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Tratamiento del aire comprimido

Introducción

Humo, polvo, suciedad, borra, humedad, y aún emanaciones de gases químicos pue-den estar en el aire introducido en el compresor. Además, los sistemas de lubricaciónde la mayoría de los compresores permiten que el aire capte aceite lubricante de lasparedes de los cilindros. Este aceite generalmente contiene un número de aditivospara mejorar sus cualidades lubricantes y para hacer que dure más tiempo. Cuandoestos aditivos se combinan con la suciedad y la humedad, obstruyen los filtros y pasa-jes pequeños, reduciendo su eficiencia y haciéndolos inoperantes. La humedad tam-bién causa oxidación y corrosión. Cuando la humedad se mezcla con el aceite a altastemperaturas, el aceite se deteriora muy rápidamente y forman ácidos corrosivos. Lahumedad, el aceite y contaminantes sólidos se acumulan en el equipo y en los con-ductos de aire comprimido y forman cienos corrosivos.

Métodos de tratamiento del aire comprimido

Si bien el depósito constituye una atenuante para dicho fin, podremos distinguir tresformas adicionales de realizar dicho tratamiento:

1. A la salida del compresor mediante:Postenfriadores:

Aire - AireAire - Agua

2. A la salida del depósito por medio de:Secadores de partículas:

Por adsorciónPor absorción

Secadores centrífugos

3. En los puntos de utilización mediante:FiltrosReguladoresLubricadores

Tratamiento del aire a la salida del compresor

Post enfriadores Aire - Aire y Aire – AguaSon los más usados para el tratamiento del aire comprimido. Se instalan inmediata-mente a la salida del compresor y reducen la temperatura del aire comprimido hastaunos 25°C, con lo cual se consigue eliminar un gran porcentaje de agua y aceites con-tenidos en el aire (70 a 80%). Constan, en general, de un serpentín o un haz tubularpor donde circula el aire comprimido, circulando el fluido refrigerante (aire o agua) encontracorriente por el exterior de los mismos. A la salida del refrigerador se encuentraun separador colector en el que se acumulan el agua y aceite condensados durante larefrigeración. Son generalmente suficientes en la mayoría de las aplicaciones del airecomprimido (talleres metalúrgicos e industrias en general), siempre que la instalaciónesté provista de purgadores y equipos de tratamiento de aire en los puntos de utiliza-ción, que permitan recoger las condensaciones producidas en las redes.

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Tratamiento del aire a la salida del depósito

Para el tratamiento del aire a la salida del depósito se utilizan distintos tipos de seca-dores tales como:

• Secadores por absorción• Secadores por adsorción• Secadores frigoríficos

Secador por absorción

Responden a esta denominación aque-llos secadores que efectúan el secadomediante un adsorbente sólido de eleva-da porosidad tal como: Silicagel, alúmina,carbón activado, etc.Estas sustancias se saturan y deben serregeneradas periódicamente a través deun adecuado proceso de reactivación.Para ampliar su función estos secadoresestán constituidos por dos torres de secado gemelas con la respectiva carga deabsorbente, funcionando cíclicamente una, mientras la otra está siendo regenerada.Con este tipo de secadores se obtiene aire extremadamente seco, equivalente a unpunto de rocío a presión atmosférica de –20 a –40°C.

Secadores por adsorción

Normalmente este tipo de secador utiliza pastillas desecantes de composición quími-ca y granulado sólido altamente higroscópico, que se funden y licuan al ir reteniendoel vapor de agua contenido en el flujo a secar. Son de costo inferior a los secadoresfrigoríficos y de adsorción, pero la calidad del aire obtenido es inferior a aquellos.Debe reponerse periódicamente la carga del producto químico empleado.Normalmente, reducen la humedad al 60 - 80% respecto al flujo saturado 100% pro-veniente de un postenfriador aire - aire ó aire - agua. Tiene el inconveniente de la con-taminación con aceite de las sustancias absorbentes o adsorbentes (caso anterior)disminuyendo su capacidad de secado. Tal inconveniente no existe en el secado porrefrigeración o frigorífico.

39TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO 3

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3 . 3 . 3 Secadores frigoríficos - Principio de Funcionamiento - Instalación

El aire comprimido que entra al secador se preenfría en el intercambiador aire/aire yseguidamente se introduce en el evaporador donde se enfría hasta alcanzar la tem-peratura del punto de rocío deseado. A continuación entra en el evaporador donde elagua condensada es separada y evacuada por la purga automática.Antes de salir del secador el aire comprimido vuelve a entrar al intercambiador aire/aire donde es recalentado por el aire comprimido caliente de entrada. El funciona-miento del circuito frigorífico es similar al de un frigorífico doméstico. El compresor frigorífico aspira vapor de agua refrigerante a baja presión procedentedel evaporador situado en el acumulador de energía. Seguidamente el gas es bom-beado por el compresor hacia el condensador donde se enfría mediante el aireambiente impulsado por el moto ventilador.

1. Entrada de aire comprimido húmedo 2. Salida de aire comprimido3. Intercambiador aire /aire 4. Acumulador de energía 5. Separador de condensados6. Filtro mecánico 7. Electroválvulas de purga 8. Compresor frigorífico 9. Condensador de gas refrigerante

10. Motoventilador11. Filtro del refrigerante12. Capilar de expansión 13. Válvula de control14. Termostato.

El paso a través el filtro y del capilar, provoca la expansión del refrigerante con el consiguienteenfriamiento del mismo.

Este cede sus frigorías en el evaporador al aire comprimido y a la masa térmica vol-viendo así a su estado gaseoso, para iniciar de nuevo el ciclo. Cuando el frío produ-cido es superior al calor a evacuar, éste es acumulado en la masa térmica. La tempe-ratura de la masa térmica es controlada por un termostato que detiene el compresorcuando alcanza la temperatura prefijada. De forma de que todo el frío producido esutilizado por el aire comprimido.

Este tipo de montaje se aconseja cuando la utilización es muy variable y los consumosde aire en un momento dado son mayores o menores que el caudal del compresor.El depósito debe ser lo suficientemente grande para hacer frente a la demandarequerida de aire, que es de corta duración y alto valor (fluido impulsado)

RECUERDE que...

Es recomendable esta instalación cuando los compresores trabajan casi constante-mente y el consumo total en su punto más alto, es equivalente al caudal del compre-sor. Este tipo de instalación otorga la ventaja de salvaguardar al secador frigorífico delos efectos pulsantes del compresor, cuando éste sea del tipo de los alternativos.

Separadores centrífugos

Se emplean cuando se persigue una separación de condensados a bajo costo.Funcionan haciendo pasar el aire comprimido a través de un deflector direccionalcentrífugo, que establece en el aire un sentido de rotación dentro del equipo, de modode crear una fuerza centrífuga que obliga a las partículas líquidas e impurezas a adhe-rirse a la pared del separador, decantando en la parte inferior del mismo. Estas impu-rezas son luego eliminadas por medio de una purga.Tienen el inconveniente que a bajos consumos la velocidad de separación es muybaja, siendo también baja la fuerza centrífuga sobre las partículas, lo que disminuyesu eficiencia a caudales reducidos.

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A: Secador frigorífico a la salida del depósito

B: Secador frigorífico antes del depósito


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Tratamiento del aire comprimido en el punto de utilización

Filtros

La utilización de filtros en las bocas de utilización sehace indispensable, debiendo estar presentes en todainstalación correctamente concebida, aún cuando sehaya hecho tratamiento del aire a la salida del compre-sor o del depósito. Éstos no impedirán la llegada a lospuntos de consumo de partículas de oxido, ni de peque-ñas cantidades de condensado provenientes de lasredes de distribución. Éstos, de no ser retenidos tendrí-an acceso a los componentes neumáticos con su con-siguiente deterioro, aumento de los costos de manteni-miento y en general bajo rendimiento del equipo. Constaesencialmente de un deflector centrífugo en su partesuperior cuyo objeto es crear dentro del vaso un movi-miento ciclónico del aire de modo de crear una fuerzacentrífuga que actuando sobre las pequeñas gotas decondensado y partículas obliguen a éstas a adherirse alas paredes del vaso, para depositarse luego en su parteinferior en una zona de calma. Ésta es creada por unapantalla, que impide la turbulencia del aire por debajo deella, evitando a su vez que el movimiento ciclónico superior arrastre parte del conden-sado. Una segunda pantalla evita que el aire proveniente del deflector centrífugotome contacto directo con el elemento filtrante y lo contamine, a la vez que prolongael movimiento ciclónico dentro del vaso aumentando la efectividad del equipo.

RECUERDE que...

La utilización de filtros en las bocas de utilización se hace indispensable, debiendoestar presentes en toda instalación correctamente concebida, aún cuando se hayahecho tratamiento del aire a la salida del compresor o del depósito.

Regulador de presión

Normalmente, las presiones de trabajo en los equipos neumáticos son inferiores a laspresiones de línea. Además, resultaría imposible trabajar en los mismos directamentecon esta presión, ya que no podría evitarse que lleguen a los equipos las fluctuacio-nes de presión entre la máxima de parada o vacío y la mínima de arranque del com-presor. Al mismo tiempo, si un equipo es capaz de cumplir su función eficientementea una presión determinada, el hacerlo a una presión mayor sólo conduce a un incre-mento de consumo de aire, debido que esto es función de la presión, con la consi-guiente disminución de la rentabilidad del sistema.

Por otro lado, ciertos equipos deberán funcionar a baja presión, lo que implicaríatrabajar con presiones de línea también bajas, con el consiguiente y nuevo deterio-ro de la rentabilidad, puesto que un rendimiento óptimo se logra para presionesentre 6 y 8 bar.

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¿Cuáles son las funciones del regulador?

• Evitar las pulsaciones y fluctuaciones de presión provenientes del compresor.• Mantener una presión de trabajo en los equipos sensiblemente constante

e independiente de la presión de línea y del consumo.• Evitar un excesivo consumo por utilizar presiones de operación mayores que

las necesarias en los equipos.• Independizar los distintos equipos instalados.

En un regulador, la presión de línea, que llamaremos primaria, penetra por la boca deentrada, siendo impedido su pasaje a la zona secundaria por una válvula de cierre, quese mantiene cerrada por la acción de un resorte. Actuando ahora sobre la perilla deregulación, se provocará un ascenso del tornillo que empujará la válvula hacia arriba,permitiendo al aire pasar a la zona de presión regulada, llamada secundaria.Esta presión secundaria se comunicará a través de un pequeño orificio con la carainferior de la membrana comprimiéndola contra los resortes. Esto provoca el descen-so del tornillo de regulación y en consecuencia el cierre de la válvula, manteniendo lapresión secundaria constante.

Luego, la presión secundaria dependerá del grado de pretensión dado a los resortesa través de la perilla de regulación. Al consumir aire de la zona secundaria, la presióntenderá a disminuir, el pistón ascenderá junto con el tornillo, abrirá la válvula, permi-tiendo así el pasaje de aire y restaurar la presión al nivel regulado.

Cuando se quiera disminuir la presión secundaria a un nivel más bajo, girando la peri-lla de regulación, se producirá el descenso del tornillo, despegándose del asiento cen-tral de la válvula de cierre y permitiendo el pasaje del aire excedente, a través del con-ducto de descarga en la campana hacia la parte superior, venteando por los orificiosde escape situados en la campana superior.

RECUERDE que...

Mantener en buen estado el regulador de presión permite una optimización del pro-ceso productivo, ya que el aire que escapa por la campana no permitirá sobrepresio-nes en la cámara secundaria, comportándose también como válvula de seguridad.


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La característica de funcionamiento y el campo de aplicación de estos equipos quedadeterminado a través de sus características de caudal.

Lubricador

Para lubricar herramientas y mecanismos neumáticos, el método más lógico, eficien-te y económico es dosificar lubricante en el aire que acciona el sistema, atomizándo-lo y formando una micro niebla que es arrastrada por el flujo de aire cubriendo lassuperficies internas de los componentes con una fina capa de lubricante. Esta fun-ción es cubierta por los lubricadores, existiendo diversidad de formas constructivas,pero siempre basados en el mismo principio.

Funcionamiento

El aire que ingresa al lubricador es obligado a pasar por una válvula situada en el cen-tro del canal, de modo que ocurrirá una disminución de la presión en la sección quesigue a la válvula donde está el tubo de dosificación.Estando el vaso a presión, a través de la válvula de presurización y debido al descen-so de presión provocado, el aceite ascenderá por el tubo de aspiración que contieneun filtro para retener partículas, pasando por una válvula de retención a bolilla queimpide su retorno, desembocando luego en una válvula de aguja que regula el goteoen el canal de dosificación. La gota, al caer en este canal, es llevada al venturi, dondepor efecto de la velocidad del aire se atomiza en forma de niebla y es arrastrada porla corriente hacia los componentes.

RECUERDE que...

La adecuada lubricación de las herramientas neumáticas, cilindros, válvulas y demásequipos accionados por aire comprimido, evita el deterioro de los mismos provocadopor la fricción y la corrosión, aumentando notablemente su vida útil, reduciendo loscostos de mantenimiento, tiempos de reparaciones y repuestos.

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Accesorios modulares conjuntos FRL

Los elementos: filtro, regulador de presión y lubricador constituyen una unidad indis-pensable para el correcto funcionamiento de un sistema neumático. Se instalan en lalínea de alimentación del circuito suministrando aire seco, limpio, lubricado y regula-do a la presión requerida.Estos tres elementos, si bien son considerados básicos e indispensables en elpunto de utilización, no son los únicos que deben tenerse en cuenta a la hora decontar con aire comprimido en buenas condiciones de uso, para ingresar en loscomponentes neumáticos.Por ello, y pensando en integrar soluciones de una forma modular, al clásico FRLse agregan algunos de los siguientes elementos, generando combinaciones funcio-nales y de seguridad:

Válvulas de corte y descarga

Cumplen la función de interrumpir el suministro y descargar el aire del circuito, cuan-do la presión de línea desciende por debajo de una presión umbral de corte. Además,la utilización de esta válvula evita la puesta en marcha instantánea de la máquina, enel momento del restablecimiento de la presión después de su interrupción, acciden-tal o voluntaria, a menos que no sea habilitada la perilla de mando.


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Brida intermedia

Se utilizan entre el FR y el L y tienen la función de deri-var aire sin lubricar a aquellos elementos que así lorequirieran. Pueden incorporar como opcional una válvu-la antiretorno, cuya función es la de impedir que el acei-te retorne al filtro si este existiese.

Válvulas de control a distancia

Controlan la apertura y cierre de un circuito a distancia, por ejemplo desde un table-ro de mando o un puesto remoto. El accionamiento puede ser neumático o eléctrico.En este último caso, una interfase normalizada CNOMO permitirá incorporar solenoidesestándar o por ejemplo diferentes tipos de solenoides de bajo consumo o antiexplosivos.Incluyen un silenciador de escape, para reducir el nivel sonoro de la descarga de aireen el momento de la despresurización del circuito.

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Con el objetivo de asegurar aún más la interrupción delaire, y como opcional, puede incorporarse una válvula decorte y descarga con candado, que elimina en forma totalla posibilidad de suministro cuando los componentes yaccesorios se encuentren sin presión.

Válvulas de presurización progresiva

Estas válvulas cumplen la función de presurizar los circuitos en forma lenta y progre-siva, durante la operación de inicio de tarea, garantizando una seguridad total tanto alpersonal como a los componentes neumáticos del circuito o a las piezas.De igual forma, se evita el golpe de los actuadores hacia su posición de inicio de ciclo,cuando quedan detenidos en posiciones intermedias, debido a interrupciones impre-vistas de suministro de aire.

Microfiltros

En muchas aplicaciones es requerido un aire de mayor calidad que el obtenido a lasalida de un filtro estándar. Industrias como la química, alimentaria o de instrumenta-ción, exigen aire comprimido cuya calidad está clasificada y, en algunos sectores, nor-malizada de acuerdo a estándares como la ISO 8573 – 1.

Esta clasificación incluye tres puntos, a saber:

• Clase de la calidad de las impurezas sólidas. • Clase de la calidad para el contenido del agua.• Clase de la calidad para el contenido de aceite.

Filtros submicrónicos

El filtrado eficaz del aire comprimido en estas condiciones es un problema complejosolucionable, con la utilización de filtros de alta capacidad del tipo submicrónico, quetrabajan aprovechando los efectos de inercia, choque y coalescencia, separando sóli-dos en una relación > 0,01 _.

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Bloqueo de regulador

Este mecanismo, que posee una cerradura con llave, semonta en la parte superior de la perilla de un regulador depresión, impidiendo levantarla y, por lo tanto, modificar laregulación establecida.

Drenajes Automáticos

Son utilizados cuando se desea automatizar la acción de drenaje de los condensadosacumulados en los vasos del filtro, existiendo distintos métodos para poder hacerlo:

• Por flotador: una válvula se abre automáticamente al alcanzarse cierto nivel de condensados, elevando un flotador y permitiendo que la corriente de aireentrante fuerce la evacuación de los condensados.

• Temporizado eléctrico: una electroválvula temporiza los tiempos de drenaje yde pausa, es decir, el intervalo entre aperturas. Ambos intervalos son regulables.

• Semiautomático por caída de presión: El drenaje de los condensados selogra cuando cae la presión de la línea, por ejemplo al fin de la jornada laboral.


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Filtro de carbón activado

Aún así el aire comprimido puede contener vapores de hidrocarburos y olores que sedeseen eliminar. Además, en estos casos se utilizará un filtro de carbón activado, el cual será incorpo-rado siempre después de una batería de filtros que comprende filtro de 50 _, filtro de5 _. y filtro coalescente (submicrónico)

Filtro de silicagel

En casos especiales donde se requiera utilizar el aire comprimido exen-to de humedad, la incorporación de un filtro de silicagel como último ele-mento del bloque de tratamiento, permite obtener las mejores condicio-nes de utilización, sin afectar otros elementos de menor tamaño de filtra-do, como los filtros de malla ó los filtros submicrónicos de 5 _.

RECUERDE que...

El filtro de carbón activado asegura un poder filtrante con una cantidadde aceite residual menor de 0,001 mg/m3.

Central inteligente de manejo del aire

Son unidades para aplicaciones, donde el parámetro dealimentación del aire comprimido debe cumplir conrequisitos complejos de seguridad o se necesiten con-troles y monitoreos permanentes, traducidos en señalespara el operador o para el sistema. También esta infor-mación puede disponerse como dato de cada una de lasseñales, en un cable múltiple de salida, utilizando señalde 4 a 20 mA.

Las centrales inteligentes del manejo de aire AMS admiten dos posibles configuraciones:

1. Conexión directa, donde las señales del módulo pueden ser enviadas a uno o más actuadores (válvulas o disparadores)

2. Conexión indirecta, donde la información es enviada a una computadora, a un bus de campo o a un programa de almacenamiento de datos para luegoprocesarlo.

Funcionamiento

Controlan la presión a través de un rango de regulación programable. El nivel de con-densados es controlado por sensores con descarga automática cuando se alcanza elnivel máximo. En la lubricación, un indicador de nivel mínimo de aceite activa una alar-ma cuando éste se alcanza y tiene también la posibilidad de dosificación automática.Por otra parte, un display de tiempo indica la necesidad de reemplazo del filtro.

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Amplificador de presión

Existen aplicaciones en el campo de los automatismos neumáticos donde se requie-ren valores de presión mayores que los usuales de línea (por ejemplo, 6 bar). Estasnecesidades obedecen a determinadas secuencias de circuito, que a veces requierenmayores fuerzas de actuadores en tiempos breves de utilización (por ejemplo, opera-ciones de prensado) o acumulación de determinados volúmenes de aire, a presionesmayores que las de línea (por ejemplo, prueba de resistencia de ciertos recipientes,pruebas de estanqueidad, etc.)En esas aplicaciones se debe realizar un análisis técnico/ económico: a) generar airea mayor presión en toda la línea de suministro, b) utilizar actuadores de mayor diáme-tro en el puesto de trabajo, c) obtener aire en un reservorio a una presión mayor quela de línea y suficiente para lograr los objetivos deseados. En muchas aplicaciones,veremos que la opción c termina siendo la más coherente y es en éstas donde se uti-lizan los amplificadores de presión neumática.

Funcionamiento

La presión de aire primaria se conecta a la boca de alimentación y dirige el aire a lascámaras impulsora - amplificadora A y B. Las otras cámaras impulsoras A o B se ali-mentan alternativamente con el aire proveniente del regulador de presión, a través deuna válvula direccional VS2 de doble comando neumático.De acuerdo al valor que tome esta presión regulada, será la relación de amplificación.Si la presión a la salida del regulador es igual a la de entrada, la relación de amplifi-cación será 2:1. Una serie de válvulas no retorno colocadas en el cuerpo principal central del amplifi-cador permiten el llenado de las cámaras impulsora - amplificadora A y B con presiónprimaria y la evacuación del aire de las cámaras impulsora - amplificadora A y B a laboca de utilización N°2 con presión amplificada.Cuando los pistones llegan a su punto final de recorrido cercano al cuerpo principalcentral del amplificador, dos señales neumáticas alternativamente trabajan sobre elpilotaje de la válvula direccional VS2, para que al conmutar direccione alternativamen-te el aire de entrada a las cámaras anteriormente detalladas y a la boca de escape.Finalmente dos manómetros que completan el conjunto, permiten relevar el valor depresión de alimentación y de presión amplificada.


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Recomendaciones de instalación de unidades FRL

• Al instalar unidades FRL, asegúrese de que el suministro no supere las condicio-nes límites de presión y temperatura especificados por el fabricante.

• No instale unidades muy cerca de fuentes intensas de calor (hornos, calderas,líneas de vapor, canales de colada, etc.), ya que por radiación podría superarse la temperatura límite establecida.

• Es recomendable que cada equipo neumático de la planta tenga su unidad independiente de entrada, instalada lo más cerca posible del equipo.

• Instale las unidades en lugares a los cuales se pueda acceder fácilmente, sin necesidad de escaleras u otros medios. Recuerde que pueden requerirseperiódicos ajustes de regulación y también mantenimiento preventivo de la unidad (drenado de vasos, limpieza del elemento filtrante, etc.)

• Las unidades cuando incluyan un componente F y/o L sólo se instalarán sobrelíneas horizontales (vaso en posición vertical) de otro modo no funcionaráncorrectamente.

• Al realizar el montaje verifique que el sentido de flujo coincida con el indicado,por las flechas grabadas sobre los elementos. Si por razones de disposición decañerías fuese necesario un sentido inverso, éste puede obtenerse girando lasbridas extremas 180° sobre su posición.

• Las roscas de conexionado son gas, con ángulo de 55° y cilíndricas. A pedidoNPT debe tenerse especial cuidado cuando se utilicen cañerías con rosca cónicay cinta de sello, ya que un excesivo ajuste puede producir la fisura de las bridasextremas. Debe ajustarse lo suficiente para evitar fugas. Es recomendable el usode accesorios de rosca cilíndrica y sello por asiento frontal.

• Las cañerías deben estar previamente alineadas y la unidad deberá poderse ins-talar sin necesidad de forzarla. De este modo, se evitarán esfuerzos externossobre el equipo, que pueden llegar a producir su rotura o deformarlo fuera delímites compatibles con el buen funcionamiento.

• Asegúrese que las cañerías estén limpias en su interior y que no queden restosde senador (pasta o cintas) que puedan penetrar en el equipo y alterar su funcionamiento. Sople previamente las cañerías.

• Prevea un espacio debajo del vaso a efectos de drenar con comodidad el condensado. Tenga la precaución de no instalar la unidad encima de tableroseléctricos o electrónicos, ya que cualquier derrame accidental caerá sobre ellos.

• No instale unidades en lugares donde se generan vapores de solventes, talescomo salas, gabinetes de pintura o bateas de limpieza. Los vasos resudarándeteriorados con el tiempo. Esta precaución debe acentuarse cuando los vaporessean de tricloretileno o tetracloruro de carbono, acetona, thiner, etc.

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Cilíndros neumáticos

Introducción

El aire comprimido es de amplio uso en una instalación industrial. Desde funcionessimples como soplar suciedad y virutas de las máquinas, inflar gomas, pintar con pis-tola, y hacer funcionar herramientas pequeñas de fuerza, hasta impulsar actuadoresque mueven compuertas direccionales en líneas transportadora, cerrar puertas, osujetar piezas de trabajo en un tornillo de banco, entre otras muchas aplicaciones.La energía de presión del aire comprimido es transformada por medio de actuadoresen movimiento lineal alternativo, y mediante motores neumáticos o actuadores rotan-tes en movimiento de giro.Luego, los cilindros neumáticos son las unidades encargadas de transformar la ener-gía potencial del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras.Básicamente, consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pistón. Alintroducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro de lacámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al émbolo un vástago rígido,este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo.

Actuadores Neumáticos

Cilindros Neumáticos: Parámetros básicos y funcionales

Cilindros: Son actuadores de acción lineal, transforman la energía del aire comprimi-do en trabajo mecánico.La fuerza de empuje es proporcional a la presión del aire y a la superficie del pistón:

Donde:

Fuerza en cilindros

La fuerza disponible de un cilindro crece con mayor presión y con mayor diámetro. Ladeterminación de la fuerza estática en los cilindros está sustentada por la siguientefórmula, o el ábaco adjunto:

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4 . 1

Donde:

51CILINDROS NEUMÁTICOS 4

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O bien

Donde:

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4 . 2 . 1

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Los cilindros de simple efecto son utilizados, entre muchas otras aplicaciones, para:

• Dispositivos de corte y prensado en la fabricación de piezas de plástico.• Dispositivos de sujeción, de corte, de plegado, de prensado y accionamiento de

prensas de recortes, en las industrias papeleras.• Dispositivos de corte en las industrias de confección y en la industria de calzado.• Expulsión de piezas en la industria alimentaria y en la industria farmacéutica.

Cilindro de doble efecto

En este modelo de cilindro, las carreras de avance y retroceso se consiguen pormedio de la presión del aire comprimido en cualquier lado del émbolo, es decir, el airecomprimido ejerce su acción en las dos cámaras de cilindro. Se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar unamisión también al retornar a su posición inicial.

Tipos de cilindros neumáticos

Cilindros con vástago. Variantes constructivas

Cilindro de simple efecto

Uno de sus movimientos está gobernado por el aire comprimido, mientras que el otrose da por una acción antagonista, generalmente un resorte colocado en el interior delcilindro. Este resorte podrá situarse opcionalmente entre el pistón y la tapa delantera(con resorte delantero) o entre el pistón y su tapa trasera (con resorte trasero)Realiza trabajo aprovechable, sólo en uno de los dos sentidos, y la fuerza obtenida esalgo menor a la que da la expresión F = P x A, pues hay que descontar la fuerza deoposición que ejerce el resorte.

Los actuadores o cilindros de doble efecto son utilizados, entre muchas otras aplica-ciones, para:

• Cierre de compuertas en centrales nucleares, balanzas en cerealeras, dispositivosde cierre y apertura de compuertas de silos en la industria cerealera.

• Dispositivos de elevación y descenso para baños, en la industria química.• Compactadores de chatarra.• Desplazamiento de rodillos en sierras alternativas, accionamientos en sierras

tronzadoras y prensas de bastidor en la industria de la madera.• Dispositivos para prensas de moldeo y sujeción en la industria de muebles.• Accionamiento de puertas en vehículos de transporte.

RECUERDE que...

En el proceso de retroceso, la superficie del émbolo es menor que en el avance, debi-do al área de la sección transversal del vástago, por consiguiente, la fuerza de trac-ción es menor que la de empuje.

Cilindro de doble vástago

Este tipo de cilindros tiene un vástago que corre hacia ambos lados. La guía del vásta-go es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanececonstante. Por eso, este cilindro puede absorber también cargas laterales. Los elemen-tos señalizadores, levas o finales de carrera, podrán disponerse en cualquiera de los vás-tago. La fuerza es igual en los dos sentidos (las superficies del émbolo son iguales)

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RECUERDE que...

El cilindro de doble vástago ofrece un mejor guiado del conjunto, facilitando el coloca-do de levas o fines de carrera cuando hay problemas de espacio en la zona de trabajo.

Cilindro de doble pistón ó en tandem

Consisten en dos cilindros de doble efecto acoplados en serie con un vástago encomún, formando una unidad compacta.Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos, se obtiene una fuerza decasi el doble de la de un cilindro convencional del mismo diámetro.Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espaciodeterminado, no siendo posible utilizar cilindros de un diámetro mayor.


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Entre otras muchas aplicaciones puede mencionarse:

• Colocación de piezas en estantes, por medio de cintas de transporte.• Mando de palancas.• Dispositivos de clasificación.

Cilindro sin vástago

El pistón transmite el movimiento a la carga, a través de un carro acoplado mecáni-camente al pistón mediante un exclusivo sistema patentado. Un sistema de cintasgarantiza un doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior del cilindro. Dependiendo de la aplicación, estos cilindros pueden utilizarse en su forma más sen-cilla, siempre que los momentos flexores generados por las fuerzas de aplicación nosuperen la propia resistencia del cilindro.

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RECUERDE que...

Los cilindros sin vástago pueden incorporar guías adicionales, las cuales mejoran lascaracterísticas del cilindro, confiriéndole mayores momentos flexores en todos los planos.

En particular para un cilindro sin vástago básico (sin guías), se da como referencia losmomentos máximos que pueden soportar en cada plano.

Diam Empuje a Ma (Nm) Ms (Nm) Mv (Nm) L (N)6 bar (N)

10 48 1 0.22 0.33 22

16 120 3.9 0.33 0.56 133

25 293 1.5 1 2.7 289

32 480 32 4 13 512

40 751 65 6 17.6 867

50 1178 116 11 35 1200

Cilindros acoplados de acción independiente

Están constituidos por dos cilindros unidos por sus tapas traseras. Éstos pueden ope-rarse independientemente, de modo tal de obtener sobre uno de los extremos delvástago tres o cuatro posiciones de trabajo, según sean iguales o distintas las carre-ras de ambos cilindros. Es un dispositivo multiposicionador sencillo y económico.

Amortiguación de fin de carrera

Son dispositivos fijos o regulables, colocados gene-ralmente en las tapas de los cilindros, y cuya finali-dad es la de absorber la energía cinética de lasmasas en movimiento.Cuando se alcanza el fin de la carrera, el pistón y elvástago son desacelerados hasta la parada. La ener-gía cinética resultante de esto, debe ser absorbidapor un tope final: la tapa del cilindro. La capacidad de absorber esta energía depen-de del límite elástico del material. Si la energía cinética excede el límite, el cilindronecesitará un amortiguamiento externo o interno.Según los modelos de cilindros, se puede tener amortiguación delantera, trasera o doble.

RECUERDE que...

Para una aplicación dada, si se verifica insuficiente la amortiguación, se deberán uti-lizar amortiguadores hidráulicos de choque.

Pistón con imán incorporado

Ciertos cilindros incorporan un imán en el pistón, aefectos de actuar un interruptor magnético del tipoReed-Switch o similar, montado en el exterior delcilindro, durante o al final de su carrera. Esta señaleléctrica es utilizada para gobernar a otros órganoscomponentes del sistema, actuadores, contadores,emitir señales luminosas, actuar contactores, relés,PLC, o bien para controlar su propio movimiento. Alos efectos de la incorporación del elemento seña-lizador, éste puede ser de funcionamiento magnéti-co e ir colocado en los cilindros en ranuras especi-ficas para tal fin.

Normalización ISO

La ISO (Internacional Standard Organization) ha establecido una serie de normasde carácter internacional que regulan el aspecto dimensional de los cilindros neu-máticos. En ella básicamente se establecen las dimensiones tendientes a garanti-zar al usuario la intercambiabilidad de cilindros de diversas procedencias. Segúnesta entidad, quedan fijados los diámetros constructivos de los cilindros, los extre-mos de vástago, roscas de conexionado, materiales a emplear, sus tolerancias y losdistintos dispositivos de montaje.

Para los diámetros establece la siguiente serie:

8 – 10 – 12 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 – 160 – 200 –250 – 320 – etc.

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Microcilindros:

Responden por lo general a las normas ISO 6432Las primeras seis dimensiones (8 a 25 mm) corresponden a los comercialmente lla-mados Microcilindros que responden a un tipo particular de construcción (sin tenso-res y en general no desarmables)

Cilindros reparables

Por lo general, responden a las normas ISO 6431 y VDMA 24562 ó UNITOP RP 6-7.A partir de 32 mm los cilindros son los genéricamente conocidos como cilindros repa-rables, cuya construcción posibilita el desarme. En esta ultima serie, hay cilindros conresortes, con tensores, con tubo integral, camisa perfilada de distinta forma (con ó sintensores) o uniones tapa – tubo bridadas.Las posibilidades de reparación de un cilindro neumático hacen a una mayor confia-bilidad del automatismo, con mantenimiento preventivo y kits de reparación adecua-dos para cada tipo.

Cilindros de impacto

Se utilizan cuando se quiere obtener una elevada fuerza de impacto. Esta fuerza seobtiene a través de la energía cinética, que en estos cilindros es muy elevada, dadala alta velocidad del émbolo alcanzada en ellos, que oscila entre los 7 y los 10 m/seg., comparativamente destacamos que la velocidad media normal de los cilindrosneumáticos convencionales es de 0,5 a 1,5 m/ seg.

A través de la acumulación de presión en la cámara trasera, la cual se logra originan-do una alta presión reactiva del lado exhaust, con los agregados de reguladores decaudal incorporados en la misma válvula direccional, puede incrementarse la energíade presión, la cual será transformada en energía cinética de máximo valor, cuando elcilindro desarrolle su máxima velocidad. Esto será aproximadamente a los 80 mm delinicio de salida de vástago. Si en dicho punto se incorpora un elemento a deformar(curvar, cortar, etc.) toda esa energía cinética se desarrolla como energía de deforma-ción, en el propio material que se desea estampar.

Actuadores rotantes neumáticos

La función de este tipo de actuador es la de obtener movimientos de rotación alter-nativos. Con este fin los fabricantes han recurrido a diferentes mecanismos y princi-pios que comprenden el uso de paletas internas, sistemas de piñón y cremallera omecanismos de palancas articuladas como el llamado yugo escocés. Uno está basado en el principio de piñón y cremallera simple, formado por dos cilin-dros contrapuestos cuyos pistones están unidos por un vástago – cremallera movi-do en forma alternada por los mismos. Dicha cremallera engrana con un piñón, demodo de transformar el movimiento lineal del conjunto en un movimiento de rota-

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ción. Obviamente, el ángulo de rotación queda limitado por la carrera de los cilin-dros. Las características de control de velocidad resultan similares a la de los cilin-dros neumáticos lineales.Puede controlarse la velocidad en forma independiente en ambos sentidos de rota-ción, controlando el flujo de aire comprimido, y el par torsor por medio de la presión.Los ángulos de rotación que pueden obtenerse pueden variar desde unos pocos gra-dos a uno o dos giros, según sea la carrera de los cilindros.

Los actuadores rotantes neumáticos son empleados en:

• Rotación angular.• Órganos de máquinas - herramientas, transporte de piezas en alimentadores.• Selección de pistas en separadores.• Comando a distancia de válvulas rotantes.• Movimientos angulares periódicos en máquinas especiales en ambientes

explosivos, aperturas de puertas, mezcladoras, etc.

Los actuadores rotantes a paleta sondispositivos mecánicos que conviertenla energía del aire comprimido en movi-miento rotativo alternado. Poseen como ventaja distintiva, respectoa otras soluciones similares, su granresistencia a los esfuerzos laterales en eleje. Pueden funcionar con aire comprimi-do sin lubricación. Los sellos garantizanun movimiento suave, gran estanqueidad,bajo Stick-Slip (presión mínima paracomenzar el movimiento) y millones deciclos sin mantenimiento.Se disponen en tres diferentes diámetros o dimensiones: 41, 76 y 152mm. de ladorespectivamente, cada una de las cuales puede construirse en diferentes largos, conel fin de lograr un escalonamiento de torques posibles.Se ofrecen para giros de 90°, 180° y 270°.

Actuadores neumáticos a membrana

Son actuadores de simple efecto, en donde el clásico émbolo ha sido sustituido poruna membrana elástica.Por regla general, son de gran diámetro, lo que permite la obtención de fuerzas con-siderables. Sin embargo, por ser de simple efecto y dada la presencia del resorte, sonde poca carrera. Son utilizados en donde sean precisos esfuerzos prensores, sobre todo en lugaresdonde no se dispone de longitud axial suficiente para la colocación de cilindros. Estosactuadores a igualdad de esfuerzos y carreras son de dimensiones generales masreducidas que los cilindros neumáticos.

RECUERDE que...

Los actuadores a membrana no están expuestos a rozamientos, pues la membranano se desliza, sino que se extiende y no requiere la utilización de aire lubricado niextremadamente limpio. No son aconsejables para grandes ciclados.

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Ejecuciones especiales de cilindros neumáticos

Aquellas ejecuciones que responden anecesidades específicas de utilización,separándose en ciertas característicasde lo ofrecido en forma estándar.Los recubrimientos rilsanizados, basadoen poliamidas, tienen una buena resisten-cia a las sales minerales, a los álcalis, a lamayoría de los solventes, a la mayoría delos ácidos orgánicos, al agua de mar y a laatmósfera marina, a los aceites y productos derivados del petróleo, así como también alos productos alimenticios y farmacéuticos.La materia prima que se utiliza en la fabricación de este recubrimiento cumple conaprobaciones en el ámbito internacional de la Food and Drugs Administration (FDA),sobre sustancias posibles de ser utilizadas en contacto con alimentos.

Actuadores en acero inoxidable

En aquellos lugares que por norma serequiera sanidad, el acero inoxidable es elelemento que posibilita perfectas condi-ciones de higiene en campo. Las ejecucio-nes posibles abarcan diversos criteriosconstructivos y normas internacionales,pudiendo ser cilindros de simple y dobleefecto, con o sin pistones magnéticos,aptos para aplicaciones en la industria de la alimentación, con sellos realizados en mate-riales no tóxicos, con sellos especiales para utilizar aire seco, adecuados para trabajarcon temperaturas entre –70 a 250 ºC.

Normas disponibles:

ISO 6432 (microcilindros) - ISO 6431– VDMA 24562 (cilindros) - UNITOP (cilindroscompactos)

Manipuladores y elementos de sujeción de piezas

Son sistemas modulares de gran compo-nibilidad que, mediante una gran variedadde accesorios e interfases disponibles,permite realizar las más complejas estruc-turas de manipulación.Las unidades están dotadas de canalespara la distribución integrada del airecomprimido, y no precisa, por lo tanto,del uso de tubos externos para la ali-mentación de los extremos de rotación ytoma de piezas.La concepción constructiva resulta en dimensiones generales y peso muy reduci-do, elevada precisión, rigidez y diseño innovador. Las características de guiado yrigidez le garantizan una alta productividad en tareas de montaje y prueba en líne-as automatizadas.

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Las componentes de manipuleo constan de:

• Pinzas neumáticas, que son órganos de toma aptos para la manipulación de cargas.

• Unidades de traslación y giro.

Las características que las identifican son fundamentalmente la fuerza, la carrera y lamasa a mover. Hay variados tipos de accesorios y geometrías constructivas paraadaptarse a todas las aplicaciones:

Entre ellos pueden mencionarse las:

• Pinzas Angulares: los dedos tienen un movimiento circular y se abren en undeterminado ángulo (típico 30°)

• Pinzas Radiales: tienen dedos con movimiento circular y el ángulo de aperturaes de 90°. Esto permite a los dedos apartarse completamente del plano de tra-bajo, evitando así un movimiento adicional de aproximación.

• Pinzas Paralelas: tienen tres dedos, éstos tienen la ventaja que son autocen-trantes respecto a la pieza a tomar.

Montajes de cilindros neumáticos

La forma de fijar un cilindro neumático dependerá casi totalmente de la aplicaciónpráctica que se le dé al mismo y estará sujeto a condiciones de diseño, razones deespacio y características de los movimientos.Como se vio anteriormente existen normas en el ámbito internacional que definen lostipos y las dimensiones principales de los accesorios de montaje para cilindros neu-máticos. Esto le garantiza al usuario intercambiabilidad entre diferentes fabricantes, eincluso disponer de una sustitución en máquinas importadas o para las de exporta-ción. Ya no se concibe a un cilindro como elemento aislado, sino con sus accesoriosde montaje, que si bien se comercializan separadamente, forman parte de la solucióntécnica que aporta el cilindro.

Las siguientes figuras muestran una línea de accesorios de montaje normalizadospara cilindros neumáticos.

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Velocidades máxima y mínima de cilindros neumáticos

Los cilindros neumáticos pueden alcanzar una velocidad máxima comprendida entre0,6 y 2,6 m/seg. según el diámetro.

Estos valores máximos, a su vez, se ven afectados por la carga desplazada, tamañode la válvula y conducciones, condiciones de descarga (libre, regulada o con escaperápido), carrera del cilindro, etc.En realidad se prefiere hablar de velocidades medias alcanzables, ya que el cilindrodesarrolla su carrera en un tiempo en el cual se produce una aceleración inicial yuna desaceleración final de modo que su velocidad no es constante a lo largo delrecorrido. Como velocidades medias pueden considerarse un 70% del valor indica-do en la tabla anterior.Como velocidad mínima, un limite práctico puede establecerse entre los 30 y 50 mm/seg., debido a la elasticidad del aire, dependiendo ello además, del diámetro delactuador, características de la carga, sensibilidad del regulador de caudal empleado,presión de alimentación, etc. Para obtener velocidades inferiores a este límite, debe-ría recurrirse a dispositivos de avance hidráulico o hidroneumático.

Diámetro (mm) Velocidad máx. (m/seg.)

10 - 12 - 16 2.6

20 - 25 - 32 2.6

40 2.5

50 2

63 1.5

80 1.1

100 0.9

125 0.7

160 0.6

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Selección de cilindros neumáticos

La fuerza que pueden desarrollar los cilindros neumáticos es, tal vez, la característicamás importante por la cual comienza la etapa de selección. El valor de la fuerzadepende exclusivamente del diámetro del pistón y de la presión del aire comprimidocon que se alimenta el cilindro. Pero la fuerza no es el único parámetro de selección, siendo preciso realizar una seriede verificaciones y cálculos. Los cilindros realizan su acción (básicamente fuerza) en posiciones determinadas desu recorrido a velocidad muy baja o nula. Durante el desplazamiento y hasta la posi-ción en que es ejercida la acción, el vástago avanza libre o con baja carga. No esimportante la velocidad que se alcance en dichos desplazamientos. Dentro de estacategoría funcional quedan incluidos los cilindros prensores, de sujeción, de posicio-namiento, entre otros, de los que sólo se requiere fuerza y no su velocidad. La elección de cilindros puede ser resuelta con ayuda de gráficos, los cuales mues-tran los valores teóricos de fuerza según las diferentes presiones y diámetros de cilin-dros. La ecuación que lo sustenta es:

Donde:

Donde:

Para cilindros de simple efecto se debe restar, además, la fuerza de reacción delresorte, dato que generalmente se encuentra en los catálogos de fabricantes.Para calcular la fuerza ejercida por el cilindro con la presión aplicada del lado del vás-tago (fuerza de tiro), su valor se obtiene con el siguiente método:

1. Entrar al gráfico con d (diámetro del pistón) y obtener la fuerza

2. Entrar al gráfico con d (diámetro del vástago) y obtener la fuerza

Restando ambos valores dará la fuerza resultante teórica ejercida por el cilindro en lacarrera de retorno.

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El valor real es menor debido a la fuerza de rozamiento, la que es variable según lalubricación, presión de trabajo y forma de las guarniciones. Esta disminución en lafuerza puede tenerse en cuenta mediante el rendimiento del cilindro, estimado en un90 %, de este modo el valor real práctico de la fuerza será:


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Si bien este es un procedimiento basado en el gráfico, en forma teórica sería:

Donde:

RECUERDE que...

Para obtener el valor real debe afectarse al anterior por el rendimiento _ = 0.9.Por otra parte, si se conoce la fuerza a realizar en Newton (1 Kp = 9,81N) y la pre-sión de operación (bar), se busca la intersección en el gráfico y se lee el diámetro delcilindro inmediato superior al determinado por dicha intersección.

Ejemplo

Se trata de elevar una masa de 20 Kg con un cilindro neumático operado a 6bar de presión. No interesa la velocidad de elevación. La fuerza real a realizarserá: Fr= m x g.

La fuerza teórica que deberá desarrollar el cilindro es:

Ingresando al grafico con F = 218N y p = 6bar, obtendremos un cilindro de diáme-tro 25mm.

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4 . 1 6 Verificación por pandeo

Pandeo: Se denomina pandeo en un cilindro neumático al esfuerzo que somete alcilindro a una flexión sobre el vástago.El pandeo es un factor limitativo en la elección de cilindros cuyos vástagos esténsometidos a compresión, ya que sólo bajo dicha solicitación es cuando apareceeste fenómeno.

El pandeo es el único factor funcional que limita la carrera de los cilindros, puesto queconstructivamente no existe limitación de la carrera por parte del fabricante.Este fenómeno no esta exclusivamente ligado al material del vástago, su diámetro y sucarrera, sino que intervienen también las condiciones de montaje del cilindro. Ciertostipos de montaje o sus combinaciones resultan favorables para contrarrestar el efecto.


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RECUERDE que...

Con montajes a rótula, el cilindro se auto alinea en todo plano.Con montajes basculantes en un plano, el cilindro se auto alinea sólo en dicho plano.Requiere perfecta alineación en el plano perpendicular.Con fijación roscada del vástago la alineación es crítica.Con rótula para vástago se compensan desalineaciones en todo plano.Con horquilla delantera la alineación es crítica.

Factores esenciales para la elección de un cilindro:

Cuando a un cilindro se le fija un trabajo a realizar, significa que quedan determina-das la carrera y la fuerza, así como la masa que debe mover y la velocidad a la quetiene que desplazarse.Se hace necesario pues, tener a la vista aquellos datos que nos permitan establecerlas características mecánicas y neumáticas del cilindro que pretendemos, y que amodo de resumen podrían ser:

• Diámetro interior del cilindro en mm.• Diámetro del vástago en mm.• Velocidad del émbolo en cm./s o m/min.• Fuerza del émbolo.• Tipo de cilindro (simple o doble efecto)• Con amortiguación o sin ella.• Forma de fijación (fija u oscilante)• Temperatura de trabajo (ambiental) en °C.• Presión en la red en bar.• Presión de trabajo en bar.• Forma de trabajo (carga estática o dinámica)• Peso de la carga movida.• Posición del cilindro (vertical u horizontal)

Carrera máxima de un cilindro neumático

Carrera: Se denomina carrera a la distancia recorrida por el émbolo entre sus dosposiciones extremas. Pueden venir expresadas en mm o en cm.

Carrera máxima: Se denomina carrera máxima a la longitud máxima del vástagoextendido en un cilindro neumático sin causar flexiones derivadas del pandeo.

EjemploAdoptando un montaje basculante intermedio con horquilla delantera guiada extra-emos el coeficiente de corrección K = 0,75 de acuerdo con el montaje elegido.

Con ayuda del gráfico, ingresando con la presión motriz Pm = 6bar hasta cortar alcilindro diámetro 50mm, leemos en el gráfico de pandeo de la derecha que dichocilindro tiene una carrera básica o carrera máxima por pandeo de 800 mm. Debeverificarse lo siguiente:

K x carrera real < carrera máxima0,75 x 600 = 450 mm < 800 mm

Por lo tanto, el vástago del cilindro resiste al pandeo

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Guías para cilindros

Tanto en cilindros como en microcilindros, para disminuir la posibilidad de pandeo enellos, muchas veces se utilizan guías acopladas en los propios cilindros.Estas guías reciben el nombre de Guías H para cilindros de diámetros mayores yGuías C en los microcilindros, y están conformados por un soporte de acero que con-tiene dos ejes (vástagos) auxiliares.Al desplazarse el vástago del cilindro, losesfuerzos transmitidos son asimiladospor todo el conjunto, por lo tanto, se opti-miza la alineación entre la pieza a movery el propio cilindro.Por otra parte, se evita el movimiento degiro del vástago que en algunos proce-sos industriales puede ser perjudicial.Existen dos versiones que incluyen bujesde guías de bronce (autolubricados) conlimpia vástagos evitando de esta formasu desgaste prematuro.

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La segunda versión es con bujes a bolas recirculantes, lo que permite menores roza-mientos y mejora la velocidad del cilindro.Debe tenerse en cuenta que por diseño, una parte del vástago se encontrará impedi-da de utilizar como carrera.

Consumo de aire en cilindros neumáticos

Conocer el consumo de los cilindros neumáticos tiene su importancia desde dos pun-tos de vista. En primer lugar, si a raíz de esta nueva aplicación ha de adquirirse unaunidad de generación de aire comprimido (compresor), los datos fundamentales paraseleccionarla son precisamente el consumo o demanda y la presión de trabajo. Si encambio, la aplicación es insertada en un medio en el que ya se dispone de aire com-primido, el cálculo del consumo servirá para verificar si el compresor instalado tienecapacidad suficiente.El consumo de un cilindro neumático puede calcularse con la siguiente fórmula:

Donde:

Ejemplo

Se tiene un dispositivo con 3 cilindros neumáticos de doble efecto, uno de elloscon diámetro 80 mm y carrera 100mm (10 ciclos 7min) y los dos restantes condiámetro 40mm y carrera 50mm (20 ciclos/min), trabajando a 6 bar.Estimamos en un 20% el consumo de comando (tubos, válvulas y auxiliares)

Los consumos serán:

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Siendo:

Por lo tanto, la instalación consumirá 126,66 litros normales por minuto (Nl7min) ó7,6 Nm3/hora a 6 bar.

Amortiguadores hidráulicos de choque

Ya habíamos visto que la amortiguación de fin de carrera de un cilindro neumático eraun sistema cerrado, para absorber en el tramo final de la carrera las energías desa-rrolladas durante el movimiento, evitando de este modo el choque destructivo entrepistón y tapas. Las crecientes exigencias de velocidad impuestas a las máquinas automáticas con elobjetivo de disminuir los tiempos de producción y en consecuencia el costo, hacenque frecuentemente las energías desarrolladas superen a las capaces de ser amorti-guadas por el cilindro. Debe entenderse que el sistema de amortiguación de un cilindro neumático estadiseñado para la generalidad de los casos, pero quedará superado cuando se despla-cen masas importantes a elevadas velocidades. La energía remanente se disipará inevitablemente en forma instantánea en un cho-que metal - metal entre pistón y tapa o en un tope externo al cilindro, con una consi-derable alta fuerza de impacto que será transmitida a la máquina y también al elemen-to transportado (acción y reacción) con la consiguiente destrucción lenta, pero cons-tante de las partes involucradas.Existen varias formas de absorber en forma gradual las energías al final de un reco-rrido, minimizando la fuerza de impacto resultante:

• En los casos de cargas pequeñas y velocidades no muy grandes puede resultarsuficiente la amortiguación propia del cilindro o en su defecto puede ésta sercomplementada mediante topes de goma.

• Con cargas ligeramente más elevadas es posible también recurrir a resortes decompresión.

Ambos, las gomas y los resortes, ofrecen una resistencia inicial baja o nula, crecien-do ésta con el recorrido hasta alcanzar un máximo. Estos tipos de topes almacenanuna cantidad considerable de energía durante su compresión, siendo despreciable lacantidad transformada en calor. La energía almacenada tiende a ser devuelta al sis-tema, luego del impacto de modo que al emplearlos deberá admitirse un cierto rebo-te de la carga a menudo intolerable.Lo ideal es lograr una amortiguación mediante una fuerza de frenado lo más bajaposible y constante en todo el recorrido del amortiguador y convirtiendo la mayorparte de la energía en calor, el que se disipará en la atmósfera. Se logrará así unamínima fuerza de reacción y ausencia de rebotes. Con estas pautas de diseño losfabricantes han desarrollado los llamados amortiguadores hidráulicos de choque. El empleo de amortiguadores es particularmente indicado en instalaciones automáticasde manipulación de objetos frágiles, que podrían resultar dañados con un impacto, comocomplemento de la amortiguación de un cilindro neumático o simplemente toda vez quedeba detenerse un movimiento de alta energía cinética en forma suave y gradual.

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Existen básicamente dos tipos de amortiguadores:

1. Los fijos (Destacar en negrita): poseen una capacidad de amortiguación fija, nopudiéndose adecuar sus prestaciones a las exigencias de cada aplicación.

2. Los regulables (Destacar en negrita): pueden adaptarse en cambio a un rango deexigencias dentro de la capacidad de cada modelo. Son recomendables cuandolos parámetros funcionales no pueden determinarse con exactitud o en los casosde condiciones de aplicación variables.

Aspectos a considerar en la selección de un amortiguador:

• Forma de actuación de la carga, es decir, si actúa en el planohorizontal, vertical o inclinado.

• Si proviene de un movimiento de rotación.• Si durante la carrera de amortiguación existe o no una fuerza

impulsora adicional.• El valor de la masa. Al considerar la masa deberá incluirse no

sólo el elemento desplazado, sino también todos los mecanis-mos y dispositivos asociados que participen del movimiento (Brazo, carros, etc.)

• El valor de la velocidad de desplazamiento, o velocidad tangen-cial en caso de rotaciones. Un dato importante para su elección,es el número de impactos por hora, ya que esto determinará su grado de calentamientoen función de la energía convertida en calor en cada impacto.

RECUERDE que...

Como factor de seguridad muchos fabricantes recomiendan utilizar los amortiguado-res entre un 50 y 60% de su capacidad máxima. Esto permite prolongar su vida útily efectuar los ajustes sobre la máquina funcionando, evitando el riesgo de encontrar-se frente a un amortiguador de capacidad insuficiente, sobre todo cuando los datosde velocidad y carga no sean determinados con precisión o puedan variar significati-vamente durante la operación.

Recomendaciones para el montaje de cilindros neumáticos

• Los cilindros neumáticos están diseñados para transmitir esfuerzos axiales. La presencia de esfuerzos radiales o laterales sobre los vástagos conducirán aun desgaste prematuro de sus guías, materializadas en la ovalización del bujeguía y del propio tubo del cilindro. Estas ovalizaciones aparecerán en posicionesdiametralmente opuestas. Por lo tanto, deberán analizarse detenidamente los tipos de montaje más adecuados en cada caso, a efectos de anular dichosesfuerzos laterales.

• Toda vez que se utilice un montaje basculante para el cilindro (en cualquiera de sus formas), deberá preverse un equivalente en el extremo del vástago. La combinación de montajes rígidos con basculantes resulta un contrasentidotécnico que origina esfuerzos radiales sobre el vástago.

• Cuando las oscilaciones puedan ser en el espacio, son recomendables los montajes a rótula tanto para el cilindro como para el vástago. La combinación demontajes a rótula (universal) con montajes basculantes en el plano es también un contrasentido técnico que origina esfuerzos radiales.

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• Deben evitarse el montaje rígido del cilindro con el elemento a mover. En caso deque sea inevitable, fijar suavemente el actuador y operarlo a baja presión demodo que entre y salga libremente y se auto alinee. Completar si fuera necesarioy ajustar firmemente los tornillos de sujeción.

• Cuando el cilindro sea de una carrera grande y supere los valores máximos admisibles por pandeo, es recomendable guiar el vástago o preferentemente“tirar” de la carga en lugar de empujarla. El pandeo también origina esfuerzosradiales sobre el vástago.

• Cuando se desplacen masas o el movimiento se realice a velocidad, es recomen-dable el uso de cilindros con amortiguación. Si las velocidades fueran importan-tes, prevea amortiguadores hidráulicos de choque o topes fijos positivos externosa la máquina.

• Durante la puesta en marcha, debe asegúrese que los tornillos de regulación delas amortiguaciones no sean abiertos más de medio vuelta, de modo de tener unexceso y no una falta de amortiguación. La calibración final se hará con lamáquina en operación.

• Al montar un cilindro amortiguado, téngase la precaución de que los tornillos deregistro de amortiguación sean accesibles.

• Asegúrese que el cilindro reciba la calidad de aire adecuada. El aire sucio y ladeficiente lubricación acortan la vida útil del cilindro neumático.

• Las roscas de conexionado son BSPP con ángulos de 55° y cilíndricas. Téngaseespecial cuidado al utilizar cañerías o accesorios con rosca cónica, pues puedenproducir la rotura del elemento. Es recomendable utilizar accesorios con roscacilíndrica de asiento frontal.

RECUERDE que...

La mejora referida a los materiales de sellos, incorpora al poliuretano como elemen-to indispensable para garantizar el buen funcionamiento del cilindro, luego son gene-ralmente utilizados en la fabricación de guarniciones de pistón, vástago y amortigua-do, permitiendo de esta manera trabajar sólo con lubricación inicial en aquellos casosque sea necesario por efecto de retención de la película de aceite.

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1. 2. 3.s09e85a3b31fd5e07.jimcontent.com/download/version... · 2014-09-30 · un separador...

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