Cálculo y selección de equipo neumático. NEUMÁTICA Se refiere al estudio del aire, como fuente de energía, aplicado a los sistemas de movimiento y control. Los sistemas de aire comprimido se utilizan para controlar el movimiento de actuadores y su aplicación se manifiesta en herramientas, válvulas de control, martillos neumáticos, pistolas para pintar, sistemas de empaquetado, elevadores, prensas neumáticas, robots industriales, frenos neumáticos, etc. ACTUADORES NEUMÁTICOS El trabajo que realizan los actuadores neumáticos puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por medio de cilindros de émbolo o de pistón. Los actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos) y de rotación no continua (giro limitado). Actuadores lineales. Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva representan los actuadores más comunes que se utilizan en los circuitos neumáticos. Existen dos tipos fundamentales Cilindros de simple efecto. Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de tipo “normalmente retraído” o “normalmente extendido”. Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc. Tienen un consumo de aire algo más bajo que un cilindro de doble efecto de igual tamaño. La simbología utilizada para estos actuadores según las normas ISO es la siguiente: Cilindros de doble efecto. Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan trabajo tanto en su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo tanto, permiten realizar trabajo en ambos sentidos. CÁLCULOS DE CILINDROS NEUMÁTICOS Las principales variables para considerar en la selección de cilindros neumáticos son: • • • • La fuerza del cilindro La carga a mover El consumo de aire La velocidad del pistón LA FUERZA DEL CILINDRO La fuerza del cilindro es una función del diámetro, de la presión del aire y del roce del émbolo, que depende la velocidad y del momento de arranque. F = P aire * Área pistón Usando unidades internacionales, podemos usar: LA FUERZA DEL CILINDRO Para un cilindro de simple efecto, la fuerza es la diferencia entre la fuerza del aire y la del muelle. • • • • donde: F= Fuerza [Newton] D=diámetro cilindro [mm] Paire= Presión del aire [bar] Fmuelle = fuerza muelle [newton] CILINDROS DE DOBLE EFECTO Los cilindros de doble efecto no cuentan con un resorte para devolver el vástago a su posición de equilibrio, su fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero sí en su carrera de retroceso debido a la disminución del área del émbolo por la existencia del vástago. Normalmente la fuerza de fricción del pistón debido a su movimiento equivale al 3 y 10% de la fuerza calculada. LA FUERZA DE CARGA DEL CILINDRO La selección del vástago del pistón depende del tipo de montaje del cilindro y de la conexión del extremo del vástago. Existe el riesgo de pandeo al forzar el movimiento del vástago y esta deformación es mayor al aumentar la longitud del vástago. La longitud básica del vástago se calcula con: Longitud básica = Carrera actual * Factor de pandeo CONSUMO DE AIRE El consumo de aire del cilindro es una función de la relación de compresión del área del pistón y de la carrera. Consumo de aire = Relación de compresión * área pistón * carrera * Ciclos/minuto La relación de compresión al nivel del mar está dada por: donde P aire está en bars El volumen de aire requerido para una carrera de pistón es: donde • • • D es el diámetro del cilindro y está en mm; l es la longitud del cilindro en mm. Dadas las conversiones el volumen del aire comprimido está dado en (cm^3) CONSUMO DE AIRE El consumo de aire en condiciones normales de presión y temperatura en un cilindro de simple efecto es: Donde • • • • Q = Consumo total de aire en [dm^3/min] D = Diámetro del cilindro [mm] l = Carrera inicial [mm] n = ciclos por minuto VELOCIDAD DEL PISTÓN La velocidad del pistón se obtiene dividiendo el caudal por la sección del pistón
