Cilindros Neumáticos [ Pistones ]

INFORME DE MES DE AGOSTO

Nombre de Alumno
Martínez Hernández Alejandro Enrique

Numero de Control
828147

4° Semestre  MK2013A

Nombre del profesor
Javier Rodríguez León

Fecha de envió
Viernes 1 de Agosto de 2014

 Objetivo

Conocer más acerca del funcionamiento de los pistones, saber su utilización dentro de la industria y obtener un conocimiento más amplio sobre el tema de neumática.

Además de saber los cálculos necesarios para saber la presión que deben tener los cilindros, los tipos de cilindros existentes y como identificarlos.

 Introducción.

 
Los cilindros neumáticos son dispositivos mecánicos los cuáles producen fuerza o movimiento y se accionan con aire comprimido.

Para realizar su función, los cilindros neumáticos imparten fuerza al convertir energía potencial de aire comprimido en energía cinética.

Esto se alcanzada por el aire comprimido que puede aplicarse, sin entrada de energía externa, este aire al entrar  tiene una mayor presión que la que existe en la atmosfera, esta extensión del aire fuerza al pistón para moverse en la dirección deseada dependiendo del trabajo que se requiera.

El cilindro es una pieza hecha con metal resistente y por lo mismo fuerte ya que debe soportar a lo largo de su vida útil un trabajo intenso, además de que es menos probable que aparezcan fisuras lo que provocaría perdida de presión y por lo tanto falta de fuerza.

En la automatización de las instalaciones productivas, se emplean cilindros neumáticos, para   producir diversos trabajos.  

  Función de un Cilindro Neumático.

   
     La función principal de un cilindro de aire o neumático es utilizar aire comprimido y la presión del aire para mover cosas. Un cilindro de aire convierte la energía del aire comprimido en movimiento.

 Los dos tipos de cilindros de aire son, de efecto simple o de doble efecto, tienen ligeras variaciones en sus partes internas, funcionalidad y diseño. Sin embargo, todos los cilindros de aire tienen un cuerpo de cilindro, un pistón, las glándulas de embalaje, empaque, un vástago de pistón y una cabeza para las piezas internas. Algunos cilindros también pueden tener un conjunto de resorte y amortiguador.

Los cilindros neumáticos pueden funcionar en una variedad de maneras. Los ejemplos incluyen tener la capacidad de

* Realizar movimientos múltiples sin la necesidad de la intervención intermedia.     * Realizar un movimiento completo con los puntos que paran intermedios.
* ser ajustado para controlar la cantidad de extensión y/o la contracción de la barra de pistón actuada una vez.
Son dispositivos motrices en equipos neumáticos que transforman energía estática del aire a presión, haciendo avances o  retrocesos en una dirección
rectilínea.

En general se utilizan ampliamente en el campo de la automatización para el desplazamiento, alimentación o elevación de materiales o elementos de las
mismas máquinas

Para resumir lo antes mencionado se podría decir que la función fundamental de un cilindro neumático es la de convertir la energía neumática de        presión en energía mecánica.

Tipos de Cilindros Neumáticos y su simbología.

Aunque los cilindros neumáticos variarán de aspecto, tamaño y la función, caen generalmente en una de las categorías que a continuación se especifican.
No obstante hay también numerosos otros tipos de cilindro neumático disponibles, muchos de los cuales se diseñan para satisfacer funciones específicas y
especializadas.

* Cilindros de acción simple: Los cilindros de acción simple (SACO) utilizan la fuerza impartida por el aire para moverse en una dirección (generalmente hacia fuera), y un resorte que lo regresa a la posición original.

* Cilindros dobles: Los cilindros dobles (DAC) utilizan la fuerza del aire para moverse de forma que se extienden y contraen. Tienen dos puertos para permitir el aire adentro, uno para el outstroke y uno para el instroke.

Otros tipos:

Aunque los SACO y DAC son los tipos mas comunes de cilindro neumático, los tipos siguientes no son particularmente raros:

* Cilindros rotatorios del aire: actuadores que utilizan el aire para impartir un movimiento rotatorio

*  Cilindros del aire de Rodless: los actuadores que utilizan un acoplador mecánico o magnético para impartir la fuerza, típicamente a la tabla o al otro cuerpo que se mueve a lo largo de la longitud del cuerpo del cilindro, pero no extienden más allá de él.

A continuación se presenta una tabla con la SIMBOLOGIA de los cilindros.

Descripción / Simbología

De simple efecto. Retorno por muelle.

De simple efecto. Retorno por fuerza externa.

De doble efecto.

De doble efecto con amortiguador.

De doble efecto con doble vástago.

De simple efecto telescópico.

Lineal sin vástago.

Accionador angular.

Motor neumático de un solo sentido de giro.

Motor neumático de dos sentidos de giro.

  Partes de los Cilindros Neumáticos.

La capacidad de un cilindro de aire depende de la gestión de aire a presión. Al elegir el tamaño de un cuerpo de cilindro de aire debemos tener en cuenta la potencia y la gestión necesarias para controlar la pérdida y la adición de aire a presión. Los cilindros más grandes pueden agotar la presión de aire rápidamente. Los materiales usados ​​para hacer los cilindros de aire incluyen hierro fundido, bronce, aluminio, acero y otros materiales dependiendo del uso previsto del cilindro.

Pistones y bielas

Cuando el aire comprimido entra en el cuerpo del cilindro, empuja un pistón. El pistón es un disco que se ajusta firmemente al cuerpo del cilindro. El pistón se mueve ya sea hacia dentro o fuera dependiendo del extremo en el cual entra el aire comprimido en el cilindro. El aire comprimido que empuja contra el pistón mueve un conjunto de pistón y vástago. El aire en el lado opuesto del aire comprimido en las rejillas de pistón ventila hacia la atmósfera. Una varilla de conexión que se conecta al pistón, se extiende hacia fuera o se retrae en el cilindro.

Sellos de embalaje y glándulas

Los embalajes y sellos de empaque proporcionan un área de sellado alrededor de la varilla del pistón. Las glándulas de embalaje sostienen los empaques en el lugar. Los tornillos, arandelas de seguridad, hilos o placas de recubrimiento sostienen las glándulas de embalaje en su lugar. En los grandes cilindros, la fricción con el material de embalaje puede causar sobrecalentamiento. En estos cilindros, se colocan camisas de agua alrededor de la empaquetadura para evitar el sobrecalentamiento. Los tipos de embalaje que se encuentran en los cilindros de aire varían pero algunos ejemplos incluyen empaquetadura del vástago, juntas de cubierta, envases, empaques de agujas pistón del amortiguador, guarniciones de juntas rotativas, sellos de cubierta, juntas tóricas, empaquetaduras en V y envases de brida.

Muelle

Los cilindros neumáticos de simple efecto proporcionan la fuerza en una sola dirección. Algunos cilindros de simple efecto tendrán un retorno por muelle. El muelle suministra la energía para devolver al pistón a la posición inicial. Los cilindros neumáticos de doble efecto utilizan aire a presión a ambos lados del cilindro para crear un movimiento reversible y no es necesario un resorte para devolver el pistón a su lugar.

Casquillos de extremo

El diseño del casquillo de extremo a ambos extremos de un cilindro de aire se correlaciona con el tipo y uso del cilindro de aire. En cilindros de acción simple, sólo uno de los extremos tendrá una tapa o casquillo.

Cojín de montaje

Cuando los pistones de un cilindro de aire están impulsando una carga pesada o en movimiento rápido, una unidad de amortiguación ayuda a desacelerar el pistón al final del movimiento. El cojín de montaje atrapa el aire entre el pistón y el extremo de la cubierta. Purgar lentamente este aire alivia el choque de un movimiento duro o rápido del pistón

 Pasos para determinar el diámetro de un cilindro.

   

Para calcular la fuerza que ejerce el vástago de un cilindro en sus carreras de avance o retroceso se debe partir de la presión de trabajo del aire comprimido. La fuerza desarrollada depende de la superficie útil del actuador, que será diferente según se trate de cilindros de simple o de doble efecto.

Cilindros de simple efecto

En este tipo de cilindros la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del émbolo. Al determinar la fuerza que realiza el cilindro, hemos de tener en cuenta que el aire debe vencer la fuerza de empuje en sentido opuesto que realiza el muelle. En estos cilindros solamente se ejerce fuerza en el sentido de avance, es decir la fuerza que realiza el aire comprimido, cuando el cilindro regresa a su posición estable lo hace por medio de la fuerza de empuje del resorte, que exclusivamente sirve para recuperar la posición del vástago, pero es incapaz de desarrollar ningún tipo de trabajo mecánico. A efectos de cálculo se interpreta que la fuerza del resorte es del orden del 10% de la fuerza neumática.

Sección del émbolo:

Volumen:

Cilindros de doble efecto.

Estos cilindros desarrollan trabajo neumático tanto en la carrera de avance como en la de retroceso, lo que sucede es que la fuerza es distinta en cada uno de los movimientos, por que el aire comprimido en el movimiento de avance actúa sobre toda la superficie del émbolo, mientras que en el retroceso solamente lo hace sobre la superficie útil, que resulta de restar a la superficie del émbolo la del vástago.

Sección en el avance:

Sección retroceso:

Volumen:

Donde:

Φ_e= Diámetro del émbolo
Φ_v= Diámetro del vástago
e= Carrera del vástago

a). Datos necesarios:

          Presión de trabajo.
          Tiempo en que se desea alcanzar la posición final.
          Simple efecto o doble efecto.
          Un vástago o dos vástagos o sin vástago.
          Valor de la carga.
          Carga por fricción.
          Longitud de la carrera.

b).  Fórmula básica.

      P = F/A

c). Fórmula aplicada.

     F = (P x A) - Fuerza de fricción (para cálculos generales considerar un 10% de la fuerza    
            teórica).    

 Pasos para determinar el consumo de aire.

Cálculo del consumo de aire

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

En el cálculo del consumo de aire se tiene en cuenta la presión de trabajo, por lo que se obtiene el consumo de aire comprimido, para conocer el consumo de aire atmosférico se parte del consumo de aire a la presión de trabajo y se aplica la ley de Boyle-Mariotte.

Otro factor importante a tener en cuenta en este automatismo neumático es el consumo de aire que realizan los cilindros; el cual se puede determinar mediante una expresión:

donde:

Q= caudal consumido por el cilindro en l/min.

D= diámetro interior del cilindro en cm.

d= diámetro del vástago en cm.

L= carrera del vástago en cm.

P= presión de trabajo del cilindro en bar

n= número de ciclos por minuto

El consumo también lo realizaremos mediante la siguiente tabla:

Pasemos a realizar los cálculos para cada uno de los cilindros:

-Cilindro A:

Vamos a calcular el consumo mediante la anterior expresión:

D=1,2 cm

d= 0,6 cm

L= 30 cm

P= 6 bar

n= 3 carr/min

Sustituyendo:

El consumo del cilindro A es de 1,068 l/min.

El consumo del cilindro A por medio de la tabla no lo podremos realizar debido a que el diámetro mínimo que aparece en la tabla es de 15.

Resumen.

En general los cilindros neumáticos se utilizan en industrias y talleres, es una forma mecánica barata por la utilización de aire ya que se encuentra en la atmosfera y por lo tanto es gratuito.

La función principal de un cilindro de aire o neumático es utilizar aire comprimido y la presión del aire para mover cosas. Un cilindro de aire convierte la energía del aire comprimido en movimiento.
Los dos tipos de cilindros de aire, de efecto simple o de doble efecto, tienen ligeras variaciones en sus partes internas, funcionalidad y diseño. Sin embargo, todos los cilindros de aire tienen un cuerpo de cilindro, un pistón, las glándulas de embalaje, empaque y un vástago de pistón y una cabeza para las piezas internas. Algunos cilindros también pueden tener un conjunto de resorte y amortiguador.

 Problemas de cálculo de cilindros neumáticos 

1° Un cilindro de simple efecto, con retroceso por muelle, es alimentado con aceite a una presión de 1000 N/cm². Si el pistón tiene un diámetro de 50mm y el muelle opone una resistencia de 800 N. Calcule la fuerza que desarrolla el cilindro.

2° Un cilindro de doble efecto trabaja con aire a una presión p=8 bar, su carrera es e=50mm,el diámetro del émbolo es fe=30 mm, y el diámetro del vástago es fv=10 mm, realiza una maniobra de 8 ciclos por minuto y en ambos movimientos presenta un rendimiento deη=85%. Se desea calcular para el caso teórico y para el caso ideal:

a) Fuerza ejercida en las carreras de avance y de

retroceso

b) Consumo de aire en condiciones normales durante

una maniobra.

c) Potencia producida por el cilindro durante una

maniobra.

3° De un cilindro neumático de doble efecto se sabe que el diámetro interior del cilindro es de 6 cm y el diámetro del vástago de 20 mm. La fuerza que proporciona el vástago en el movimiento de avance resulta ser 217,15 Kgf. También se conoce por el manual del fabricante que las fuerzas teóricas de avance son de 226,19 Kgf y en el de retroceso

201,06 Kgf.

a) Calcula la presión a la que puede trabajar el cilindro.

b) Calcula la fuerza real de retroceso.

4° Un cilindro neumático tiene las siguientes características: diámetro del émbolo 80 mm,

diámetro del vástago 15 mm y 300 mm de carrera. Trabaja con una presión de 6 bar y

realiza una maniobra de 9 ciclos por minuto. (Considera la presión atmosférica 1gual a

1bar=105Pa)

Determina:

a) Fuerza teórica en el avance y el retroceso.

b) Consumo de aire en condiciones normales.

5° Se quiere diseñar un cilindro de simple efecto que utilice en su funcionamiento un

volumen de aire de 650 cm3 con una carrera de 250 mm, que trabaje con una presión de

11 Kp/cm2.

Determina:

a) Diámetro del émbolo del cilindro.

b) Fuerza real de avance, teniendo en cuenta que las fuerzas de rozamiento

suponen el 10% de la fuerza teórica y el resorte realiza una fuerza equivalente al

15% de la fuerza teórica de avance.

6° una fuerza en el avance de 20 KN con una presión máxima de 8 bares.

Determina

a) Diámetro que debe tener el vástago si está fabricado con una material que tiene

una tensión admisible de 25 Kg/mm2.

b) Diámetro del émbolo.

c) En esas condiciones que fuerza máxima puede realizar durante la carrera de

retroceso

7° El depósito de aire de una instalación neumática contiene 1500 litros de aire a 4 bar de presión, y a una temperatura de 8ºC. Se produce una subida de temperatura alcanzándose 30ºC, en esas condiciones: a)¿Qué presión alcanzará el aire?. b) ¿Cuántos litros de aire debemos extraer para continuar con la presión original?

8° Un cilindro de simple efecto, debe elevar una carga de 1500N a una velocidad constante de 1m/s, alimentado con una presión de 5 bares, siendo la fuerza del resorte 100N.

Determinar:
a) Diámetro mínimo del émbolo.

b) Caudal mínimo de alimentación

9° Una troqueladora es accionada mediante un cilindro de doble efecto. El desplazamiento del vástago es de 70 mm, el diámetro del émbolo mide 6cm, el del vástago 1 cm, la presión del aire es de 7 bar.

Determina

a) Fuerza en el avance y en el retroceso.

b) Volumen de aire consumido durante un minuto, sabiendo que repite doce

maniobras.

10° Mediante un cilindro hidráulico se desea desplazar una carga de 1500 Kg, a una velocidad máxima de 30cm/s. Sabiendo que el elemento que menos presión resiste de la instalación es el cilindro, que está diseñado para una presión máxima de 150 Kg/cm2, y que las pérdidas de presión entre el cilindro y la bomba son de 10 Kg/cm2.

Determine:

a) Diámetro mínimo del cilindro, en mm, despreciando los rozamientos.

b) Caudal, en l/minuto, que debe suministrar la bomba.

c) Potencia útil en CV del motor de accionamiento de la bomba, si su rendimiento

es del 75%.

 Cuestionario

1° ¿Qué necesitan los cilindros neumáticos para funcionar?

a) agua        b) fuego        c) aire

 2°  ¿De que esta hecho un cilindro neumático?

a) metal        b) plástico       c) vidrio

3° ¿Cual es la principal función de un cilindro neumático?

a) realizar movimiento mecánico      b) mover objetos a gran        c) correr                                                                                                                                                mediante aire                                          distancia                           a gran velocidad

4°  ¿Cuáles son los tipos de cilindros mas comunes?

a) de simple y doble efecto  b) de bola y rectangulares  c)de efecto rápido y lento

5°  ¿Cómo funciona un cilindro de simple efecto?

a)mediante tres entradas       b) con una entrada de aire      c) mediante dos
  de aire                                           y un resorte                          entradas de aire 

6°  ¿Cuántas entradas tiene un cilindro de doble efecto?

a) 6                   b) 3                   c) 2

7° suministra la energía para devolver al pistón a la posición inicial

a) muelle                  b) vástago      c) cojín

8°   ¿Cuántos sentidos de avance tiene un cilindro de simple efecto?

a) 3                    b) 1                  c) 2

9°  Formula básica para cálculos de un cilindro neumático

a) V= R*I           b) b*h/2         c)  P = F/A

10° ¿Cómo se representa un cilindro de doble efecto?

a)        

b)

c)

Bibliografía.

http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1144/html/3_clculo_de_cilindros_fuerza_consumo_de_aire.html

  http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1144/html/3

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

http://www.distritec.com.ar/micro/cilindros_neumaticos/SIMBOLOGIA.pdf

https://www.smc.eu/portal_ssl/NEW_EBP/18)Introduction_of_cat/18.1)Intro/e)AirCylinder/cilind_s_ES.pdf

http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r73217.PDF

http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica9.htm

http://www.roydisa.es/calcular-la-fuerza-que-desarrolla-un-cilindro-neumatico-y-su-consumo-de-aire/

 http://www.distritec.com.ar/micro/cilindros_neumaticos/INTRODUCCION