Cálculo de cilindros. Fuerza. Consumo de aire. Para calcular la fuerza que ejerce el vástago de un cilindro en sus carreras de avance o retroceso se debe partir de la presión de trabajo del aire comprimido. La fuerza desarrollada depende de la superficie útil del actuador, que será diferente según se s e trate de cilindros de simple o de doble efecto. Cilindros de simple efecto En este tipo de cilindros la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del émbolo. Al determinar la fuerza que realiza el cilindro, hemos de tener en cuenta que el aire debe encer la fuerza de empuje en sentido opuesto que realiza el muelle.
Imagen 10. Elaboración propia
En estos cilindros solamente se ejerce fuerza en el sentido de aance, es decir la fuerza que realiza el aire comprimido, cuando el cilindro regresa a su posición estable lo hace por medio de la fuerza de empuje del resorte, que e!clusiamente sire para recuperar la posición del "stago, pero es incapaz de desarrollar ning#n tipo de trabajo mec"nico. A efectos de c"lculo se interpreta que la fuerza del resorte es del orden del 10$ de la fuerza neum"tica.
Sección del émbolo
!olumen
Cilindros de doble efecto. Estos cilindros desarrollan trabajo neum"tico tanto en la carrera de aance como en la de retroceso, lo que sucede es que la fuerza es distinta en cada uno de los moimientos, por que el aire comprimido en el moimiento de aance act#a sobre toda la superficie del émbolo, mientras que en el retroceso solamente lo hace sobre la superficie #til, que resulta de restar a la superficie del émbolo la del "stago.
Imagen 11. Elaboración propia
Sección en el avance
Sección retroceso
!olumen
"onde #e$ "iámetro del émbolo #v$ "iámetro del vástago e$ %arrera del vástago
Cálculo de la fuerza del émbolo. La fuerza teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula
"onde S$Superficie útil. p$Presión del aire. &edida en bar. Para los cálculos neumáticos se admiten las siguientes equivalencias 1bar%10&'a%1Atm%1(p)cm*
'n la práctica es necesario conocer la fuerza real que realiza el émbolo. Para calcularla (a) que tener en cuenta los rozamientos que e*isten, lo que provoca unas pérdidas sobre la fuerza teórica. 'n condiciones normales de servicio +presiones de a - bar se puede considerar que las fuerzas de rozamiento suponen entre un / a un 0/1 de la fuerza teórica calculada. Cilindro de simple efecto:
Cilindro de doble efecto:
Cálculo del consumo de aire Se debe tener en cuenta el volumen del cilindro ) el número de veces que se repite el movimiento en la unidad de tiempo, generalmente se mide en ciclos por minuto. 'n el cálculo del consumo de aire se tiene en cuenta la presión de trabajo, por lo que se obtiene el consumo de aire comprimido, para conocer el consumo de aire atmosférico se parte del consumo de aire a la presión de trabajo ) se aplica la le) de 2o)le3&ariotte.
Longitud de carrera
+a longitud de carrera en cilindros neum"ticos no debe superar los *000 mm. 'ara émbolos de gran tamao - carrera larga, el sistema neum"tico no resulta económico por el eleado consumo de aire que requiere. uando la carrera es mu- larga, el esfuerzo mec"nico del "stago - de los cojinetes de gu/a es demasiado grande. 'ara eitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes deben adoptarse "stagos de di"metro superior a lo normal, desaconsej"ndose su uso.
Ejercicio 1 4n cilindro de simple efecto es alimentado por aire comprimido a una presión de - bar, el muelle ejerce una fuerza de /5 6, el diámetro del émbolo es de #e$75 mm ) realiza una carrera e$/5 mm. 'n el desarrollo de su actividad repite - ciclos cada minuto, ) presenta un rendimiento 8$-/1. Para el caso teórico ) el real. Se desea calcular
a La fuerza que ejerce el cilindro. b 'l consumo de aire en condiciones normales. c La potencia que desarrolla el cilindro al realizar la maniobra.
Ejercicio 2 4n cilindro de doble efecto trabaja con aire a una presión p$- bar, su carrera es e$/5mm, el diámetro del émbolo es √e$75 mm, ) el diámetro del vástago es √v$05 mm, realiza una maniobra de - ciclos por minuto ) en ambos movimientos presenta un rendimiento de 8$-/1. Se desea calcular para el caso teórico ) para el caso ideal
a 9uerza ejercida en las carreras de avance ) de retroceso b %onsumo de aire en condiciones normales durante una maniobra. c Potencia producida por el cilindro durante una maniobra.
'n los siguientes ejercicios 6: S' ';PL<%= 'L "'S=>>:LL: del problema. 'n los ejercicios 7, ) / se da la solución. Los ejercicios ? ) @ sólo se enuncian. Ejercicio 3 4n cilindro de simple efecto se alimenta con aire con una presión de ?55.555 Pa, si la superficie del émbolo es de 05 cmA ) la fuerza que realiza el muelle de retorno es de A5 6. B%uál será la fuerza 90, que puede realizar el vástagoC 6o se consideran pérdidas.
Ejercicio 4 B%uál será la fuerza má*ima de empuje ) de retroceso de un cilindro de doble efecto que tiene los siguientes datos, si le aplicamos en ambos casos una presión de 7 barC 6o se consideran pérdidas.
Superficie del émbolo $ 05 cmA. Superficie del vástago $ 0 cmA.
Ejercicio 5 B%uál debe la presión mDnima con que se debe alimentar un cilindro de simple efecto cu)o muelle ejerce una fuerza de A5 6., para que levante un objeto de 055 Eg de masaC "atos del cilindro Superficie del émbolo $A5cmA, Superficie del vástago $? cm A. Se considera que no presenta pérdidas.
Ejercicio 4n cilindro de simple efecto cu)o émbolo tiene -5mm de diámetro ) A55mm de carrera, está alimentado por aire comprimido a una presión de ? bar, que la resistencia del muelle se estima en A/5 6 ) tiene un rendimiento del ?/1.%alcular a 9uerza teórica ) real. b %onsumo de aire atmosférico si las maniobras se repiten con una frecuencia de @ ciclos por minuto. c Potencia ideal ) real que desarrolla el cilindro.
Ejercicio ! 4n cilindro de doble efecto alimentado con aire comprimido a una presión de ? bar, siendo su rendimiento del -51, los diámetros del émbolo ) del vástago son, respectivamente, 5mm ) 05mm., ) su carrera de 0/5 mm se desea calcular a La fuerza ideal ) real que desarrolla en el avance ) en el retroceso. b %onsumo de aire atmosférico si las maniobras se repiten con una frecuencia de ciclos por minuto. c Potencia ideal ) real que desarrolla el cilindro, en cada maniobra.
