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• Sandra Solams Castillo Quispe

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INSTITUTO TECNICO DE MAQUINARIA PESADA

TECMIN

CILINDROS NEUMATICOS PRESENTADOS POR:  ALEJO CARPIO WILDERS  CASTILLO QUISPE SANDRA SOLAMS  QUISPE LOPEZ RUBEN

INSTRUCTOR: FREDY GOMEZ GRUPO: A

INDICE INTRODUCCION .......................................................................................................................... 3 ¿QUE ES UN CILINDRO NEUMATICO? ............................................................................ 4 FUERZA DE UN CILINDRO NEUMATICO ........................................................................ 5 CONSTRUCCION DE UN CILINDRO NEUMATICO...................................................... 8 PARTES INTERNAS DE UN CILINDRO NEUMATICO ............................................ 8 Cuerpo del cilindro .................................................................................................................... 8 Pistones y bielas ........................................................................................................................... 8 Sellos de embalaje y glándulas .................................................................................................. 8 Muelle ............................................................................................................................................. 9 Casquillos de extremo ................................................................................................................. 9 Cojín de montaje........................................................................................................................... 9 CLASES DE CILINDROS NEUMATICOS......................................................................... 11 CILINDROS DE SIMPLE Y DOBLE EFECTO ............................................................. 11 CILINDROS TANDEM .......................................................................................................... 14 CILINDROS DUPLEX ........................................................................................................... 14 PRESION DENTRO DEL CILINDRO NEUMATICO ..................................................... 15 CILINDROS GIRATORIOS: ................................................................................................... 16 APLICACIONES DE CILINDROS NEUMATICOS......................................................... 17 Aplicaciones de la neumática en distintos procesos industriales. .......... 17 Aplicaciones en manipulación ..................................................................................... 18 SIMBOLOGIA .............................................................................................................................. 19 RESUMEN..................................................................................................................................... 20

INTRODUCCION

Los Cilindros son actuadores que proveen el movimiento y la potencia a las máquinas neumáticas en los sistemas automatizados son elementos mecánicos de bajo costo y fáciles de instalar se les utiliza para producir movimiento lineal o rotatorio se puede ajustar su velocidad de desplazamiento. El diámetro del cilindro define la max fuerza que éste puede ejercer El vástago define el máx desplazamiento que puede provocar La max presión de trabajo depende del modelo del fabricante. Pueden llegar a soportar presiones de hasta 16 bar El empuje puede ajustarse (regulador de presión).

¿QUE ES UN CILINDRO NEUMATICO?

Un cilindro neumático es un dispositivo mecánico que produce una fuerza, que muchas veces va continuada de un moviento, que viene accionado por un gas comprimido, nosotros trataremos el aire. Para realizar su función, los cilindros neumáticos imparten una fuerza para convertir la energía potencial de gas comprimido en energía cinética (en movimiento). Esto se alcanza por medio del gas comprimido, que es debido a la diferencia de presión. Esta diferencia o gradiente de presión del aire acciona un pistón para moverse en la dirección deseada. Una vez que esté actuado, el aire comprimido entra en el tubo por un extremo del pistón y, por lo tanto, imparte la fuerza a través del pistón. Por lo tanto, el pistón se desplaza por el aire comprimido que se amplía en un intento por alcanzar presión atmosférica.

FUERZA DE UN CILINDRO NEUMATICO La fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del pistón (émbolo), de la presión del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento. Entonces, la fuerza teórica (sin considerar rozamiento) se calcula por la expresión: Fteorica = Area x Presion Siendo Fteorica = Fuerza teórica del émbolo. Area = Area del émbolo. También se puede calcular a partir del diámetro interno del cilindro. Presión = Presión del aire comprimido (bar) Ahora bien, el área efectiva de un cilindro depende de si se considera en avance o en retroceso, dado que en retroceso tenemos que descontar el diámetro del vástago.

En el caso del avance, se calcula el área del cilindro siendo esta una circunferencia, mientras que para el retroceso, el área es el de una corona circular. Entonces, el cálculo del área efectiva puede realizarse mediante las siguientes dos fórmulas:

Por lo tanto, si aplicamos esto a la fórmula de fuerza, obtendremos:

Teniendo en cuenta que:

Por último, para determinar la fuerza real, hay que tener en cuenta los rozamientos. Para presiones que oscilan entre los 4 y 8 bar las fuerzas de rozamiento suelen representar entre un 5% y un 10% de la fuerza calculada.

Ejemplo Supongamos que tenemos un cilindro de 100 mm de diámetro con un vástago de 25mm y una presión de aire comprimido de 6 bar. Entonces, las fuerzas en teoría serían:

Ahora, teniendo en cuenta que estas son las fuerza teóricas, podríamos suponer una pérdida del 10% por rozamiento.

CONSTRUCCION DE UN CILINDRO NEUMATICO PARTES INTERNAS DE UN CILINDRO NEUMATICO 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. Cuerpo del cilindro 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, ten 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.

CLASES DE CILINDROS NEUMATICOS CILINDROS DE SIMPLE Y DOBLE EFECTO Los 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. En la siguiente representación apreciamos un cilindro de simple efecto y sus partes.

Los 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, 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. A continuación apreciamos una imagen de un cilindro de doble efecto y sus diferentes partes.

En la siguiente imagen se aprecia una comparativa entre ambos cilindros.

CILINDROS 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. Está constituido por dos cilindros de doble efecto que forma una unidad. Gracias a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene en el vástago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal para el mismo diámetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espacio relativamente pequeño, no siendo posible utilizar cilindros de diámetros mayores. Sin ser unidades excesivamente comunes, vale la pena conocerlas ya que en ocasiones pueden resultar de interés para la resolución de problemas muy concretos.

CILINDROS DUPLEX Tiene dos vástagos (no unidos) siendo el trasero más pequeño El vástago trasero ejerce una fuerza mayor que el vástago delantero Esto debido a que tiene mayor área de acción durante la carrera

PRESION DENTRO DEL CILINDRO NEUMATICO 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. La longitud de carrera en cilindros neumáticos no debe superar los 2000 mm. Para émbolos de gran tamaño y carrera larga, el sistema neumático no resulta económico por el elevado consumo de aire que requiere. Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánico del vástago y de los cojinetes de guía es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse vástagos de diámetro superior a lo normal, desaconsejándose su uso.

CILINDROS GIRATORIOS: Los actuadores rotativos o giratorios son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:  Actuadores de giro limitado: Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón – cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90o, 180o..., hasta un valor máximo de unos 300o (aproximadamente).  Motores neumáticos: Proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto. Actuadores De Giro Limitado Utilizados para girar componentes, actuar válvulas de control de procesos, y giros en aplicaciones de robótica. Proporcionan un giro limitado.  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. Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cámaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de movimiento angular limitado.  Piñón – Cremallera Los cilindros que funcionan como actuadores giratorios, de giro limitado, son el cilindro giratorio de pistón-cremallera-piñón en el que el movimiento lineal des pistón es transformado en un movimiento giratorio mediante un conjunto de piñón y cremallera y el Cilindro de aletas giratorias de doble efecto para ángulos entre 0° y 270°. En la siguiente figura el cilindro pistón-cremallerapiñón

APLICACIONES DE CILINDROS NEUMATICOS Un número creciente de empresas industriales están aplicando la automatización de su maquinaria mediante equipos neumáticos, lo que, en muchos casos, implica una inversión de capital relativamente baja. Los elementos neumáticos pueden aplicarse de manera racional para la manipulación de piezas, incluso puede decirse que este es el campo de mayor aplicación. Tomando como base la función de movimiento, hay que resaltar la extensa gama de elementos sencillos para la obtención de movimientos lineales y rotativos. Aplicaciones de la neumática en distintos procesos industriales. Para dar una idea general de las posibilidades de aplicación de la neumática se puede hablar de varios procesos industriales. La cantidad de aplicaciones se ve aumentada constantemente debido a la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías. La constante evolución de la electrónica e informática favorece la ampliación de las posibilidades de aplicación de la neumática. Un criterio muy importante es la existencia de compresor, si este existe la elección del sistema neumático tiene muchas más posibilidades. Esto es especialmente importante para procesos de especialización no técnicos tales como la agricultura, jardinería, etc. A continuación una lista de algunos sectores industriales donde se aplica la neumática: - Agricultura y explotación forestal - Producción de energía - Química y petrolífera - Plástico - Metalúrgica

- Madera - Aviación Aplicaciones en manipulación Al hablar de manipulación, se hace referencia a las diferentes acciones a que está sometido un elemento para que adopte unas determinadas posiciones dentro de un proceso de producción. La palabra manipulación proviene de “accionar con la mano”, pero en los procesos de producción se sigue utilizando aunque la acción se produzca mecánicamente. La mano humana es un elemento muy complejo que puede realizar funciones diversas. Un elemento mecánico de trabajo solo puede realizar algunas funciones que realiza la mano, esto da como consecuencia de que, para obtener un proceso de trabajo automático, son necesarios varios elementos mecánicos de manipulación. En un dispositivo cualquiera deben montarse tantos elementos de trabajo como operaciones individuales deba realizar dicho dispositivo. Esta es una de las razones por la cual se utilizan mucho los sistemas neumáticos para la manipulación. Un cilindro neumático, y con él el elemento de trabajo, pueden montarse directamente donde se precise la fuerza y el movimiento. El cilindro neumático se transforma así en un musculo de la mano mecánica. Con tres cilindros de dimensiones adecuadas puede llegarse, teóricamente, hasta cualquier punto del espacio. Si añadimos un accionamiento giratorio, funcionalmente el conjunto se acerca más al ideal de la mano humana. Gracias a su sistema modular los manipuladores aportan una solución muy flexible para la solución de problemas. Ya que permiten: - Elegir los módulos únicamente necesarios a las carreras y los grados de libertad requeridos. - Una fácil adaptación de la capacidad de la unidad a las necesidades reales. Estos manipuladores pueden ser asociados a controles electrónicos y a autómatas programables.

SIMBOLOGIA

RESUMEN

Los cilindros neumáticos se utilizan en las industrias para automatizar los procesos de producción, ya que los cilindros neumáticos son fáciles de utilizar, ademas de que existen diversos tipos, y diferentes tipos de funcionamiento, como son los cilindros de simple (solo realizan su función en un solo sentido) y doble efecto (realizan el trabajo en dos sentidos.), y de estos podemos encontrar con amortiguador, telescópico, de doble vástago, etc. Al elegir o seleccionar un cilindro primero debes de verificar la carrera del vástago, la velocidad de la carrera, la salida máxima y mínima de vástago, y los ciclos que realiza por minutos, ademas de la presión necesaria que necesita el cilindro neumático, y no nos olvidemos de elegir correctamente el diámetro del vástago, pues el diámetro tiene mucho que ver puesto que a mayor diámetro mayor fuerza y mayor consumo de energía (aire comprimido).