S = (π. De²) /4

NEUMÁTICA
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CÁLCULO DE CILINDROS. FUERZA. CONSUMO DE AIRE.
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:
S = π. Re² = π. (De/2)² = (π. De²) /4 con Re – radio del émbolo, De – diámetro del émbolo
Volumen:
V = S.c = (π. De².c )/4
con c – carrera o longitud de avance del cilindro
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:
Sería igual que el cilindro de efecto simple:
S = (π. De²) /4
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Sección retroceso:
S = [(π. De²) /4 ] - [(π. Dv²) /4 ] = π. (De²- Dv²) /4
Volumen:
V = V avance + V retroceso = [(π.
De².c )/4 ]+ [π. c.(De²- Dv²) /4 ]= π. c.(2De²- Dv²) /4
Cálculo de la fuerza del émbolo.
La fuerza teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula:
F =p· S
Donde: S=Superficie útil; p=Presión del aire. Medida en bar.
Para los cálculos neumáticos se admiten las siguientes equivalencias:
lbar=105Pa=1Atm=1Kp/cm2
En la práctica es necesario conocer la fuerza real que realiza el émbolo. Para calcularla
hay que tener en cuenta los rozamientos que existen, lo que provoca unas pérdidas sobre
la fuerza teórica. En condiciones normales de servicio (presiones de 4 a 8 bar) se puede
considerar que las fuerzas de rozamiento suponen entre un 5 a un 15% de la fuerza
teórica calculada.
Cilindro de simple efecto:
F real = p.S – (F muelle + F rozamiento)
Cilindro de doble efecto:
F realavance = p.S avance – F rozamiento
F realretroceso = p.S retroceso – F rozamiento
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.
NEUMÁTICA
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EJERCICIOS.-
1.- Un cilindro de simple efecto es alimentado por aire comprimido a una presión
de 8 bar, el muelle ejerce una fuerza de 50 N, el diámetro del émbolo es de
<De=30 mm y realiza una carrera c=50 nun. En el desarrollo de su actividad
repite 8 ciclos cada minuto. Para el caso teórico se desea calcular:
a) La fuerza que ejerce el cilindro.
b) El consumo de aire en condiciones normales.
c) La potencia que desarrolla el cilindro al realizar la maniobra.
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 De=30 mm, y el diámetro del vástago es
Dv=lOmm, realiza una maniobra de 8 ciclos por minuto. Se desea calcular para
el caso teórico :
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.-Un cilindro de simple efecto se alimenta con aire con una presión de 600.000 Pa, si la
superficie del émbolo es de 1O cm2 y la fuerza que realiza el muelle de retorno es de 20
N. ¿Cuál será la fuerza Fl, que puede realizar el vástago? No se consideran
pérdidas.
4.-¿Cuál será la fuerza máxima de empuje y de retroceso de un cilindro de doble
efecto que tiene los siguientes datos, si le aplicamos en ambos casos una presión
de 3 bar? No se consideran pérdidas.
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Superficie del émbolo = 10 cm . Superficie del vástago = 1 cm .
5.- ¿Cuál debe la presión mínima con que se debe alimentar un cilindro de simple
efecto cuyo muelle ejerce una fuerza de 20 N., para que levante2un objeto de 100
kg de masa? Datos
2 del cilindro: Superficie del émbolo =20cm , Superficie del
vástago =6 cm . Se
considera que no presenta pérdidas.
6.- Un cilindro de simple efecto cuyo émbolo tiene 80nun de diámetro y 200mm
de carrera, está alimentado por aire comprimido a una presión de 6 bar, que la
resistencia del muelle se estima en 250 N y tiene un rendimiento del
65%.Calcular:
NEUMÁTICA
a) Fuerza teórica y real.
b) Consumo de aire atmosférico si las maniobras se repiten con una frecuencia
de 7 ciclos por minuto.
c) Potencia ideal y real que desarrolla el cilindro.
NEUMÁTICA. AMPLIACIÓN.Simbología:
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NEUMÁTICA
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Numeración de los diferentes elementos en un esquema neumático:





Órganos de trabajo: 1.0 , 2.0, 3.0 …
Órganos de gobierno: 1.1, 2.1, 3.1 …
Captadores de información: 1.2, 1.4, 2.2 , 2.4; …; 1.3, 1.5, 2.3, 2.5
Elementos auxiliares: 0.1, 0.2, 0.3 …
Elementos de regulación: 1.02, 1.03, 2.01, 2.03 …
Ejemplo:
Ejercicio:
Describe los elementos que constituyen los circuitos siguientes y explica su funcionamiento:
NEUMÁTICA
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