Neumatica 5 Componentes de Trabajo

5 Componentes de trabajo 5.1 Actuadores neumaticos

El término actuadores neumáticos se utiliza en aquellos componentes mecánicos destinados a transformar la energía neumática de presión y caudal en trabajo mecánico en la etapa de salida de un sistema de transmisión tr ansmisión de energía (STE) neumático !os !os actu actuad ador ores es neum neumát átic icos os son son comp compon onen ente tess capa capace cess de prop propor orci cion onar ar pote potenc ncia ia y mo"imiento a sistemas automatizados# máquinas y procesos Seg$n la forma como se obtenga el trabajo# los actuadores neumáticos se clasifican en los tipos siguientes% &ctuadores lineales !a potencia mecánica que desarrollan se define como el producto de la fuerza por la "elocidad lineal !os actuadores lineales más usados son los cilin cilindr dros os neum neumát átic icos os## aunq aunque ue en la prác práctitica ca el desp despla laza zami mien ento to line lineal al se pued puede e conseguir por medio de otras configuraciones &ctuadores rotati"os !a potencia potencia mecánica que desarrollan se define como el producto producto del par por la "elocidad angular !os actuadores rotati"os pueden ser de giro# cuando el mo"imiento se restringe a ángulos inferiores a una "uelta del actuador# o motores# cuando el mo"imiento de rotación tiene lugar de forma continua# sin límite de "ueltas 

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En general# los actuadores neumáticos toleran condiciones ad"ersas de trabajo# como alta 'umedad o ambientes pol"orientos# y son de fácil limpieza lim pieza y mantenimiento 5.1.1 Actuadores lineales

n cilindro neumático es un componente sencillo# de bajo coste# fácil de instalar e ideal para producir mo"imientos lineales !a carrera del cilindro determina el mo"imiento máimo que éste puede producir !a presión máima de trabajo depende del dise*o del cilindro# aunque está limitada en la práctica por condicionantes energéticos

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!a "elocidad que se puede conseguir con un cilindro tiene un amplio margen de ajuste% puede oscilar entre +#, m-s y , m-s# o más si se dispone de los elementos de amortiguación adecuados En la práctica# se pueden conseguir "elocidades inferiores al límite marcado mediante dispositi"os de regulación de "elocidad que e"iten el mo"imiento descontrolado que causa el rozamiento !a fuerza que ejerce un cilindro se controla por medio de reguladores de presión y está limitada por el diámetro del cilindro y la presión de trabajo & más diámetro o presión se consiguen fuerzas mayores# a epensas de un mayor consumo de aire comprimido En un ámbito práctico# la fuerza máima que es posible ejercer está limitada a unos .++++ / (unas . toneladas) a 0 bares de presión 1ilindro de simple efecto 1ilindro de doble efecto 1ilindros especiales 1omplementos de los actuadores lineales En los cilindros de simple efecto el aire comprimido genera sólo uno de los mo"imientos El retorno debe 'acerse por medio de una acción eterior 2ay de dos tipos% sin retorno por muelle    

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3ástago retraído y etendido con retorno por muelle 

3ástago retraído y etendido &demás de la acción eterior# es necesario que el aire contenido en la cámara anterior pueda ir a escape El accionamiento mediante "ál"ulas distribuidoras debe contemplar esta posibilidad









También es posible actuar un cilindro a distancia mediante la combinación adecuada de "ál"ulas

En los cilindros de doble efecto se utiliza aire comprimido para generar los dos mo"imientos del cilindro# de salida (mo"imiento &4) y de entrada del "ástago (mo"imiento &5) 6or este moti"o# consumen más aire para una misma cadencia de m o"imiento 6ueden ser% Sin amortiguación% !os cilindros sin amortiguación están dise*ados para aplicaciones con cargas ligeras y baja "elocidad Si una "ez montado el cilindro se precisaran mayores "elocidades# debería usarse amortiguación eterna 

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7e amortiguación fija% !a amortiguación fija está destinada a cilindros de peque*o diámetro y para trabajar con cargas ligeras En algunas aplicaciones la amortiguación interna puede no ser suficiente 7e amortiguación regulable% El dise*o especial del émbolo de estos cilindros está destinado a parar progresi"amente el pistón en el $ltimo tramo de la carrera del cilindro !a amortiguación es regulable si se estrangula más o menos el flujo de aire por medio del tornillo de amortiguación situado junto a las coneiones









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7oble efecto magnético% 8sta es una configuración especial de cilindros de doble efecto# normalmente amortiguado# en la cual se dise*a el émbolo para alojar un aro magnético que acciona los interruptores magnéticos eteriores Se utiliza para indicar que el pistón 'a llegado al final de su recorrido

1on los cilindros de doble efecto# se consigue regular la "elocidad de salida y de entrada de forma independiente 6ermiten un control de la "elocidad más fino# así como un mejor gobierno de los automatismos Sin embargo# no siempre son los más adecuados# de modo que no tienen por qué desplazar a los actuadores de simple efecto si no es necesario 1ilindros especiales !a práctica 'a alentado el dise*o de numerosos actuadores especiales para aplicaciones particulares &quí se incluyen los más comunes 

Sin "ástago% !os actuadores sin "ástago se emplean muc'o en la práctica porque consiguen el mismo recorrido $til con casi la mitad de espacio Se suelen emplear# por ejemplo# en líneas transportadoras o para ele"ar o manipular cargas en espacios reducidos o no con"encionales El mo"imiento del cilindro está contenido en el propio cuerpo de éste y se transmite por un carro que se desplaza a tra"és de su camisa na ranura a lo largo de la camisa permite la coneión del carro con el pistón En el interior y el eterior del cilindro se disponen una junta y una cubierta para la estanqueidad y la protección contra el pol"o También 'ay actuadores sin "ástago de diámetros desde ,9 'asta :+ milímetros# con carreras de 'asta :#; metros para pórticos









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7e doble "ástago% El uso de los l os cilindros de doble "ástago es adecuado cuando se requiera mayor estabilidad y rigidez de montaje & diferencia de los modelos de un solo "ástago# estos cilindros disponen de dos casquillos guía y de un área efecti"a del pistón igual en ambos lados El incon"eniente i ncon"eniente de este tipo de actuadores es el espacio etra que necesitan para una misma carrera $til

1ompactos% !os cilindros compactos tienen una relación diámetro-carrera muy ele"ada Son adecuados en espacios reducidos donde se precise una carrera corta y la carga sea reducida# por ejemplo en sistemas de fijación También 'ay modelos de gran diámetro para aplicaciones que necesiten fuerzas mayores Se acostumbran a utilizar en la "ersión simple efecto# pero también están disponibles en doble efecto# antigiro y doble "ástago# magnético o no /o suelen tener amortiguación interna# por lo que se fabrican con orificios de alimentación peque*os para su diámetro# con el fin de limitar su "elocidad









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Elás Elástitico cos% s% Son Son actu actuad ador ores es elás elástitico coss aque aquello lloss que que tien tienen en pare parede dess fle fleib ible les s !os !os actuadores elásticos proporcionan carreras cortas de alta potencia Se trata de muelles neumát neumático icoss de simple simple efecto efecto e ideale idealess para para aislar aislar "ibrac "ibracion iones es !a compre compresió sión n y etensión máima de los cilindros elásticos tienen que estar limitada eternamente /unca se debe presurizar un cilindro elástico sin esta limitación de carrera eterna# ya que que se pued pueden en caus causar ar seri serios os perj perjui uici cios os a máqu máquin inas as y oper operar ario ios s El dise dise*o *o que que presentamos a continuación se etiende al aumentar la presión interna
&ntigiro% En algunas aplicaciones aplicaciones industriales es imprescindible imprescindible que la carga unida al al "ástago mantenga su orientación Esto se puede conseguir con un guiado adecuado de la carga# pero también a partir de un dise*o e profeso del cilindro neumático En cualquier caso# se necesitarán guías eternas cuando la tendencia al "olteo de la carga sea importante

Tándem% !a configuración tándem prácticamente dobla la fuerza que ejecuta el cilindro# pues incluye dos émbolos dentro de la misma unidad# aunque la fuerza máima está limitada por el pandeo del "ástago y su consumo es también casi el doble Estos cilindros suponen una alternati"a "álida a los cilindros de gran diámetro en aplicaciones donde el espacio está limitado por anc'o y no por longitud











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7e impacto% En los cilindros de impacto el "ástago se acelera muy rápidamente# de mane manera ra que que da un golp golpe e de mart martilillo lo Supo Supone nen n una una alte altern rnat ati" i"a a a las las pren prensa sass con"encionales en operaciones de marcado y troquelado# con energías de impacto de 'asta =;+> El funcionamiento de estos cilindros es el siguiente% Tras el mo"imiento de retorno# el pistón se mantiene a menos /o se inicia el mo"imiento de salida ?a más? por la acción de la presión residual en la cámara posterior @ientras el aire se descarga de la cámara posterior# se carga el depósito a la entrada del cilindro &$n no se inicia el mo"imiento a más# porque la presión act$a sobre una superficie de pistón peque*a 1uando la presión de descarga cae suficientemente# la presión acumulada 'ace que el pistón se mue"a y pro"oca una ele"ada aceleración

@ult @ultip ipos osic icio iona nale les% s% 7os 7os cilin cilindr dros os junt juntos os prop propor orci cion onan an una una ampl amplia ia "arie "arieda dad d de combinaciones de posiciones# seg$n cuál se 'aya accionado









milímetros !os microcilindros se utilizan en aplicaciones de muy poca carga para el ensamblado y fabricación miniaturizada

1omplementos de los actuadores lineales El dise*o $ltimo de un accionamiento lineal no finaliza con la selección del actuador más apropiado en términos de la capacidad de carrera o la fuerza que deba desarrollar# sino que debe debe contem contempla plarr consid considera eracio ciones nes relati relati"a "ass a la estab estabilid ilidad ad de la carga carga despla desplaza zada# da# la seguridad del accionamiento en una perspecti"a global y el estado de reposo elegido para el sistema En el desplazamiento de una carga a una "elocidad determinada entra en juego una cantidad de energía considerable que con"iene tener en cuenta Es muy importante elegir el tipo adecuado de fijación para el cilindro# con"enir la necesidad de guiado eterno de la carga y poder bloquear el cilindro cuando se estime necesario !a neum neumát átic ica a 'a resu resuel elto to sati satisf sfac acto tori riam amen ente te esta esta clas clase e de cues cuestition ones es medi median ante te complementos% Aijaci Aijacione ones% s% En funció función n de las necesi necesidad dades es de montaj montaje# e# se puede puede fijar fijar el cilind cilindro ro rígidamente a la bancada o permitir un determinado giro en uno o más planos !os puntos de fijación pueden ser el cuerpo del cilindro o el etremo del "ástago !os fabricantes ponen a disposición de los usuarios un gran n$mero de posibilidades para garantizar la "ersatilidad de cada acoplamiento !os tipos de fij aciones rígidas son% 









& Tirantes prolongados

B Brida posterior

1 6ies

7 Brida anterior

!as fijaciones articuladas pueden ser de% 7 1'arnela 'embra posterior









2 nión central

! &rticulación posterior

@ &rticulación "ástago

C 1'arnela posterior

A Cótula "ástago









Elementos de bloqueo del actuador En ocasiones es con"eniente el bloqueo del actuador 6ensad# por ejemplo# en un actuador que soporte una carga en posición "ertical# o en un cilindro de simple efecto con muelle etendido n corte de suministro de presión repentino puede pro"ocar un accidente o una situación de emergencia Eisten dos métodos para bloquear un cilindro% los denominados métodos acti"os y los pasi"os n método acti"o no debe utilizar la misma fuente de energía cuyo defecto pretende subsanar 1omo métodos acti"os pueden ser"ir frenos mecánicos o electromecánicos# pero son de poco uso en la práctica y no se tratarán en esta obra Entre los procedimientos pasi"os se encuentran% El bloqueo mediante un cilindro de bloqueo pasi"o en el "ástago 1uando 'ay presión en el bloqueo pasi"o# éste desbloquea el pistón para que trabaje libremente 1uando no 'ay presión# el bloqueo sujeta firmemente el "ástago para pre"enir posibles mo"imientos !os racores de bloqueo !os racores de bloqueo permiten que el aire se mantenga en el cili cilind ndro ro en caso caso de fallo fallo del del sumi sumini nist stro ro prin princi cipa pall Aunc Auncio iona nan n como como una una "ál" "ál"ul ula a =-= =-= normalmente abierta y pilotada por la línea de presión 5.1.2 Actuadores rotativos

!os actuadores rotati"os se di"iden en actuadores de giro y motores En los actuadores de giro giro## el mo"i mo"imi mien ento to se rest restri ring nge e a ángu ángulo loss infe inferio riore ress a una una "uel "uelta ta En los los moto motore ress neumáticos# el mo"imiento de rotación es continuo# sin límite de "ueltas 6ueden ser% actuadores de giro o motores neumáticos &ctuadores de giro !os actuadores de giro se utilizan para girar componentes# actuar "ál"ulas de control de procesos y producir giros de un ángulo determinado en aplicaciones de robótica Son posibles dos morfologías% 7e pi*ón5cremallera% !os actuadores de giro por pi*ón5cremallera están formados por 











El actuador pi*ón5cremallera siguiente es de doble efecto y doble par# ya que la corona act$a sobre dos cremalleras internas 1omo siempre que se gana en par# fuerza o "elocidad# "elocidad# el consumo de aire comprimido es mayor Este dise*o es más compacto que el anterior# por lo que es más difícil que se produzca desengrane entre las cremalleras y el pi*ón

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7e paletas% Estos actuadores son de doble efecto con ángulos de giro de 'asta =0+ Suelen usarse topes para limitar su carrera a cualquier ángulo dentro del límite indicado









@otores neumáticos !os motores neumáticos son máquinas que transforman la potencia neumática en potencia mecánica rotati"a Tienen básicamente las mismas propiedades de robustez# rapidez y "ersatilidad que el resto de los actuadores# pero también sus mismos incon"enientes% su "elocidad depende de la carga y están limitados en par por el ni"el de presión de trabajo máima n incon"eniente adicional de los motores es que son ruidosos# aunque también lo son sus competidores 'idráulicos !os motores neumáticos pueden ser% de un solo sentido de rotación# re"ersibles# y de desplazamiento desplazamiento "ariable# re"ersibles o no &lgunas características de este tipo de actuadores (en la práctica industrial no se identifica los motores con el término actuadores# aunque lo son en el sentido más amplio de la palabra) son las siguientes% 6roporcionan una marc'a sua"e y continua# eenta de "ibraciones Son insensibles a las se"eridades atmosféricas Son fácilmente regulables en "elocidad y re"ersibles 6ueden protegerse fácilmente contra sobrecargas Son de bajo mantenimiento y de construcción compacta     

!os tipos de motores más comunes son los de paletas# los de pistones# aiales o radiales# y los los de engr engran anaj ajes es## rect rectos os o 'eli 'elico coid idal ales es Su morf morfol olog ogía ía es muy muy simi simila larr a la de los los compresores Es frecuente pensar en los motores neumáticos como bombas que funcionan al re"és Es cierto que las distancias técnicas entre ambos tipos de máquinas las 'acen muy diferentes en la práctica# pero a efectos di"ulgati"os se pueden aceptar los bocetos "istos en el bloque F1ompresión del aireF como representati"os de cada una de las familias de motores Se Gndican sus características principales y el campo de aplicación más com$n para cada familia de motor !os motores de paletas









!os motores de pistones

!os motores de engranajes









5.2 Selección de los actuadores 5.2 .1 Selección de los actuadores lineales

!a selección de un actuador lineal debe considerar la fuerza y carrera necesarias# la frecuencia máima del accionamiento# la eclusión del pandeo del "ástago# el consumo de aire comprimido y los requisitos de amortiguación !os parámetros fundamentales de un actuador lineal son los diámetros del émbolo (7) y del "ástago "ástago (d)# y su carrera (!) !a fuerza fuerza $til que puede ejercer ejercer un cilindro depende depende de estos diámetros# de la presión de trabajo y de la fuerza resisti"a de rozamiento

!a fuerza debida a la presión actuante sobre una superficie & se e"al$a mediante la epresión siguiente% F = A × P 6ara un actuador de doble efecto como el de la figura# la fuerza de presión en mo"imiento a más# A4# y en mo"imiento a menos (o de rectroceso)# A5# respecti"amente es (7 y d se miden en milímetros# p en bar relati"os y A en neHtons)%

Si es un cilindro sin "ástago# d I + Si fuera de doble "ástago# la fuerza de presión sería A5 para ambos sentidos de mo"imiento !a fuerza $til del actuador es la fuerza que queda disponible para desplazar# acelerar cargas o realizar cualquier tipo de trabajo









5.2 .2 Selección de los actuadores de giro

!a selección de un actuador de giro tiene que considerar el par necesario y la frecuencia má máima ima del del acci accio onami namien ento to## el consu nsumo de aire aire compri mprimi mido do y los los requ equisit isitos os de amortiguación !os parámetros fundamentales de un actuador de giro son los propios de su funcionamiento angular% el par motor# @# en /m# y el ángulo de giro# A# en grados El "olumen de aire que desplaza por "uelta se utiliza para cálculos de consumo y es mayor cuanto mayor es el actuador !a frecuencia del accionamiento y la "elocidad angular máima de impacto son "ariables que influyen también en su selección !a estimación del par motor de un actuador de giro es una cuestión que requiere muc'a eperiencia y cuyo cálculo preciso queda fuera del alcance de esta obra Son muc'as las



















5.2 Selección de los motores neumaticos

!os motores entregan en su eje de salida un par y unas re"oluciones que dependen de la carga aplicada y de la presión y caudal neumáticos !as magnitudes fundamentales de trabajo de un motor neumático son el par entregado @# en /mN las re"oluciones del eje de salida n# en rpmN la potencia mecánica entregada /# en ON la presión de trabajo relati"a p# en barN y el caudal consumido P# en !-min# y su caudal normal asociado P # en /!-min









!as prestaciones de un motor neumático "ienen establecidas mediante gráficos En la tabla adjunta se muestran las cur"as características para un motor de pistones radiales 6ar-"elocidad%









6otencia-"elocidad%

1onsumo-"elocidad%

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