM=0,70*FT - FM= 0,70*P*A = 0,70*500KPa*0,785*D2 - 100N
FE= 274750Pa*(0,05m)2 – 100N=686,87N – 251N
FE=586,87N
2.En la fabricación de ladrillos refractarios, se emplea un cilindro neumático de simple efecto de diámetro 15cm, para comprimirlos. Determina la presión del aire comprimido utilizado si se necesita una fuerza de 13.000N. calcula también, qué caudal mínimo debe proporcionar el compresor si la longitud de salida del vástago es de 50cm y realiza 35 ciclos por minuto. Considerar la fuerza del muelle como el 3% de la teórica.
Datos
C.S.E.
FE=13000N
D= 15cm=0,15m
S=50cm=0,5m
FE=0,9FT - FM= 0,9FT – 0,03FM =0,87*P*A = 0,87*P*0,785*D2
P= 13000N/0,6829*(0,15m)2 =846KPa
CAUDAL
V=0,785*D2*s*n*Rc
Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+846KPa)/101,35KPa=9,34
V=0,785*(0,15m)2*0,5m*35*9,34=2,886m3/min
3. El diámetro del émbolo del pistón de la figura es de 10 cm.
La presión del circuito es de 5 kgf/cm²
Determinamos la superficie del émbolo:
Calculamos ahora la fuerza:
4.-Un cilindro de simple efecto, con retroceso por muelle, es alimentado con aceite a una presión de 930 N/cm2. Si el pistón tiene un diámetro de 40mm y el muelle opone una resistencia de 550 N. Calcule la fuerza que desarrolla el cilindro.
R= Favance=Fpresion-Fmuelle=930 N/cm2*(π*4^2)/4 〖cm〗^2-550=11136.72N
5. 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.
Datos
D= 12mm=0,012m
P=10bar=1000KPa
FE=66N
FE=nFT = n*P*A = n*1000KPa*0,785*D2
n=(66N)/ (1000KPa*0,785*(0,012m)2 )=0,5838n
6.Un cilindro de doble efecto trabaja a una presión de 30 bar y tiene un vástago de 20mm de diámetro. Calcular:
a. El diámetro del cilindro para obtener una fuerza de 8.000N en el avance.
b. La fuerza necesaria para el retroceso.
c. El volumen de aire consumido en 50 procesos de avance y retroceso, si el vástago hace un recorrido de 150mm en cada uno.
Datos
D= ?
S=20mm=0,02m
FE=8000N
P= 30bar=3000KPa
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*P*0,785*D2
D2=(8000N)/ 0,706*(3000KPa) =0,0037771m2
D=0,0614m
RETORNO
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*3000KPa*0,785*(D2 – d2)
d2= D2 – 0,0037744
d=0,0179m
CAUDAL
V=(A+A’)*s*n*Rc
Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+3000KPa)/101,35KPa=30,6
A=0,785*D2=0,785(0,0614m)2=0,002959m2
A´=0,785*(D2-d2)=0,785(0,06142-0,01792)m2=0,002707m2
V=(0,002959 m2+0,002707 m2)*0,15m*50*30,6=1,3m3/min
7. Calcule la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso que desarrolla un cilindro de doble efecto sometido a una presión de 9 bares, sabiendo que su rendimiento es del 55% y que los diámetros del émbolo y del vástago son, respectivamente, 20 mm y 8 mm.
Datos
C.D.E.
D= 20mm=0,020m
d= 8mm=0,008m
P=9 bar=900KPa
AVANCE
FE=nFT =0,55*FT = 0,55*P*A = 0,55*900KPa*0,785*D2
FE= 388575Pa*(0,020m)2 =155,43N
RETORNO
FE=nFT =0,55*FT = 0,55*P*A = 0,55*900KPa*0,785*(D2 – d2)
FE= 388575Pa*(0,0202 – 0,0082)m2 =130,56N
8. Un cilindro de doble efecto trabaja a una presión de 30 bar y tiene un vástago de 20mm de diámetro. Calcular:
a. El diámetro del cilindro para obtener una fuerza de 8.000N en el avance.
Datos
C.S.E.
D= 50mm=0,05m
P=5bar=500KPa
FM=100N
FE=nFT - FM=0,70*FT - FM= 0,70*P*A = 0,70*500KPa*0,785*D2 - 100N
FE= 274750Pa*(0,05m)2 – 100N=686,87N – 251N
FE=586,87N
Datos
C.S.E.
FE=13000N
D= 15cm=0,15m
S=50cm=0,5m
FE=0,9FT - FM= 0,9FT – 0,03FM =0,87*P*A = 0,87*P*0,785*D2
P= 13000N/0,6829*(0,15m)2 =846KPa
CAUDAL
V=0,785*D2*s*n*Rc
Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+846KPa)/101,35KPa=9,34
V=0,785*(0,15m)2*0,5m*35*9,34=2,886m3/min
4.-Un cilindro de simple efecto, con retroceso por muelle, es alimentado con aceite a una presión de 930 N/cm2. Si el pistón tiene un diámetro de 40mm y el muelle opone una resistencia de 550 N. Calcule la fuerza que desarrolla el cilindro.
R= Favance=Fpresion-Fmuelle=930 N/cm2*(π*4^2)/4 〖cm〗^2-550=11136.72N
5. 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.
Datos
D= 12mm=0,012m
P=10bar=1000KPa
FE=66N
FE=nFT = n*P*A = n*1000KPa*0,785*D2
n=(66N)/ (1000KPa*0,785*(0,012m)2 )=0,5838n
Datos
D= 12mm=0,012m
P=10bar=1000KPa
FE=66N
FE=nFT = n*P*A = n*1000KPa*0,785*D2
n=(66N)/ (1000KPa*0,785*(0,012m)2 )=0,5838n
6.Un cilindro de doble efecto trabaja a una presión de 30 bar y tiene un vástago de 20mm de diámetro. Calcular:
a. El diámetro del cilindro para obtener una fuerza de 8.000N en el avance. b. La fuerza necesaria para el retroceso.
c. El volumen de aire consumido en 50 procesos de avance y retroceso, si el vástago hace un recorrido de 150mm en cada uno.
Datos
D= ?
S=20mm=0,02m
FE=8000N
P= 30bar=3000KPa
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*P*0,785*D2
D2=(8000N)/ 0,706*(3000KPa) =0,0037771m2
D=0,0614m
RETORNO
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*3000KPa*0,785*(D2 – d2)
d2= D2 – 0,0037744
d=0,0179m
CAUDAL
V=(A+A’)*s*n*Rc
Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+3000KPa)/101,35KPa=30,6
A=0,785*D2=0,785(0,0614m)2=0,002959m2
A´=0,785*(D2-d2)=0,785(0,06142-0,01792)m2=0,002707m2
V=(0,002959 m2+0,002707 m2)*0,15m*50*30,6=1,3m3/min
7. Calcule la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso que desarrolla un cilindro de doble efecto sometido a una presión de 9 bares, sabiendo que su rendimiento es del 55% y que los diámetros del émbolo y del vástago son, respectivamente, 20 mm y 8 mm.
DatosC.D.E.
D= 20mm=0,020m
d= 8mm=0,008m
P=9 bar=900KPa
AVANCE
FE=nFT =0,55*FT = 0,55*P*A = 0,55*900KPa*0,785*D2
FE= 388575Pa*(0,020m)2 =155,43N
RETORNO
FE=nFT =0,55*FT = 0,55*P*A = 0,55*900KPa*0,785*(D2 – d2)
FE= 388575Pa*(0,0202 – 0,0082)m2 =130,56N
Datos
D= ?
S=20mm=0,02m
FE=8000N
P= 30bar=3000KPa
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*P*0,785*D2
D2=(8000N)/ 0,706*(3000KPa) =0,0037771m2
D=0,0614m
D= ?
S=20mm=0,02m
FE=8000N
P= 30bar=3000KPa
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*P*0,785*D2
D2=(8000N)/ 0,706*(3000KPa) =0,0037771m2
D=0,0614m
9. Una máquina neumática dispone de 4 cilindros de doble efecto con pistones de diámetro 125mm y vástago de diámetro 30mm. La carrera es de 200mm y su presión de trabajo es de 6 bares funcionando a 150 ciclos por hora. Determinar:
* La fuerza de avance y retroceso de cada cilindro.
Datos
C.D.E.
P=6bares=600KPa
D= 125mm=0,125m
d= 30mm=0,03m
S=200mm=0,2m
AVANCE
FE=0,9FT = 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*D2
FE= 423900KPa*(0,125m)2 =6623.43N
RETORNO
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*(D2 – d2)
FE= 423900Pa*(0,1252 – 0,032)m2 =6241,92N
C.D.E.
P=6bares=600KPa
D= 125mm=0,125m
d= 30mm=0,03m
S=200mm=0,2m
AVANCE
FE=0,9FT = 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*D2
FE= 423900KPa*(0,125m)2 =6623.43N
RETORNO
FE=0,9*FT = 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*(D2 – d2)
FE= 423900Pa*(0,1252 – 0,032)m2 =6241,92N
10.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.
Datos
C.D.E.
D= 16mm=0,016m
d= 5mm=0,005m
P=9,5 bar=950KPa
AVANCE
FE=nFT =0,60*FT = 0,60*P*A = 0,60*950KPa*0,785*D2
FE= 447450Pa*(0,016m)2 =114,54N
RETORNO
FE=nFT =0,60*FT = 0,60*P*A = 0,60*950KPa*0,785*(D2 – d2)
FE= 447450Pa*(0,0162 – 0,0052)m2 =103,36N
Datos
C.D.E.
D= 16mm=0,016m
d= 5mm=0,005m
P=9,5 bar=950KPa
AVANCE
FE=nFT =0,60*FT = 0,60*P*A = 0,60*950KPa*0,785*D2
FE= 447450Pa*(0,016m)2 =114,54N
RETORNO
FE=nFT =0,60*FT = 0,60*P*A = 0,60*950KPa*0,785*(D2 – d2)
FE= 447450Pa*(0,0162 – 0,0052)m2 =103,36N
Mas ejercicios resueltos:
https://teknolanak.wikispaces.com/file/view/EJERCICIOS%20CILINDROS%20NEUM%C3%81TICOS.pdf/490007754/EJERCICIOS%20CILINDROS%20NEUM%C3%81TICOS.pdf
11.Cuestionario
12.Bibliografia
http://www.festo.com/cms/es-mx_mx/9813.htm
http://www.edu.xunta.es/centros/cpivirxeremedios/?q=system/files/PROBLEMAS_NEUMATICA4%C2%BA.pdf
Libro hidraulica y neumatica.
nivel basico
D. Merkle . B. schrader. M. Thomas
