Informes Mes Agosto 2014 Pablo Puget 158

Cilindros Neumáticos

Objetivo.-

Sera que el lector aprenda de manera rapida, simple y sencilla acerca de los Cilindros Neumáticos.

Introducción.- 

Al introducir un determinado caudal de aire comprimido este se expande dentro de a camara y provoca un deslineamiento lineal.

Funcion de un cilindro neumático.

Los cilindros neumáticos tienen como función transformar la energía estática del aire a presión, haciendo avances o retrocesos en una dirección rectilíneos.

Los cilindros neumáticos o cilindros de aire crean fuerza mutuamente con movimientos.

Tipos de cilindros nuematicos y su simbologia.-

 En el siguiente video podran observar como funciona el cilindro de simple y doble efecto.

Partes de los cilindros neumaticos.-

Simple Efecto.-

Doble efecto.-

Pasos para determinar el diametro de un cilindro.-

Para poder determinar el diametro de un cilindro se necesitan los siguientes datos.

• Presion de trabajo

• Tiempo en que se dea alcanzar la posicion final

• Si es de simple o doble efecto.

• Si es de un vastago, dos vastagos o ningun vastago.

• Valor de la carga.

• Carga por friccion.

• Longuitud de la carrera.

La formula basica:

• P= F/A

La formula aplicada:

• F= (P x A) - Fuerza de la friccion (para calculos generales  se puede considerar un 10% de la fuerza teórica)

Para determinar el consumo de aire.- 

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

 Resumen.-

CILINDROS NEUMATICOS

Los cilindros neumáticos o cilindros de aire crean fuerza mutuamente con movimientos.

Los cuáles producen fuerza, a menudo conjuntamente con movimiento,
y se accionan cerca aire comprimido

Función de los Cilindros Neumaticos

Los cilindros neumáticos tienen como función transformar la energía estática del aire a presión, haciendo avances o retrocesos en una dirección rectilíneos.

incluyen tener la capacidad de
realizar movimientos múltiples sin la necesidad de la intervención intermedia, de realizar un movimiento completo con los puntos que paran intermedios,
para ser ajustado para controlar la cantidad de extensión y/o la contracción de la barra de pistón actuada una vez.

Se utilizan ampliamente en el campo de la automatización para el desplazamiento, alimentación o elevación de materiales o elementos de las
mismas máquinas.

Tipos de cilindros neumáticos y su simbología

Existen diversos tipos de cilindros neumáticos, los cuales están divididos en dos grupos conforme a la forma en que se realiza el retroceso del vástago.

Cilindros de acción simple (SACO):  Utilizan la fuerza impartida por el aire para moverse una dirección (generalmente hacia afuera), y un resorte a la vuelta “a casa” a la posición.

Cilindros dobles (DAC): Estos cilindros utilizan la fuerza del aire para moverse, extienden y contraen movimientos. Tienen dos puertos para permitir el aire adentro, uno para el outstroke y uno para el instroke.

Cilindros rotatorios del aire: Son actuadores que se utilizan para impartir un movimiento rotatorio.

Cilindros de 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 el.

CUESTIONARIO 

¿Qué son los cilindros?

Cilindros neumáticos o conocidos a veces como cilindros del aire son dispositivos mecánicos, los  cuáles producen fuerza, a menudo conjuntamente con movimiento,
y se accionan con aire o gas comprimido

¿Para que sirven?

Tienen la capacidad de realizar movimientos múltiples sin la necesidad de la intervención intermedia, capaces de realizar un movimiento completo con los puntos que paran intermedios, 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. 

¿Dónde se utilizan?

Se utilizan ampliamente en el campo de la automatización para el desplazamiento, alimentación o elevación de materiales o elementos de las
mismas máquinas.

¿Qué tipos de cilindro existen?

 Cilindros de acción simple, Cilindros dobles, Cilindros rotatorios del aire, Cilindros del aire de Rodless.

Relaciona la siguiente tabla

a)De que otro nombre se le conoce a los cilindros neumaticos	b) Cilindro simple
b)Utiliza fuerza impartida por aire para moverse a una dirección y un resorte para regresar	d)Cilindro doble
c)Utiliza un actuador mecanico o magnetico	c) Cilindro de Rodless
d)Utiliza fuerza del aire extienden y contraen movimientos	e)Cilindro de aire rotatorio
e)Son actuadores que imparten un movimiento giratorio	Cilindro doble efecto con amortiguamiento
	a)Cilindros de aire
	Cilindro efecto telescopico

 

Problemas de calculo de cilindros neumaticos.-

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%.

Datos

C.S.E.

D= 80mm=0,08m

S=20mm=0,02m

P=6 bar=600KPa

FM=251N

FE=nFT-FM=0.65*FT- FM= 0.65 * P * A = 0.65 * 600KPa * 0.785 * D^2- 251N

FE= 306150Pa*(0.08m) ^2 - 251N=1959.36N -  251N

FE=1708.36N

WE=FE * S=1708,.36N * 0.02m = 34.16 Joules

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=5 bar=500KPa

FM=100N

FE=nFT- FM=0,70*FT- FM= 0,70*P*A = 0,70*500KPa*0,785*D^2- 100N

FE= 274750Pa*(0,05m)^2 - 100N=686,87N  - 251N

FE=586,87N

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.

Datos

D= 100mm=0,1m

FE=1500N

FE=nFT- FM=0.60*FT- FM= 0.60*P*A = 0.60*P*0,785*D^2- 350N

P = (1500 + 350N)/ 0,471Pa*(0.08m) ^2=613,72KPa

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 de66N.

Datos

D = 12mm = 0.012m

P = 10ba r = 1000KPa

FE = 66NF

E = nFT = n * P * A =  n*1000KPa *  0.785 * D^2

N = (66N) /  (1000KPa * 0.785 * (0.012m) ^ 2 ) = 0.5838

N = 58.38 %

Calcule la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso que desarrolla un cilindro dedoble efecto sometido a una presión de 9,5 bares, sabiendo que su rendimiento esdel 60% y que los diámetros del émbolo y del vástago son, respectivamente, 16 mmy 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 * D^2

FE= 447450Pa*(0,016m)^2=114,54N

  

RETORNO

FE = nFT = 0.60 * FT =  0.60 * P * A  =  0.60 * 950KPa * 0.785 * (D^2 – d^2)

FE =  447450 Pa * ( 0.0162 – 0-0052)m^2=103,36N

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 vástagos de 50cm y realiza35 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*D^2

P= 13000N/0.6829*(0.15m)^2=846KPa

CAUDAL

V=0,785*D^2*s*n*Rc

Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+846KPa)/101,35KPa=9,34V=0,785*(0,15m)^2 * 0,5m * 35 * 9.34=2.886 m^3/min

Una troqueladora es accionada mediante un cilindro de doble efecto. El desplazamiento del vástago es de 70mm, el diámetro del émbolo mide 6cm y el del vástago de 1cm y la presión del aire es de 7 bar. Determina la fuerza efectiva del vástago en el avance y en el retroceso.

Datos

C.D.E.

D= 6cm=0,06m

d= 1cm=0,01m

S=70mm=0,07m

P=7 bar=700KPa

AVANCE

FE=0,9FT= 0,9*P*A = 0,9*700KPa*0,785*D^2

FE= 494550Pa*(0,06m)^2=1780,38N

 

RETORNO

FE=0,9*FT= 0,9*P*A = 0,9*700KPa*0,785*(D^2- d^2)

FE= 494550Pa*(0,062- 0,012)m2=1730,92N

Un cilindro de doble efecto trabaja a una presión de 30 bar y tiene un vástago de20mm 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 = 20 mm =0.02 m

FE = 8000 NP =  30 ba r= 3000KPa FE = 0.9 * FT =  0.9 * P * A   = 0.9 * P * 0.785 * D ^ 2

D^2 = (8000N)/ 0,706*(3000KPa) =0,0037771m^2

D=0,0614m

RETORNO

FE=0.9*FT= 0,9*P*A = 0,9*3000KPa*0,785*(D^2-  d^2)

D ^ 2=D^2-  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*D^2=0,785(0,0614m)^2=0,002959m^2

A´=0,785*(D^2-d^2)=0,785(0,0614^2-0,0179^2)m^2=0,002707m^2

V=(0,002959m^2+0,002707m^2)*0,15m*50*30,6=1,3m^3/min

Calcula las fuerzas efectivas en el avance y en el retroceso de un cilindro de doble efecto que tiene las siguientes características: presión de trabajo 6Kp/cm2, los diámetros del émbolo y del vástago son, respectivamente, 80mm y 25mm.Suponiendo que en el cilindro tiene una carrera de 700mm y efectúa 5 ciclos por minuto, ¿cuál es el consumo de aire de dicho cilindro?

Datos

C.D.E.

P=6Kp/cm2=266880KPa

D= 80mm=0,08m

d= 25mm=0,025m

S=700mm=0,7m

AVANCE

FE=0,9FT= 0,9*P*A = 0,9*266880KPa*0,785*D^2

FE= 188550,72KPa*(0,08m)^2=1206,72KN

RETORNO

FE=0,9*FT= 0,9*P*A = 0,9*266880KPa*0,785*(D^2- d^2)

FE= 188550,72KPa*(0,08^2- 0,025^2)m^2=1088,88KN

V=(A+A)*s*n*Rc

Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+266880KPa)/101,35KPa=2634,25

A=0,785*D^2=0,785(0,08m)^2 =0,005024m^2

A´=0,785*(D^2-d^2) = 0,785(0,08^2-0,025^2)m^2=0,00453m^2

V=(0,00502m^2+0,00453 m^2) * 0,7m * 5 * 2634,25=88,04m^3/min

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, presión6bar, determina la fuerza efectiva del vástago y el consumo de aire en litros por minuto. Se desprecian los rozamientos.

Datos

C.D.E

.P=6bar=600KPa

D= 5cm=0,05m

d= 1cm=0,01m

S=60mm=0,06m

AVANCE

FE=0,9FT= 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*D^2

FE= 423900Pa*(0,05m)^2=1059,75N

RETORNO

FE=0,9*FT= 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*(D^2- d^2)

FE= 423900Pa*(0,05^2- 0,01^2)m^2=1017,36NV=(A+A)*s*n*Rc

Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+600KPa)/101,35KPa=6,92A=0,785*D^2=0,785(0,05m)^2=0,00196m^2

A´=0,785*(D^2-d^2)=0,785(0,05^2-0,01^2)m^2=0,00188m^ 2

V=(0,00196m^2+0,00188m^2)*0,06m*10*6,92=0,01594m^3/minV=15,94L/min

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, presión6bar, determina la fuerza efectiva del vástago y el consumo de aire en litros por minuto. Se desprecian los rozamientos.

Datos

C.D.E

.P=6bar=600KPa

D= 5cm=0,05m

d= 1cm=0,01m

S=60mm=0,06m

AVANCE

FE=0,9FT= 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*D^2

FE= 423900Pa*(0,05m)^2=1059,75N

RETORNO

FE=0,9*FT= 0,9*P*A = 0,9*600KPa*0,785*(D^2- d^2)

FE= 423900Pa*(0,05^2- 0,01^2)m^2=1017,36NV=(A+A)*s*n*Rc

Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+600KPa)/101,35KPa=6,92A=0,785*D^2=0,785(0,05m)^2=0,00196m^2

A´=0,785*(D^2-d^2)=0,785(0,05^2-0,01^2)m^2=0,00188m^ 2

V=(0,00196m^2+0,00188m^2)*0,06m*10*6,92=0,01594m^3/minV=15,94L/min

Una plegadora de chapa utiliza un cilindro neumático de simple efecto. Determina el diámetro mínimo del émbolo si la fuerza que tiene que realizar es de 800p y la presión de suministro de 7atm. Calcula el caudal de aire que debe suministrar el compresor si se hacen 18 pliegues por minuto y el desplazamiento del vástago es de60cm. (E=260N)

Datos

D= ?

FM=260N

S=0,6m

FE=800p=3558,577N

P= 7atm=709,275KPa

FE=0,9*FT- FM= 0,9*P*A = 0,9*P*0,785*D^2- 260N

D^2=(3558,577N + 250N)/ 0,706*(709275Pa) =0,007605m^2

D=0,0872m

CAUDAL

V=0,785*D^2*s*n*Rc

Rc=(Patm+Ptrab)/Patm=(101,35KPa+709,275KPa)/101,35KPa=7,99

V=0,785*(0,0872m)^2*0,6m*18*7,99=0,515m^3/min

Bibliografia

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