viernes, 18 de julio de 2014

Informe Mes de Agosto 2014

1.- Titulo.

         CILINDROS NEUMÁTICOS 

2.- Objetivo.

   Conocer de manera amplia los funcionamientos y aplicaciones de los cilindros neumáticos en procesos industriales, así como sus componentes principales para que en un futuro consigamos dar mantenimiento, utilizarlos y en su defecto repararlos de manera adecuada, ya que, al conocer estos procesos y su funcionamiento se puede buscar la manera de mejorarlos con el fin de evitar posibles fallos y retrabajos en área de producción

3.- Introducción.

   Los cilindros neumáticos se usan en el área industrial de diversas maneras dependiendo del diseño del sistema donde estén siendo ocupados. Generalmente se utilizan  en el área de la automatización, es decir, en procesos que no necesitan la intervención del hombre ya que se realiza por elementos definidos, donde estos dispositivos ejecutan acciones como desplazamientos, alimentación, elevación; por ello son conocidos como los actuadores principales en un sistema neumático.

   Este dispositivo como muchos otros funciona a través del uso de la neumática, que es un tipo de energía en forma de aire comprimido, este aire es tomado de la atmósfera y tiene un proceso de compresión y esta energía es utilizada para desarrollar un trabajo mecánico.  Esta aplicación de energía tiene las ventajas de ser veloz y limpia.

4.- Función de un cilindro neumático.

   Básicamente la función de los cilindros neumáticos consta de un movimiento rectilíneo, que se realiza en la carrera (distancia que recorre el vástago) que puede ser tanto de salida como de retroceso, y esto dependerá del tipo de cilindro que se este utilizando.

   Estos dispositivos logran transformar la energía cinética del aire comprimido en energía mecánica, el aire comprimido que entra en el cilindro fuerza al vástago en la dirección deseada hasta lograr hacerlo salir con una fuerza proporcional a la cantidad de presión con la cual allá echo su ingreso el aire. 

   El material del cual están constituidos los cilindros neumáticos principalmente es un metal muy fuerte, que puede soportar diferentes tipos de desgaste, temperatura, etc. 

   Vídeo: "Actuadores Neumáticos" en el se explican las funciones de los cilindros de simple y doble efecto. (Minutos 0:00-1:53).


   


5.- Tipos de Cilindros Neumáticos y su simbología.

   Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos los cuales han surgido debido a los avances tecnológicos que nos incitan a desarrollar nuevos dispositivos que cumplan las funciones necesarias para desarrollar una mejora en el trabajo anteriormente ejecutado por un dispositivo que no cumplía con todos los requerimientos necesarios.

   Existen 2 grandes ramas de cilindros neumáticos presentadas en el siguiente mapa: 


Cilindros de simple efecto: . La presión empuja al vástago en la dirección determinada, y al dejar de recibirla  un resorte interno retrocede el vástago hasta su posición inicial, o esto puede suceder también por la carga, sin embargo por este resorte es necesaria una presión “alta” ya que aplicará fuerza en la dirección inversa a la deseada. Además de que el resorte provoca una longitud global (tamaño del cilindro) mayor y una longitud de carrera limitada. Sin embargo puede existir el caso donde este resorte no exista, pero esto dependerá de la función que tenga el dispositivo.





   Estos tipos de cilindros pueden sujetar, marcar, expulsar dispositivos que se encuentren en un ajuste, etc.


Cilindros de doble efecto: Son aquellos cilindros neumáticos que pueden desarrollar tanto un movimiento de avance como de retroceso por causa del aire comprimido. Este dispositivo tiene 2 entradas de aire una que será encargada de realizar el movimiento de salida y otro encargado del de entrada.  Es llamado así porque son utilizadas sus dos cámaras para la inyección del aire comprimido con el fin de controlar los movimientos del vástago.

   Sus componentes internos son similares al cilindro de simple efecto,  sin embargo no completamente, ya que, en el área de la culata anterior tiene un orificio roscado por el cual ingresará el aire comprimido, en el cilindro de simple efecto este orificio no es utilizado y en lugar de esto sirve para la comunicación con la atmósfera para que no se produzcan contrapresiones en el interior de la cámara.  




   Debido a sus características tiene funciones más amplias y complejas que el cilindro de simple efecto, ya que pueden existir aquellos que tengan un doble vástago y por esto puedan ejecutar 2 operaciones diferentes al mismo tiempo.

   Para lograr desplazar el vástago debe haber una diferencia de presión en sus dos cámaras porque si la presión es la misma no existirá un vencimiento del estado de reposo del vástago. 
  
   Por esto siempre que una cámara esta recibiendo aire comprimido la otra debe estar conectada únicamente a la atmósfera para que no exista una fuerza y el vástago pueda efectuar su desplazamiento con facilidad.
   
   En este dispositivo no se pierde el movimiento debido a que no tiene un muelle (resorte) en oposición, solo en el caso de que tenga una carga. Además de que la carrera de este dispositivo es mayor que al de simple efecto al no existir volumen de alojamiento ni un muelle.

Video: 


Cilindros de doble vástago: En estos tipos, el cilindro tiene un vástago largo que tanto puede entrar y salir de ambos lados. Tiene, al igual que los cilindros de doble efecto, dos entradas de aire una encargada de provocar la salida del vástago de un lado y la otra encargada de la salida del otro lado. Su precisión es mayor que los cilindros de doble y simple efecto, esto debido a sus dos cojinetes y por esto mismo el vástago puede soportar pequeñas cargas laterales.

   De esta forma el vástago que no es utilizado puede ser el encargado de accionar sensores para saber la posición de este y así evitar posibles fallos.

   La fuerza, velocidad y desplazamiento es el mismo en los dos lados.


Cilindro telescópico: se caracterizan por conseguir largas carreras, y pueden ser de doble y simple efecto.  Cuando estos dispositivos son de simple efecto la salida del vástago es ocasionada por la presión del aire comprimido y su retroceso es por una carga externa. Y los de doble efecto tienen avance y retroceso ocasionado por el aire comprimido.

Cilindro neumático de simple efecto con amortiguador: Se utilizan amortiguadores  que son casquillos, con el fin de evitar el daño del cilindro por causa de los impactos del vástago contra la camisa.  Cuando el casquillo entra en contacto con un alojamiento, obstruye posibles salidas del aire y el aire que puede quedar dentro del cilindro es obligado a salir por un regular de caudal, lo que provoca que la velocidad de avance del vástago disminuya, de esta forma evitando golpes contra la camisa.

Sistemas de doble vástago: Estos cilindros tienen función antigiro, es decir, evitan el giro que puede sufrir el vástago sobre si mismo,  y pueden soportar grandes cargas exteriores. Al disponer de un doble émbolo, puede desarrollar el doble de fuerza a un cilindro de simple efecto, sin necesidad de tener un tamaño mayor.

Cilindros multiposicionales: Su función principal es que estos cilindros pueden desarrollar 3 ó 4 posiciones diferentes, a manera que este va recibiendo presión puede salir uno u otro vástago, dándole, por esta razón, la capacidad de tener diferentes posiciones.


Cilindro Tandem: Son aquellos  que están conformados por dos cilindros de doble efecto unidos, al recibir presión simultáneamente, ejercen una fuerza equivalente al doble de un cilindro de simple efecto, con la ventaja de tener el mismo diámetro sin embargo su longitud es mucho mayor.

SIMBOLIGIA: 


6.-Partes de los Cilindros Neumáticos.

Camisa del cilindro: Es la vista exterior y tiene la función de soportar todos los demás componentes puede estar fabricado de hierro fundido, bronce, aluminio, aceros y otros materiales dependiendo el uso.

Vástago: dispositivo que es el encargado de realizar el movimiento de salida y retroceso al recibir la presión de aire comprimido, es una barra rígida de un diámetro definido.

7.-Pasos para determinar el diámetro de un cilindro.

a). Datos necesarios:

          Presión de trabajo.
          Tiempo en que se desea alcanzar la posición final.
          Simple efecto o doble efecto.
          Un vástago o dos vástagos o sin vástago.
          Valor de la carga.
          Carga por fricción.
          Longitud de la carrera.

b).  Fórmula básica.

      P = F/A

c). Fórmula aplicada.

     F = (P x A) - Fuerza de fricción (para cálculos generales considerar un 10% de la fuerza      
            teórica).

d). Liga de sw para cálculo.

     http://www.festo.com/cat/es-mx_mx/products_010100


8.-Pasos para determinar el consumo de aire.

a) Datos necesarios
·                        
                  Volumen del cilindro
·                 Numero de repeticiones en unidad de tiempo (ciclos/minuto)
·                 Presión de trabajo

b) Formula básica

           Ley de Boyle-Mariotte: (P1 )(V1)= (P2)(V2)= (P3 )( V3)=Cte

c) Formula aplicada

          (P1)(V1) = (P2)(V2) ---- > Se despeja V2= P1/P2 (V1)=   V2=10bar’s/6bar’s (20cm3)=                    33.33 cm3

Donde:
        
        P1=Presión 10 bar’s
        V1=Contenedor de 20 cm3
        P2=Presión 6 bar’s
        V2=Contenedor  ¿ ? cm3

d) Liga de sw para calculo
 
 http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1144/html/3_clculo_de_cilindros_fuerza_consumo_de_aire.html

RESUMEN.

   En la industria son utilizados diferentes dispositivos  mecánicos, hidráulicos, etc. y unos de los más importantes de estos son los neumáticos, es decir, que trabajar a partir de la energía que contiene el aire comprimido para lograr transformarla en energía mecánica. Existen diferentes dispositivos que cumplen funciones específicas para las cuales fueron desarrollados, y unos de los más importantes y también los más utilizados son los Cilindros Neumáticos.

   Los cilindros neumáticos tienen como tarea fundamental transformar la energía neumática en un movimiento rectilíneo, que será desarrollado por un vástago (barra rígida que transmite movimiento) el cual tendrá 2 movimientos, uno de salida y de retroceso dependiendo de la aplicación del aire comprimido.

   A manera que la tecnología va avanzando son necesarios nuevos dispositivos que cumplan funciones que antes no se podían desarrollar con estos instrumentos, así de esta forma existe una gran variación de cilindros neumáticos, los cuales han sido desarrollados para realizar un trabajo especifico y pueden ejecutar los trabajos que otros cilindros ya desarrollaban pero con una mayor precisión con lo cual ahora se pueden evitar posibles fallos.

   Los cilindros de simple efecto son los más comunes, puesto a que solamente realizan un movimiento de salida, y tienen únicamente una entrada de aire, por donde ingresará el aire comprimido que impulsará al vástago hasta lograr hacerlo salir y al momento de dejar de recibir aire este regresara a su posición inicial por causa de un muelle (resorte).

   También existen los de doble efecto, estos pueden realizar un movimiento tanto de salida como de retroceso pero controlado, ya que se realizarán a la misma velocidad y con la misma fuerza. Tiene 2 entradas una conectada a cada cámara.  Al momento que entre el aire comprimido en una de las cámaras entrará o saldrá el vástago dependiendo la entrada que se utilice. Tiene 2 entradas una conectada a cada cámara.

   Así  mismo existen variaciones de estos cilindros como el de doble vástago, que como su nombre lo dice, tiene un vástago largo que aparenta ser dos (uno de un extremo y el otro del opuesto,) de esta forma en el momento que es accionada una cámara con aire comprimido, un lado del vástago saldrá y el otro entrará, y así sucesivamente.  Por esto tiene varias ventajas.

   También existen otros tipos de cilindros neumáticos que buscan mejorar el alcance, la fuerza, la velocidad, resistencia, etc. para realizar trabajos especiales y precisos.

10.- Problemas de cálculo de cilindros neumáticos.


5.10- Calcular a qué presión manométrica o relativa, hemos de comprimir cierta cantidad de gas que ocupa 0,4 m3 a 50 MPa de presión, para que ocupe solamente 0,3 m3.



5.13- Calcular la presión ejercida por un gas sobre las paredes del recipiente cuando se encuentra a 40ºC, si hemos medido una presión de 3 bar cuando se encontraba a 10 ºC.


5.14- Calcular el volumen que ocupa un gas a 1 MPa de presión y 30 ºC de temperatura, si sabemos que la misma cantidad de gas a 0.4 MPa y 10 ºC de temperatura ocupa 0.8 m3.




 5.15- Calcular el volumen que ocupa cierta cantidad de aire a -30 ºC y 2 Kp/cm2 de presión relativa, si sabemos que esa misma cantidad de aire ocupa 0.5 m3 cuando se encuentra a 20 ºC y 1 Kp/cm2 de presión relativa.


5.21- Calcular la presión de alimentación necesaria para que un cilindro cuyo embolo es de 40 mm de diámetro ejerza una fuerza de 10 N.


 5.24- Calcular la fuerza ejercida por un cilindro de simple efecto al avanzar si la presión de alimentación es de (5) (10)5 Pa siendo su embolo de 40 mm de diámetro.



5.26- Calcular la presión mínima a que hemos de alimentar un cilindro cuyo embolo tiene un diámetro de 30 mm y el vástago de 10 mm, si necesita ejercer una fuerza de avance de 40 Kp y una fuerza de retroceso de 38 Kp. 


5.28- Calcular el volumen de aire libre (a presión atmosférica), necesario para realizar la carrera completa: avance + retroceso, de un cilindro de 25 cm de carrera y un émbolo de 10 cm de diámetro y un vástago de 3 cm de diámetro, alimentado con aire a 6 bar de presión.


5.31- Calcular el caudal de agua necesario para llenar de agua un recipiente de 20 l en 5 minutos.



5.32- Calcular el caudal de aire necesario para que un cilindro de simple efecto (embolo de 5 cm de diámetro 15 cm de carrera) avance toda la carrera en 5 segundos.


5.36- Calcular el diámetro del émbolo de un cilindro de doble efecto alimentado a una presión de 8 Kp/cm2, si necesitamos que ejerza una fuerza de 28 Kp en el avance.


5.39- Calcular los diámetros de émbolo y vástago de un cilindro de doble efecto alimentado a una presión de 8 Kp/cm2, si necesitamos que ejerza una fuerza de 28 Kp en el retroceso sabiendo que el diámetro del émbolo es 4 veces el del vástago.



5.41- Calcular la presión ejercida por un gas sobre las paredes del recipiente cuando se encuentra a 25ºC, si hemos medido una presión de 5 bar cuando se encontraba a 20 ºC.



11.- Cuestionario.

1.-Relaciona las palabras con su función y/o definición:


2.-Subraya la respuesta correcta las siguientes preguntas:

a) Nombre del dispositivo que, en un cilindro neumático, es el encargado de realizar el movimiento de salida y retroceso
1.- Vástago
2.- Camisa
3.- Culata

b) En un sistema neumático cual es el principal elemento, es decir aquel que proporciona la energía
1.- Energía Eléctrica
2.- Movimiento mecánico
3.- Aire comprimido

c) En un Cilindro Neumático de Simple efecto, ¿Cuál es el nombre que recibe el elemento encargado que regresar a su posición inicial al vástago al dejársele de aplicar el aire comprimido?
1.-Muelle
2.- Culata
3.- Émbolo

d) Tipo de cilindro neumático que se caracteriza por tener un vástago largo que puede realizar movimiento de salida y entrada de los dos lados del cilindro.
1.- Cilindro de doble efecto
2.- Cilindro de doble vástago
3.- Cilindro Tandem


12.- Bibliografía.

Actuadores Neumáticos

Partes internas de un cilindro neumático: 

Cálculos en circuitos neumáticos: 

Actuadores Neumáticos: 
(http://es.slideshare.net/guionbajho/actuadores-neumaticos)

13.- Actuadores Neumáticos de Giro (Cilindros Giratorios y Motores neumáticos).

   Existen dispositivos que sirven para transformar la energía del aire comprimido en energía mecánica de rotación, es decir, de giro. Dependiendo si estos dispositivos tienen un ángulo de giro limitado o no, los podemos dividir en 2 grandes ramas:

-Actuadores de giro limitado/ Cilindros Neumáticos giratorios: Son todos aquellos que producen un movimiento de giro pero no lograr realizar una revolución (giro de 360°) completa, y continua. Pueden existir de deferentes cantidades de ángulo 90°, 180°, 270°, etc.


-Motores Neumáticos: Estos dispositivos generan un movimiento giratorio constante. Al igual que un motor eléctrico puede generar una gran cantidad de revoluciones por minuto.

13.1.-Cilindros Neumáticos Giratorios.

   Existen 2 tipos de Cilindros Giratorios los cuales dependerán de la característica que los haga obtener el giro mecánico, estos son:

Cilindro rotativo: En este dispositivo el vástago tiene una cara especial, ya que consta de una especie de cremallera a través dela cual se desplazara una rueda dentada, con lo cual se generará el movimiento rotativo. Al entrar el aire comprimido por una cámara este desplazará a la cremallera y se obtendrá el movimiento.

   Se podría decir que es un cilindro rotativo de doble efecto, ya que puede realizar un giro tanto a la derecha como a la izquierda respecto a su eje.  Ya que consta de una cremallera tiene un giro limitado, que incluso puede alcanzar los 360° de giro, o inclusive más logrando hasta 720°, pero esto dependerá del tamaño de la cremallera de la cual disponga este dispositivo.

   Se puede utilizar para realizar diferentes trabajos, por ejemplo, trasportar piezas de un lado a otro o girar elementos sobre su propio eje.



Cilindro Oscilante: La presión entrará por una válvula, la cual moverá a un aspa y este movimiento se trasmitirá directamente al árbol obteniendo así un movimiento de giro.

   En este dispositivo el giro tiene un limite que puede ser de 180° a 270° el cual será definido por la pared de la cámara, que funciona como tope mecánico, donde se detendrá completamente la aleta hasta que se le aplique nuevamente presión pero ahora en sentido contrario, para esto el aire en esta ocasión ingresará por la válvula contraria.

   Algunas veces la aleta puede ser utilizada para la detección magnética a través de sensores exteriores móviles ajustables, para saber la posición en la cual se encuentra este dispositivo y de esta forma evitar fallas posibles por no encontrarse en el ángulo requerido.


   Al igual que los rotativos estos dispositivos son de doble efecto.


13.2 Motores Neumáticos.

Estos dispositivos son aquellos que pueden producir un movimiento giratorio constante a partir de la energía del aire comprimido. Tienen la ventaja de ser muy ligeros y compactos por esto pueden ser ocupados en herramientas de trabajo que son de reducido tamaño como pulidoras, desarmadores, etc.
Pueden alcanzar grandes velocidades dependiendo de la cantidad de presión que se les aplique.

Motores Neumáticos de Aletas

Consta de un rotor con ranuras distribuidas proporcionalmente en las cuales se encontrarán las aspas, este elemento se encontrará situado excéntricamente en el cuerpo del motor.
El movimiento de giro se obtiene en el momento en el cual el aire ingresa en la cámara de admisión y comienza a impulsar a las aspas y después sale por la válvula de escape, y este proceso se repite continuamente para lograr un movimiento constante.
Estos motores pueden ser de giro izquierda-derecha o derecha-izquierda dependiendo de la válvula en la cual sea aplicado el aire.




Motor de pistones radiales

Este dispositivo es accionado por un cuerpo de pistones radiales los cuales reciben el aire a presión obligándolos a desplazarse hacia arriba o hacia abajo a través de las superficies curvas del anillo de levas que se encuentra en la carcasa.
Este dispositivo alcanza velocidades menores a los motores de aletas debido al gran peso de sus elementos, sin embargo el torque es mayor y produce pocas vibraciones.



Ver video: Actuadores neumáticos rotativos 
http://www.youtube.com/watch?v=-65-t7ST6Tw

Simbología:

14.- Bilbliografía.

Automatización Industrial
http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/elementos-de-fuerza-cilindros-y-motores.html

Pistones Radiales:

Actuadores Neumaticos: