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ING. GAIRLIS PINTO MOLINA
ELEMENTOS NEUMÁTICOS DE TRABAJO
UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA: INGENIERIA MECANICA
RIOHACHA – I P A 2013
GAIRLIS ENRIQUE PINTO MOLINA
DOCENTE
CAPITULO II
ING. GAIRLIS PINTO MOLINA
INDICE GENERAL
1.- Objetivo
1.1.- Clase de tuberías.
1.2.- Uniones de tubería.
1.3.- Sistema de conexión.
1.4.- Unidad de acondicionamiento FRL.
1.5.- Conservación de las unidades de mantenimiento.
1.6.- Caudal en las unidades de mantenimiento.
1.7.- Simbología neumática.
ACTUADORES NEUMÁTICOS
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Vimos anteriormente como es generado y preparado el aire comprimido.
Veremos ahora como es colocado para trabajar.
Es necesario, por tanto, disponer
de un dispositivo que convierta
en trabajo la energía contenida
en el aire comprimido.
Los convertidores de energía son
los dispositivos utilizados para tal
fin. En un circuito cualquiera, el convertidor es
unido mecánicamente a la carga.
De esta manera, al ser influenciado por el
aire comprimido, su energía es convertida
en fuerza o torque, que es transferido hacia
la carga.
Clasificación de los Convertidores de Energía
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Están divididos en tres grupos:
Los que producen movimientos lineales
Los que producen movimientos rotativos
Los que producen movimientos oscilantes
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Movimientos lineales
Son constituidos de componentes que convierten la energía neumática en
movimiento lineal o angular.
Son representados por los
Dependiendo de la naturaleza de
Habrá uno más adecuado para la función.
Movimientos.
Velocidad.
Fuerza.
Curso.
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Tipos de Cilindros Neumáticos
Los cilindros se diferencian entre si por detalles constructivos, en función de
sus características de funcionamiento y utilización.
Básicamente, existen dos tipos de cilindros:
Simple Efecto o Simple Acción
Doble Efecto o Doble Acción. Con amortigua-miento
Sin amortigua-miento.
Además de otros
tipos de construcción
derivadas como:
Cilindro de tracción por cabos.
Cilindro de D.A. con vástago doble.
Cilindro dúplex continuo (Tándem)
Cilindro dúplex gemelo (multiplex posiciones)
Cilindro de impacto.
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Cilindro de Simple Efecto o Simple Acción
Recibe esta denominación porque utiliza aire comprimido para conducir el trabajo
en un único sentido de movimiento, sea para el avance o retorno.
Los cilindros de S.A. con retorno
por resorte son muy utilizados en
operaciones de fijación, marcación,
rotulación, expulsión de piezas y
alimentación de dispositivos.
Los cilindros de S.A. con avance
por resorte y retorno por aire
comprimido son empleados en
algunos sistemas de freno,
seguridad, posiciones de trabado y
trabajos ligeros en general.
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Cilindro de Doble Efecto o Doble Acción
Cuando un cilindro neumático utiliza aire comprimido para producir trabajo en
ambos sentidos de movimiento (avance y retorno), se dice que es un cilindro de
Doble Acción, es el tipo más común de utilización.
Su característica principal, por
definición, es el hecho de poder
utilizar tanto el avance o el retorno
para el desarrollo del trabajo.
Existe, sin embargo, una diferencia en
cuanto al esfuerzo desarrollado:
Las áreas efectivas de actuación de
la presión son
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Cilindros Normalizados
Con el objetivo de proporcionar intercambio a nivel mundial en términos de
equipos, una tendencia natural de los fabricantes es la de producir dentro de
sus líneas, componentes que atiendan las Normas y Técnicas Internacionales.
En el caso del cilindro en la figura, es
construido conforme a las normas:
ISO 6431
DIN 24335.
De esa manera, desde el material
constructivo hasta sus dimensiones en
milímetros son estandarizados.
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Cilindros Derivados
Generalmente los cilindros son construidos según la manera vista
anteriormente, pues se pueden adaptar fácilmente a las diversas aplicaciones.
Para algunos, les representa realmente un producto especial; para otros, significa
una construcción normal, debido a su difusión y aplicaciones
Muchas veces es necesaria la
construcción de cilindros
derivados para que puedan
usarse de manera racional en
ciertas aplicaciones; estos
cilindros son distintos según los
fabricantes.
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Cilindro de Vástago Doble
Este tipo de cilindro (D.A.) de vástago doble la encontramos en grandes
aplicaciones en la industria. Posee dos vástagos unidos al mismo pistón.
Cuando uno de los vástagos realiza el
trabajo, el otro puede ser utilizado en
comandos de fines de curso o en
dispositivos que no pueden ser
posicionados a lo largo del recorrido.
Los dos lados del pistón poseen
generalmente la misma área, que
posibilita Tecnología Neumática Industrial
transmitir las fuerzas iguales en ambos
sentidos del movimiento.
Como ejemplo típico, se considera el caso de automatización de mesas
de máquinas herramientas y máquinas de inyección.
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Cilindro Dúplex Continuo o Cilindro Tándem
Es dotado de dos pistones unidos por una vástago común, separados entre si
por medio de un cabezal intermedio que posee entradas de aire independiente.
En sentido de avance o retorno, ocurre
la actuación sobre las dos caras del
pistón, de tal modo que la fuerza
producida es la sumatoria de las
fuerzas individuales de cada pistón.
Esto permite disponer de mayor
fuerza, tanto en avance como en el
retorno.
Aplicado en casos donde se necesita
mayores fuerzas, o donde no se dispone
de espacio para hacer actuar un cilindro
de diámetro mayor, o no se puede elevar
mucho la presión de trabajo,
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Cilindro Dúplex Gemelos o multiposicional
Consiste en dos o más cilindros de doble acción, unidos entre si, teniendo
cada uno entradas de aire independientes. Esa unión posibilita la obtención de
tres, cuatro o más posiciones distintas.
son una buena opción el aquellos casos en
los que se requiera alcanzar 3 ó 4 posiciones
diferentes y no se requiera una variabilidad
frecuente de las mismas.
Es aplicado en circuitos de selección,
distribución, posicionamientos, comandos de
dosificación y transportes de piezas para
operaciones sucesivas.
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Cilindro de Impacto
Recibe esta denominación debido a la fuerza a ser obtenida por la
transformación de energía cinética. Es un cilindro de doble acción especial
con modificaciones.
El impacto es producido a través de la
transformación de la energía cinética
proporcionada al pistón, junto a la acción
del aire comprimido sobre el pistón.
Cuando se necesitan de grandes fuerzas
durante cortos espacios de tiempo, como es
el caso de gravados, cortes etc., este es el
equipo que mejor se adapta.
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Cilindro sin Vástago
En ciertas aplicaciones representa un inconveniente el hecho de que un cilindro
casi duplique su longitud durante la carrera.
Debido a la longitud del cuerpo del
cilindro y del vástago cuando éste se
encuentra extendido, sobre todo en
grandes carreras.
Es entonces cuando se aconseja el uso
de cilindros sin vástagos.
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Cilindro Compacto
Actuador con dimensiones externas en
longitud a una ejecución estándar,
reducidas sobretodo en las culatas del
actuador.
Se emplean en aplicaciones donde es
fundamental el tamaño reducido del
cilindro.
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Cilindro con Amortiguación
Proyectado para controlar movimientos de grandes masas y desacelerar el
pistón en los fines de curso (carrera), tienen vida útil prolongada en relación a
los modelos sin amortiguamiento.
Este amortiguamiento tiene la
finalidad de evitar las cargas
de choque, transmitidas a los
cabezales y al pistón, en el
final de cada carrera,
absorbiéndolas.
Serán dotados de amortiguamiento (cuando sea necesario) los cilindros que
tuvieran diámetros superiores a 30 mm y cursos por encima de 50 mm, caso
contrario, no es viable su construcción.
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Tipos de amortiguación
Amortiguación elástica
Se empela en los cilindros más
pequeños que mueven elementos
relativamente ligeros.
Un anillo elástico de goma
colocado en émbolo es el
encargado de absorber el choque e
impedir que el cilindro se dañe
internamente .
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Amortiguación neumática regulable
Se emplea en los cilindros más
grandes, consiste en desacelerar el
émbolo en la parte final de carrera;
para elle parte del aire de escape
se evacua más lentamente a través
de una restricción regulable.
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Súper amortiguación
Este sistema de amortiguación
puede desacelerar masa hasta
un valor de 20 veces la
aceleración de la gravedad,
teniendo una velocidad máxima
en torno a 2,2 m/s.
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Amortiguación hidráulica
Se emplea en las aplicaciones donde exista problema de frenado de masas
en sus puntos finales de carrera.
Por el diseño de sus orificios, nos
permite obtener un nivel de
absorción óptimo, adecuado a
cada caso de carga, sin
necesidad de ningún tipo de
regulación.
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Guías Lineales
Las Guías Lineales fueron
proyectadas para ofrecer mayor
precisión de movimiento para
cilindros neumáticos, evitando la
rotación del vástago.
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Fijación de los cilindros
JUNTA
FLOTA
NTE
El tipo de fijación depende del modo en que los cilindros se coloquen en
dispositivos y máquinas. Si el tipo de fijación es definitivo, el cilindro puede ir
equipado de los accesorios de montaje necesarios.
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Movimientos rotativos
Son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se
caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.
En estos actuadores no tiene
sentido la clasificación de simple
o doble efecto, si bien,
dependiendo de la construcción
de estas paletas el motor podrá
girar en uno o dos sentidos.
Los motores de paletas son fabricados para potencias entre 0,1 y 20 CV. El
número de revoluciones en vacío oscila entre 1000 y 5000 r.p.m., siendo
frecuentemente utilizados en herramientas portátiles neumáticas (como
taladradoras, esmeriladoras, etc.).
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Movimientos oscilantes
Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una
revolución. Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro
de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).
ACTUADOR DE PALETA
ACTUADOR PIÑÓN - CREMALLERA
Se clasifican en:
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ACTUADOR DE PALETA
El actuador de giro de tipo paleta quizá sea el más representativo dentro del
grupo que forman los actuadores de giro limitado.
Estos actuadores realizan un
movimiento de giro que rara
vez supera los 270º,
incorporando unos topes
mecánicos que permiten la
regulación de este giro.
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ACTUADOR PIÑÓN-CREMALLERA
En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que
acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio,
hacia la izquierda o hacia la derecha, según el sentido del émbolo..
Los ángulos de giro corrientes
pueden ser de 45º, 90º, 180º,
270º hasta 290º. Es posible
determinar el margen de giro
dentro del margen total por
medio de un tornillo de ajuste
que ajusta la carrera del
vástago.
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PINZAS NEUMÁTICAS
Las pinzas neumáticas son los elementos neumáticos que transforman la
energía potencial del aire comprimido en fuerza de sujeción de piezas.
Existen tres tipos fundamentales de pinzas neumáticas de las cuales derivan todas
las demás construcciones especiales:
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Pinza de apertura paralela
Con dos entradas de aire para
producir una carrera de
trabajo en los dos sentidos por
parte del émbolo o paleta,
aunque también existen de
simple efecto con una sola
toma neumática y retorno por
muelle; los cuales transforman
el desplazamiento lineal en
movimiento paralelo de
amarre mediante su unión a
los dedos externos.
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Pinza de apertura angular
Con dos entradas de aire para
producir una carrera de
trabajo en los dos sentidos por
parte del émbolo o paleta,
aunque también existen de
simple efecto con una sola
toma neumática y retorno por
muelle; los cuales transforman
el desplazamiento lineal en
movimiento paralelo de
amarre mediante su unión a
los dedos externos normal
mente pivoteando mediante
un juego de puntos giratorios.
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Pinza de apertura angular
Transforman el desplazamiento
lineal en movimiento paralelo de
amarre mediante su unión a los
dedos externos normal mente por
medio de una cuña.
La principal aplicación de este tipo
de pinzas es para el amarre de
piezas cilíndricas, existiendo
variantes dependiendo del número
de dedos del que dispone la pinza:
2, 3 o 4 dedos.
Calculo de la fuerza en un cilindro
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Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto
Fuerza teórica
Fuerza efectiva en el avance
Fuerza efectiva en el avance
P = Presión, N/m2.
E = Empuje del muelle, N.
D = Diámetro del émbolo, mm2.
D = Diámetro del vástago, mm2.
η = Rendimiento del cilindro.
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Consumo de aire de los cilindros
Por consumo de aire se entiende el volumen de aire comprimido que absorbe
el cilindro en su movimiento.
Cilindro de simple efecto
En el caso de un cilindro de simple efecto, este movimiento se limita a la carrera
de avance. Su cálculo es sencillo ya que basta multiplicar la superficie S del
émbolo por el recorrido L.
V = S. L = (π D2/4) . L (en m3)
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Cilindro de doble efecto
En el caso de un cilindro de doble efecto, hemos de considerar la carrera de
avance y la retroceso. Por tanto, el volumen total será la suma de los volúmenes
empleados en cada uno de los movimientos.
En el avance: Va = S. L = (π D2/4) . L (en m3)
En el retroceso: Vr = (S – s) . L = [π (D2 – d2)/4] . L (en m3)
D = Diámetro del émbolo (en m)
d = Diámetro del vástago (en m)
El volumen total de aire comprimido empleado será:
Vt = Va + Vr = (π D2/4) . L + [π (D2 – d2)/4] . L = [π (2D2 – d2)/4] . L (en m3)
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Consumo de aire de los cilindros
El cálculo del consumo de aire en cilindros neumáticos es muy importante
cuando se requiere conocer la capacidad del compresor necesario para
abastecer a la demanda de una instalación. Puede calcularse con la siguiente
fórmula, o mediante el ábaco adjunto:
Q = (Π/ 4) . d2 . L . n . P . N . 10-6
donde: Q = Consumo de aire (Nl/min)
d = Diámetro del cilindro (mm)
L = Carrera del cilindro (mm)
n = Número de ciclos completos por minuto
P = Presión absoluta=Presión relativa de trabajo + 1 bar
N = Número de efectos del cilindro
(N=1 para simple efecto, N=2 para doble efecto)
Ejercicios
ING. GAIRLIS PINTO MOLINA
Calcula la fuerza efectiva que ejerce un cilindro de simple efecto en la carrera de
avance sabiendo que el émbolo tiene un diámetro de 20mm y el vástago de 5mm;
la presión del aire comprimido es de 10 bar, la fuerza que ejerce el muelle es de
70N y el rendimiento del 80%.
Necesitamos que el vástago de un cilindro de doble efecto, con rendimiento del
85%, efectúe una fuerza efectiva de 160N en su carrera de avance con una
presión del aire de 6 bar. Calcula el diámetro del émbolo.
Se dispone de un cilindro de doble efecto cuyo émbolo tiene un diámetro de
80mm y cuyo vástago tiene un diámetro de 10mm. Este cilindro posee un
rendimiento del 80% cuando la presión del aire es de 20 bar y realiza una carrera
de 800mm. Calcula la fuerza ejercida por el vástago en el avance y el volumen
total de aire consumido.
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Un cilindro de doble efecto tiene un émbolo de 70mm de diámetro y un
vástago de 25mm de diámetro, la carrera es de 4000mm y la presión de trabajo
de 6bar. Calcula: Fuerza teórica de avance, Fuerza teórica de retroceso,
Consumo de aire en el recorrido de avance y retroceso.
Un cilindro de doble efecto tiene 60mm de diámetro y 15mm de vástago siendo
la presión de trabajo de 6bar y el rendimiento de 90%. Calcular la fuerza que
ejerce en el avance y el retroceso.
Se dispone de un cilindro de simple efecto cuyo émbolo tiene un diámetro de
60mm y cuyo vástago tiene un diámetro de 10mm. Este cilindro posee un
rendimiento del 85% cuando la presión del aceite es de 20 bar y realiza una
carrera de 400mm. La fuerza del muelle es de 200 N. Calcula la fuerza ejercida
por el vástago en el avance y el volumen total de aire consumido.
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Verificación del pandeo
El pandeo es un factor limitativo en la elección de cilindros cuyos vástagos
estén sometidos a compresión, ya que sólo bajo dicha solicitación es cuando
aparece este fenómeno.
Éste se manifiesta por una
flexión lateral del vástago que
genera esfuerzos radiales sobre
bujes y camisa de los cilindros,
acortando su vida útil y hasta
produciendo la rotura.
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Comprobación a pandeo
Según la fórmula de Euler para el pandeo:
F= Máxima fuerza que el vástago puede soportar sin pandeo
Fp= Fuerza o carga de pandeo (Kg)
S= Factor de seguridad (2 a 5)
E= Modulo de elasticidad (kg/cm^2) (2.1 * 10^6 kg/cm^2) para el acero
J= Momento de inercia de la sección transversal del vástago
L= Longitud libre de pandeo. (cm), depende del método de sujeción
m= coeficiente de fijación.
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Método de sujeción
ING. GAIRLIS PINTO MOLINA
Selecciónese el cilindro necesario en el caso en que se desee levantar y
descender verticalmente un objeto frágil cuyo peso sea de 1.500 N, con una
carrera de 320 mm. Presión de trabajo 5 bar.
Ejercicio
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