t12 cilindros ok
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Neumtica e Hidrulica
Ingeniera Elctrica y EnergticaMquinas y Motores Trmicos
Departamento:Area:
CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es
Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htm
Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82
N. T12.- Actuadores Neumticos
Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como gua para recopilarinformacin (libros, ) y elaborar sus propios apuntes
2
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Introduccin
Construccin bsica
Cilindros de simple efecto
Cilindros de doble efecto
Cilindros sin vstago
Cilindros compactos
Cilindros elsticos y msculosneumticos
Cilindros de membrana
Cilindros de dobles vstago
Cilindros tndem
Cilindros de Impacto
Cilindros telescpicos Cilindros de vstago hueco
Cilindros multiposicionales
Actuadores rotativos
Pinzas neumticas
Detectores magnticos
Multiplicador de presin
Motores neumticos
Fuerza ejercida
Potencia
Consumo de aire
Reguladores de caudal
Control de la velocidad
Juntas
Amortiguacin
Fijacin Pandeo del vstago
Normas
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Actuadores neumticos incluye cilindros yactuadores rotativos
Proporcionan potencia y movimiento a sistemasautomatizados, mquinas y procesos medianteel consumo de aire comprimido
La presin mxima de trabajo depende deldiseo del cilindro. La Norma VDMA permitetrabajar hasta 16 bar
INTRODUCCION (I)
Un cilindro neumtico es un componente sencillo, de bajo coste y fcil de
instalar; es ideal para producir movimientos lineales La carrera del cilindro determina el movimiento mximo que este puede
producir
4
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
El dimetro del cilindro y su presin de trabajodeterminan la fuerza mxima que este puede
hacer La fuerza es controlable a travs de un regulador
de presin
La velocidad tiene un amplio margen de ajuste
Toleran condiciones adversas como altahumedad y ambientes polvorientos, y son defcil limpieza
INTRODUCCION (II)
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Las partes del cilindro son:
Camisa
Tapa trasera
Pistn
Vstago
Tapa delantera
Juntas de estanqueidad (estticas y dinmicas
Entrada/salida de aire trasera
Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)
Resorte para el retroceso, (S.Efec)
CONSTRUCCION BSICA (I)
Camisa
Tapa trasera
Tapa delanteraPistn
Vstago
Juntas est.
E/S aire delanteraE/S aire trasera
Juntas din.
6
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CONSTRUCCION BSICA (II)
Las partes del cilindro son:
Camisa
Tapa trasera
Pistn Vstago
Tapa delantera
Juntas de estanqueidad (estticas y dinmicas)
Entrada/salida de aire trasera
Entrada/salida de aire delantera, (D.Efec.)
Resorte para el retroceso, (S.Efec)
Camisa
Junta rascadora
Vstago
Tapa delantera
Tapa trasera
Aro gua
Tornillo amortig.
Junta pistn
ConexindelanteraConexin
trasera Tornillo amortig.
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Se dispone de una amplia variedad de actuadores neumticos en cuanto a
dimensiones y tipos, incluyendo: Cilindros
Simple efecto con o sin muelle
Doble efecto
o Sin amortiguacin y amortiguacin fija
o Amortiguacin regulable
o Imn
Sin vstago
Compactos
Elsticos
CONSTRUCCION BSICA (III)
Par y r.p.m.Accionamiento mecanismos rotativosMotor neumtico
Par y ngulo de giroTrabajo angularActuador de Giro
Fuerza y carreraTrabajo rectilneoCilindro
Parmetro BsicoFuncinActuador
De giro
Motores
8
Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo espor la accin de un muelle:
Vstago extendido (normalmente dentro)
Vstago retrado (normalmente fuera)
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (I)
Max. carreras de 100 mm
N. Fuera
N. Dentro
Consumen poco aire
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Uno de los movimientos es generado por el aire comprimido, el otro lo espor la accin de un muelle:
Vstago extendido (normalmente dentro)
Vstago retrado (normalmente fuera)
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (II)
Para que el cilindro pueda volver a su posicin de reposo se requiereque el aire de la cmara pueda ir a escape
3
12 10
1
2
Cto de mando de un C.S.E.
10
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (III)
Sin Muelle: la gravedad o otrafuerza externa hace recuperar
al vstago su posicin inicial
N. Fuera N. Dentro
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE SIMPLE EFECTO (S.E.) (IV)
2
13
12 10
3
12 10
1
2
Cto de mando a distancia de un C.S.E.
12
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (I)
El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida yel de entrada del vstago
Permiten un mayor control de la velocidad
Pueden ser:
Sin amortiguacin: estn diseados para aplicaciones con cargasligeras y baja velocidad
Amortiguacin fija
Amortiguacin regulable
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (II)
El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida y
el de entrada del vstagoPermiten un mayor control de la velocidad
Pueden ser:
Sin amortiguacin
Amortiguacin fijaest destinada a cilindros de pequeo dimetroy para trabajar con cargas ligeras
Amortiguacin regulable
Amort. delanteraAmort. trasera
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (III)
El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida yel de entrada del vstago
Permiten un mayor control de la velocidad
Pueden ser:
Sin amortiguacin
Amortiguacin fija
Amortiguacin regulable: para progresivamente el pistn en elltimo tramo de la carrera del cilindro
Amort. Reg. delanteraAmort. Reg. trasera
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (IV)
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1
5 3
14 12
2
1 3
1210
2
13
12 10
Cto de mando a distancia de un C.D.E.
vlvula 5/2 y dos vlvulas 3/2
16
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (V)
Cto de mando semi-automtico de un C.D.E.
El cilindro va a ms (sale) por efecto del pulsador manual, vuelve a menos(retorna) por el final de carrera
Requiere 1 vlvula 5/2, y 2 vlvulas 3/2 (pulsador y final de carrera)
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1
5 3
14 12
2
1 3
1210
2
13
12 10 A+
A+
On-Off
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE EFECTO (D.E.) (VI)
Mando automtico de un C.D.E.
El cilindro no sale a mas hasta queno se acta la palanca
El ciclo finaliza cuando se vuelve aactuar sobre la palanca, y lo hacecon el cilindro a menos
24
15 3
14 12
2
13
12 10
A+
1.4
A-
2
1 3
1210
A+
2
13
12
10
A-
On-Off
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS SIN VASTAGO (I)
El movimiento del cilindro est contenido en el propio cuerpo delcilindro. Al no salir un vstago ocupa la mitad
El movimiento se transmite a travs de un carro exterior que sedesplaza a travs de la camisa del cilindro
Una ranura, a lo largo de la camisa permite la conexin del carro con elpistn
En el interior y el exterior del cilindro se disponen una junta y unacubierta para la estanqueidad y la proteccin contra el polvo
Se suele utilizar para trabajar a travs de lneas transportadoras, oelevacin de cargas en espacios reducidos
Los hay de arrastre magntico por medio de imanes (en el vstago yexterior)
Estos cilindros tienen problemas de fugas de aire
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS SIN VASTAGO (II)
Doble efecto Con Gua
Preferible instalarlo con el carro hacia abajo: Evita la suciedad en la junta y su deterioro El peso cierra la junta y limita las fugas
Doble efecto amort. regulable
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS SIN VASTAGO (III)
Con arrastre magntico
No presentan fugas
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS CON DOBLE VASTAGO
Impide el giro del cilindro
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS COMPACTOS
Para utilizar en espacios reducidos donde slo se precise una carrera corta
Con respecto a su dimetro son de poca longitud
Generalmente se utilizan en aplicaciones con poca carga
Normalmente utilizados en la versin simple efecto, pero tambin estdisponible en doble efecto, antigiro y doble vstago, magntico o no
S.E. Vstago retrado D.E. Doble vstago
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS ELSTICOS Y MSCULOS NEUMATICOS (I)
Son cilindros de simple efecto
Ensanchan y se retraen cuando se introduce aire comprimido, sucarrera es menos del 25% de su longitud
La comprensin y extensin mxima se debe limitarexternamente
Proporcionan carreras cortas de alta potencia
Pueden moverse en cualquier direccin debido suelasticidad
No mantienen perfectamente la alineacin
Se pueden utilizar como muelles de aire y son
ideales para aislar las vibraciones de las cargassoportadas
Son de vida prolongada y no tienen fugas
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CILINDROS ELSTICOS Y MSCULOS NEUMATICOS (II)
Simple lbulo
Doble lbulo
Triple lbulo,
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE MEMBRANA
Son de carreras cortas, no mantienen una alineacin perfecta
S.E. Vstago retrado D.E.
Membrana elstica
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE DOBLE VSTAGO
-
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Proporcionan el doble de la fuerza
Las dos entradas/salidas estninternamente conexionadas
Carrera corta para la longitud del cilindro
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS TANDEM
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE IMPACTO
Deben estar diseados para soportar el fuerte impacto que se produceen la cmara delantera
Movimiento lento
Movimiento rpido
Poca rea
Poca fuerza
Mucho rea
Mucha fuerza
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS TELESCOPICOS
Proporcionan grandes carreras en relacin con la longitud del cilindro
No se controla la posicinde salida intermedia
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS DE VASTAGO HUECO
Para paso de cables, tcnicas de vaco,
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
CILINDROS MULTIPOSICIONALES (4 Pos.)
C1-, C2-
C1+, C2-
C1-, C2+
C1+, C2+ Sin control de posicin3
12
2
A- A+
1
4
14
32
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
ACTUADORES ROTATIVOS (I)
Utilizados para girar componentes, actuar vlvulas de control de procesos,y giros en aplicaciones de robtica
Proporcionan un giro limitado
De paleta, D.E con ngulo de giro de 270
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
ACTUADORES ROTATIVOS (II)
Utilizados para girar componentes, actuar vlvulas de control de procesos,
y giros en aplicaciones de robtica Proporcionan un giro limitado
D.E. pin y cremallera
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
ACTUADORES ROTATIVOS (III)
Utilizados para girar componentes, actuar vlvulas de control de procesos,y giros en aplicaciones de robtica
Proporcionan un giro limitado
D.E. pin y cremallera (doble par)
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
PINZAS NEUMATICAS
Agarran piezas
Su movimiento se realiza por accin de uncilindro interior que acciona un brazo articulado
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
DETECTORES MAGNETICOS
El pistn puede llevar un imn incorporado
Se puede utilizar nicamente para detectar principio y final de carrera; o sise dispone de un aro magntico alrededor del cilindro para detectar
cualquier posicin intermedia
N S
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
21 FF =
Equilibrio
AFp = 2211 ApAp =
2
112
AApp =
2
112
p
pAA =
MULTIPLICADOR DE PRESION (I)
A1
A2
p1p2
F1 F2 A2A1
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Posible problema de sobre presiones
si se obstruye la tubera delantera
(max)pA
App 1
2
112 >=
MULTIPLICADOR DE PRESION (II)
A1
A2
A1A2
p1 p2
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Transforman la energa del aire comprimido en energa mecnica de rotacin
De paletas: 3.000 a 9.000 rpm, hasta 20 CV
c = n de cmaras
n = r.p.m.
P1 = presin relativa actuante (kg/cm2)
Pot = Potencia (CV)
QN = Caudal normal
r = radio (mm)
S = Superficie mx de la paleta (cm2)V1 = volumen de la cmara mxima (cm
3)
v = velocidad (m/s)
75100060
rn2SPrwSPvF
t
eF
t
TrabajoPot 1111
=====
rSPrFPar 11==
)1P(ncVQ 11N +=
MOTORES NEUMATICOS (I)
40
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
De engranajes: baratos y de reducido rendimiento, hasta 60 CV
2
zbm25,2P
2
zmSPrSPPar
21
1111 ===
)1P(nzV2Q 11N +=
b = ancho del diente (mm)
m = mdulo de la rueda dentada (altura del diente, mm)
n = r.p.m.
z = n de dientes de la rueda
P1 = presin relativa actuante (kg/cm2)Pot = Potencia (CV)
r = radio (mm)
V1 = volumen de la cmara mxima
w = velocidad angular (rad)
75100060
nzbm25,2Pn2ParwPar
t
TrabajoPot
21
====
MOTORES NEUMATICOS (II)
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
De pistones: hasta 4.000 rpm y 30 CV
)rr(SPrFrFPar 212211 +=+=
)1P(nZcSQ 1N +=
S = seccin del pistn (mm)
c = carrera (mm)
n = r.p.m.
Z = n de pistones del motor
== 2sen2
rSPsencosrSPPar
Turbinas: similar a un compresor centrfugo, de 200.000 a 500.000 rpm
Radial
Axial
MOTORES NEUMATICOS (III)
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
FUERZA EJERCIDA (I)
La fuerza tericadel cilindro se calcula multiplicando el rea efectiva delpistn por la presin de trabajo
El rea efectiva para el cilindro a ms (salida) es el rea completa del dimetro
D cilindro El rea efectiva del cilindro a menos (retorno) se reduce por el rea que ocupa
el vstago del pistn d
d
D
[ ] [ ] [ ]10barPmm
4dDNF 2
2
vas
2
cilretorceso
=
[ ] [ ] [ ]10
barPmm
4
DNF 2
2
cilavance =
226
2
2
5
2
55
mm
N1,0
mm10
m
m
N10
m
N10Pa10bar1 =
===
P manomtrica
-
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
FUERZA EJERCIDA (II)
Cuando se estima la fuerza relativa de un cilindro con diferentes dimetros,
es til recordar que la fuerza se incrementa con el cuadrado del dimetro
2d
d
Si se dobla el dimetro se
cuadriplicar la fuerza
=
d
d d
44
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Calcular la fuerza terica que puede ejercer un cilindro a mas, de dimetro50 mm a una presin de trabajo de 8 bar
Calcular la fuerza terica que puede ejercer un cilindro a menos, de dimetro
50 mm y vstago dimetro 20 mm a una presin de trabajo de 8 bar
-
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En un cilindro de S.E. hay que tener en cuenta la fuerza ejercida por el
muelle (la fuerza opositora del muelle se incrementa a medida que elmuelle se comprime)
Si es normalmente dentro con retorno a por muelle
Fmuelle resta a la terica en la salida del cilindro
Fmuelle es la fuerza de retorno
Si es normalmente fuera, salida por muelle
Fmuelle resta a la terica en el retorno del cilindro
Fmuelle es la fuerza de salida
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
FUERZA EJERCIDA (III)
cilresorte F%15al10F
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
FUERZA EJERCIDA (IV)
Las tablas de las fuerzas se puedenencontrar en los catlogos
Los valores mostrados a son parapresin de trabajo de 6 bar
Para otras presiones multiplicar por
la presin y dividir por 6
Dim. cilindromm
A mas (N)a 6 bar
A menos (N)muelle
10 37 312 59 4
16 105 7
20 165 14
25 258 23
32 438 27
40 699 39
50 1.102 48
63 1.760 67
80 2.892 86
100 4.583 99
En un cilindro de S.E.
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
FUERZA EJERCIDA (V)
En un cilindro de D.E.
Los valores a menos sonmenores por el rea que ocupael vstago
Los valores mostrados en la
tabla son para presin detrabajo de 6 bar
Para otras presiones multiplicarpor la presin y dividir por 6
Dim. Cil.
mm
Dim. Vas.
mm
A mas (N)
a 6 bar
A menos (N)
a 6 bar
8 3 30 2510 4 47 3912 6 67 50
16 6 120 103
20 8 188 15825 10 294 246
32 12 482 414
40 16 753 63350 20 1.178 989
63 20 1.870 1.681
80 25 3.015 2.721100 25 4.712 4.418
125 32 7.363 6.881160 40 12.063 11.309200 40 18.849 18.095
250 50 29.452 28.274320 63 48.254 46.384
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T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
FUERZA EJERCIDA (VI)
Fuerza til
Para seleccionar un cilindro y la presin de trabajo, se debe hacer una
estimacin de la fuerza real que se precisaSe toma como % de la terica que debe realizar el cilindro seleccionado
En aplicaciones estticas la fuerza se ejerce al final del movimiento (p.ej. parafijar), es decir cuando la presin alcanza su valor mximo. Las nicas prdidassoncausa del rozamiento, y como norma general, se puede tomar un 10%
(algo mayor en cilindros de dimetro pequeo y menor en los de mayor dimetro)
En las aplicaciones dinmicas la fuerza se ejerce durante el movimiento paramover la carga (para aceleracin, y vencer el rozamiento); y ayudar a expulsar el aire
de la cmara del pistn (permite una regulacin adecuada de la velocidad)Como norma general, el esfuerzo estimadodebe quedar entre el 50 y el 75% delesfuerzo tericodel cilindro escogido
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La fuerza de un cilindro: depende de la presin, la seccin del mbolo y del
rozamiento en las juntas dinmicas
T 12.- ACTUADORES NEUMATICOS
Fretorceso [N]Favance [N]
C. S.E.
C. D.E.
tericareal FF
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