UNIVERSIDAD VERACRUZANAFacultad De Ingeniería Mecánica Eléctrica.

EE. Automatizacion

Catedrático: Ing. José David García Sarmiento

Alumnos: Pablo Álvarez Hernández Rafael Rivas

Tema: Actuadores E Indicadores

Introducción

La energía de presión del aire comprimido es transformada por medio de actuadores en movimiento lineal alternativo, y mediante motores neumáticos o actuadores rotantes en movimiento de giro.

Los cilindros neumáticos son las unidades encargadas de transformar la energía potencial del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras.

Funcionamiento

Al introducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro de la cámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al émbolo un vástago rígido, este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo.

Actuador.

Un actuador transforma la energía del aire comprimido en trabajo. Los actuadores neumáticos pueden clasificarse en dos grupos según el movimiento, si es lineal o giratorio:

Movimiento rectilíneo. Cilindros de simple efecto. Cilindros de doble efecto. Actuadores de carro

Movimiento giratorio. Motor neumático. Actuador giratorio. Actuador oscilante.

Cilindros

Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial del aire comprimido en energía cinética o fuerzas prensoras. Su función es la de realizar un movimiento alternativo, subdividido en carrera de avance y carrera de retroceso.Se distinguen dos tipos de cilindros neumáticos:

Cilindros de simple efectoCilindros de doble efecto

Cilindro de Simple Efecto

En este tipo de cilindros el aire comprimido actúa en una sola dirección de movimiento para realizar el trabajo Por lo tanto solo pueden ejecutar el trabajo en un sentido.

La fuerza del muelle hace retroceder el vástago del cilindro a suficiente velocidad, pero sin que el cilindro pueda soportar una carga.

Los cilindros de simple efecto están equipados con una junta simple en el émbolo. Los bordes de la junta se deslizan a lo largo de la camisa del cilindro cuando este ejecuta los movimientos.

Existen cilindros de simple efecto que realizan la carera de avance con punto de partida cuando el cilindro está totalmente extendido, en este caso el trabajo se realiza cuando el vástago entra dentro del cilindro y los otros cuando el punto de partida esta cuando el vástago está totalmente retraído, en este caso el trabajo se realiza cuando el vástago sale del cilindro.

Cilindro de Doble Efecto

En los cilindros de doble efecto, el émbolo recibe aire a presión alternativamente por ambos lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos (carrera de avance y retroceso).

Se debe tener en cuenta que la fuerza que realice el vástago es levemente mayor en la carera de avance que en la de retroceso debido a que el área efectiva para determinar la fuerza en la carera de avance es mayor a la de retroceso ya que hay que restarle el área del vástago.

Este tipo de cilindros son los más empleados. Para que se pueda realizar un trabajo, o sea el vástago se desplace en alguna dirección es preciso que una de las cámaras este alimentada y la otra abierta a la atmósfera o sea en escape.

El aire comprimido es admitido y liberado alternadamente por dos orificios existentes en los cabezales, uno en la parte trasera y otro en la parte delantera que, actuando sobre el pistón, provocan los movimientos de avance y retorno.

Dentro de los cilindros de doble efecto, se pueden encontrar cuatro tipos:

Cilindros de Doble Vástago, Cilindros Tándem, Cilindros de Varias Posiciones Cilindro de Impacto.

Cilindro de Vástago Doble

Este tipo de cilindro lo encontramos en grandes aplicaciones en la industria.

Posee dos vástagos unidos al mismo pistón. Cuando uno de los vástagos realiza el trabajo, el otro puede ser utilizado en comandos de fines de curso o en dispositivos que no pueden ser posicionados a lo largo del recorrido.

Los dos lados del pistón poseen generalmente la misma área, que posibilita transmitir las fuerzas iguales en ambos sentidos del movimiento.

Cilindro de doble pistón ó en tandem

Consisten en dos cilindros de doble efecto acoplados en serie con un vástago en común, formando una unidad compacta.

Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos, se obtiene una fuerza de casi el doble de la de un cilindro convencional del mismo diámetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espacio determinado, no siendo posible utilizar cilindros de un diámetro mayor.

Cilindros Sin Vástago

En los cilindros sin vástago se aplica aire a presión alternativamente por ambos lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos produciendo una fuerza de trabajo idéntica en ambos sentidos

Son poco largos y funcionan totalmente guiados, por lo que no existe peligro de que el vástago pueda torcerse. Además el movimiento se efectúa en toda la longitud de la carrera, pudiendo llegar a alcanzarse carreras de hasta 10 m de largo.

Selección De Cilindros Neumáticos

La fuerza que pueden desarrollar los cilindros neumáticos es, tal vez, la característica más importante por la cual comienza la etapa de selección. El valor de la fuerza depende exclusivamente del diámetro del pistón y de la presión del aire comprimido con que se alimenta el cilindro.La elección de cilindros puede ser resuelta con ayuda de gráficos, los cuales muestran los valores teóricos de fuerza según las diferentes presiones y diámetros de cilindros.

La ecuación que lo sustenta es:

El valor real es menor debido a la fuerza de rozamiento, la que es variable según la lubricación, presión de trabajo y forma de las guarniciones.

Esta disminución en la fuerza puede tenerse en cuenta mediante el rendimiento del cilindro, estimado en un 90 %, de este modo el valor real práctico de la fuerza será:

Para calcular la fuerza ejercida por el cilindro con la presión aplicada del lado del vástago (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 fuerzaRestando ambos valores dará la fuerza resultante teórica ejercida por el cilindro en la carrera de retorno.

En forma teórica sería:

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 presión de operación (bar), se busca la intersección en el gráfico y se lee el diámetro del cilindro inmediato superior al determinado por dicha intersección.

Ejemplo

Se trata de elevar una masa de 20 Kg con un cilindro neumático operado a 6 bar de presión. No interesa la velocidad de elevación. La fuerza real a realizar será: 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 diámetro 25mm.

Motores

El motor de aire comprimido transforma la energía que contiene el aire comprimido en trabajo mecánico. A diferencia de los cilindros neumáticos, lo realiza en un movimiento de rotación.

Los motores neumáticos más adecuados para su empleo son los rotativos de aletas, utilizándose también los de pistón radial para alcanzar grandes potencias.

Motor de Aletas

Un motor neumático de aletas consiste en varias aletas, montadas en unas hendiduras distribuidas regularmente sobre un rotor cilíndrico. Este rotor se halla colocado de forma excéntrica en el cuerpo del motor. El movimiento de giro se desarrolla cuando el aire comprimido entra en la cámara de admisión y empuja la aleta correspondiente haciendo girar al rotor.

Motor de Pistones Radiales

Su principio constructivo es similar al de los compresores de émbolo, pero lógicamente, el sentido de funcionamiento es el inverso. Trabaja a velocidades inferiores a las de los motores de aletas debido al mayor peso de sus elementos. Tiene bajo nivel de vibraciones.

Cilindro Rotativo y de Accionamiento Oscilante

En el Cilindro rotativo, el vástago del émbolo tiene un perfil de cremallera que a su vez activa una rueda dentada. El movimiento lineal del vástago se transforma en un movimiento circular. Se pueden obtener ángulos de giro de 0 a 360°.

En el Cilindro de accionamiento oscilante, el aire a presión acciona una aleta oscilante. El movimiento de la aleta oscilante se transmite directamente al árbol de accionamiento.

Cilindro Rotativo y Cilindro Oscilante