2.-Objetivo: Hacer referencia a los diferentes tipos de cilindros neumáticos lo mismo que a sus partes y funcionamientos, a fin de determinar las características de dichos mecanismos en la neumática.
3.-Introducción: Se hace una presentación de generalidades del uso de la neumática en los mecanismos industriales haciendo referencia especial a los cilindros neumáticos y a los principales tipos de dispositivos tanto de uno como otro, cálculos de fuerza para los cilindros, representación y simbologia y una breve descripción de funcionamiento de cada unos de estos dispositivos.
4.-Funcionamiento de un cilindro neumático:
Depende se su diseño y de su sistema, los cilindros neumáticos pueden funcionar en una variedad de maneras. Incluyen tener la capacidad de realizar movimientos múltiples sin la necesidad de intervención intermedia, para ser ajustado para controlar la cantidad la cantidad de extensión y/o la contracción de la barra de pistón actuada una vez.
Son dispositivos motrices en equipos neumáticos que transforman energía estática del aire a presión, haciendo avances o retrocesos en una dirección rectilínea.
5.-Tipos de cilindros y su simbologia.
Cilindro de simple efecto: uno de sus movimientos esta gobernado por aire comprimido, mientras que el otro se da por una accion antagonista, generalmente un resorte colocado interior del cilindro. Este resorte podra situarse opsionalmente entre el piston y tapa delantera o entre el piston o su tapa trasera. Realiza su trabajo aprovechable solo en uno de los dos sentidos y la fuerza obtenible es algo menor a la que da la explesion F= PxA, hay que descontar la fuerza de accion que ejerce el resorte.
Cilindro de doble efecto: el piston es accionado por el aire comprimido en ambas carreras. realiza trabajo aprovechable en los dos sentidos de marcha.
Cilindro de doble efecto con doble vastago: tienen vastago por las dos partes del embolo. Se utiliza cuando se quiere realizar trabajo en las dos direcciones, la carga se puede colocar en uno de los dos vastagos o en ambos.
Cilindro de doble efecto con amortiguador: la amortiguacion neumática regulable permite cargas mayores y velocidades de operacion mas altas. Gracias a ello el cilindro es apropiado para tareas mas exigentes.
Cilindro de simple efecto telescópico: los cilindros telescopicos se se caracterizan por conseguir largas carreras, utilizando una camisa relevante corta pudiendo estos cilindros de doble efecto y de simple efecto.
Cilindro de simple efecto telescopico: el cilindro sale cuando se le aplica presion y el retroceso normalmente es por su fuerza externa.
Cilindro de doble efecto telescopico: tanto el avance como el retroceso es mediante el aire.
Cilindro neumatico sin vastago: son accionamientos para desplazamientos rapidos. Son idoneos para recorres largos caminos. El volumen de montaje en direccion longitudinal para cilindros neumaticos sin vastago esta practicamente limitado a la carrera.
Accionador angular: destinado a producir el giro limitado de un arbol acoplable a un dipositivo mecanico en movimiento angular, caracterizado esencialmente por comprender un cuerpo de caja hermetica de configuracion alargada, que aloja un eje longitudinal soportado por sus propios extremos en las caras terminales del cuerpo, provisto de casquillos de agujas para permitir el desplazamiento axial limitado del eje, en unos de sus extremos una prolongacion asociada a una pluralidad de resortes en forma de corona elastica, ajustables en conjunto mediante una tuerca terminal del eje, estando rodeado por un segundo grupo de resortes de la misma forma aplicados contra la cara interna de un cojinete de apoyo y ajustados mediante una tuerca tubular de cabeza conformada en orden a su accionamiento exterior, operando los citados grupos de resortes como elementos de reaccion en sentidos contrarios en la direccion de eje.
6.-Partes de los cilindros neumaticos.
Cilindro de simple efecto:
Cilindro de doble efecto:
Cilindro de doble efecto con doble vástago:
Cilindro de doble efecto con amortiguador:
Cilindro de simple efecto telescopico:
En el avance sale primero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera
los siguientes vástagos. La fuerza a desarrollar está determinada por la
superficie del émbolo menor. Son empleados donde se necesitan importantes
longitudes de elevación con una base cilíndrica de reducidas dimensiones.
Cilindro neumatico sin vastago:
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 menos largos y funcionan totalmente guiados, por lo que no existe peligro de que el vástago pueda torcerse. El movimiento se efectúa en toda la longitud de la carrera, pudiendo llegar a alcanzarse carreras de hasta 10 mts. de largo.
Dentro de los cilindros sin vastago, se pueden encontrar tres tipos: Cilindros de banda hermética con camisa ranurada, Cilindros con acoplamiento magnético del carro y Cilindros de cinta o de cable.
Son menos largos y funcionan totalmente guiados, por lo que no existe peligro de que el vástago pueda torcerse. El movimiento se efectúa en toda la longitud de la carrera, pudiendo llegar a alcanzarse carreras de hasta 10 mts. de largo.
Dentro de los cilindros sin vastago, se pueden encontrar tres tipos: Cilindros de banda hermética con camisa ranurada, Cilindros con acoplamiento magnético del carro y Cilindros de cinta o de cable.
7.-Pasos para determinar el diametro de un cilindro.
A)Para sacar el diametro de un cilindro es:
r2=V*H/PI
Pero si solo tenemos el perimetro de la base abra que dividirlo por "Pi" para que nos de el diametro
2*pi*r=perímetro // 2*r=diámetro=perímetro/pi
La presion de trabajo se maneja en (kPa, N/m2, bar).
Longitud de carrera: La longitud de carrera en cilindros neumáticos no debe exceder de 2000 mm.
Con émbolos de gran tamaño y carrera larga, el sistema neumático no resulta
económico por el elevado consumo de aire.
Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánico del vástago y de los
cojinetes de guía es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las
carreras son grandes deben adoptarse vástagos de diámetro superior a lo normal. Al prolongar la carrera la distancia entre cojinetes aumenta y, con
ello, mejora la guía del vástago.
Carga por friccion: En la carga por fricción se transfiere gran cantidad de electrones porque la
fricción aumenta el contacto de un material con el otro. Los electrones más
internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de carga opuesta, pero
los más externos de muchos átomos están unidos muy débilmente y pueden
desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los electrones exteriores en
el átomo varia de una sustancia a otra.
B) Formula basica de la presion es:
P= F/A
C) F= (PxA)- Fuerza de friccion:
La fuerza de fricción es realmente la oposición al
movimiento de los cuerpos y se da en todos los medios conocidos (sólidos,
líquidos y gaseosos). Atendiendo a que las superficie de los cuerpos en contacto
no son idealmente lisas es imposible desaparecer esta fuerza,
que en unos casos resulta necesaria reducir y en otros aumentar, ya que la
fricción es una fuerza con sentido contrario a la fuerza aplicada.
8.-Pasos para determinar el consumo de aire.
Se debe tener en cuenta el volumen del cilindro y el número de veces que se
repite el movimiento en la unidad de tiempo, generalmente se mide en ciclos por
minuto.
En 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 y se aplica la ley de Boyle-Mariotte.
9.-Resumen.
En 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 y se aplica la ley de Boyle-Mariotte.
9.-Resumen.
Un cilindro neumático o también conocido como cilindro de aire, son dispositivos mecánicos cuales producen fuerza y movimiento con aire comprimido.
Su funcionamiento depende del diseño y de su sistema, pueden funcionar en una variedad de maneras. Incluyen tener la capacidad de realizar movimientos múltiples sin la necesidad de intervención intermedia.
Son dispositivos motrices en equipos neumáticos que transforman energía estática de aire a presión y hace avances o retrocesos en dirección rectilínea.
Hay diferentes tipos de cilindros neumáticos y uno de los más usuales es el cilindro de simple efecto de lo cual unos de sus movimientos esta gobernado por aire comprimido, mientras que el otro movimiento ya sea el avance o retroceso se da por una acción antagonista, generalmente un resorte colocado en el interior del cilindro.
Cilindro de doble efecto: pistón accionado por aire comprimido en ambas carreras.
Cilindro de doble efecto con doble vástago: se utiliza cuando se quiere realizar trabajos en dos direcciones.
Cilindro de doble efecto con amortiguador: la amortiguación permite cargas mayores y velocidades de operación más altas.
Cilindro de simple efecto telescópico: sale cuando le aplican airé comprimido y su retroceso es normalmente por su fuerza externa.
Cilindro de doble efecto telescópico: tanto el avance como el retroceso es mediante aire comprimido.
Cilindro sin vástago: sin accionados para desplazamientos rápidos y son idóneos para recorrer largos caminos.
Estos son algunos tipos de cilindros neumáticos. Además debemos de saber como sacar un diámetro de un cilindro, la presión de trabajo, su longitud de carrera, su carga por fricción, fuerza por fricción y pasos para el consumo de aire.
Para sacar el diámetro de un cilindro la fórmula es: r2= Vxh/Pi.
La presión de trabajo es en (kPa, N/m2, bar) . En los cilindros neumáticos la longitud de carrera no debe exceder los 2000 mm, ya que cuando la carrera es muy larga el esfuerzo mecánico del vástago y los cojinetes de guía, son demasiados grandes, para evitar riesgos de pandeo, si las carrera son grandes deben adaptarse vástagos de diámetro superior a lo normal.
La carga de fricción es cuando se transfiere gran cantidad de electrones por la fricción y aumenta cuando esta en contacto con otro material.
La fuerza de fricción es relativamente a la oposición al movimiento de dos cuerpos que se dan en todos los medios conocidos. Ya que en la fricción en una fuerza con sentido contrario a la aplicada. Y para determinar el consumo de aire se debe tener en cuenta volumen de los cilindros y el número de veces que se repite el movimiento (ciclos por minuto).
10.-Problemas de cálculo de cilindro.
Problemas de Boyle. P1 • V1= P2 • V2
1.-Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750 mmHg. ¿Qué volumen ocupara a una presión de 1,2 atm si la temperatura no cambia?
Como 1 atm= 760 mmHg, lo sustituimos a la ecuación.
750 mmHg/760 mmHg • 80cm3= 1,2 atm • V2; V2= 65,8 cm2
2.-Un gas ocupa un volumen de 200 cm3 a una presión de 700 mmHg. ¿Cuál será el volumen si la presión recibida aumenta a 900 mmHg?
V1= 200 cm2. V2= P1 • V1/ P2. V2= 168.88 m3
P1= 760 mmHg
V2= ? V2= (760)(200)/ 900
P2= 900 mmHg
3.-Determina el volumen que ocupara un gas a una presión de 700 mmHg, si una presión de 500 mmHg, su volumen es igual a 2000 cm3.
V1= 2000 cm3. V2= P1 • V1/ P2. V2= 1428.57 m3
P1= 500 mmHg
V2= ? V2= (500)(2000)/ 700
P2= 700 mmHg
Problema de Gay-Iussac P1/T1=P2/T2
1.-Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mmHg, cuando la temperatura es de 25° C. Calcula la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 200° C.
La temperatura tiene que expresarse en Kelvin.
790 mmHg/ 298K= P2/ 398K P2= 1055,1 mmHg
Problemas de Bernouilli V2 P/ 2 + P + pgz= constante
1.-Una tubería horizontal de 20 mm de diámetro conduce agua con una velocidad de 1m/s. La presión en la entrada es de 10000 Pa. En la salida un estrechamiento es de 10 mm de diámetro.
Si se desprecia el rozamiento, calcule la presión a la salida. Densidad del agua 1000 kg/m3.
A1•V1= A2•V2= D2;1•V1= D2;2• V2
Siendo D1 y D2 los diámetros de las tuberías en los puntos 1 y 2.
V2= D2;1/D2;2• V1= 20(al cuadrado)• 1/10(al cuadrado)= 4m/s
La ley de Bernouilli I1=I2, que los puntos 1 y 2 se encuentra en la misma altura.
P1+P•g•I2+1/2•p•V2;1=P2+p•g•I2+1/2•p•V2;2
P2= P1+1/2•p(V2;1-V2;2)
P2= 10000N/m2+1/2•1000(1(cuadrado)-4(cuadrado))kg/m3•m2/s2
Kg•m2/m3•s2= kg•m/m2•s2= N/m2= Pa
P2= 10000 Pa-7500 Pa= 2500 Pa
Problemas de gases perfectos P1 V1/T1= P2 V2/ T2
1.-Si la densidad del nitrógeno liquido es de 1,25 g/mL. ¿A qué volumen se reducirá un litro de nitrógeno gaseoso, medido en condiciones normales, al condensarce?
P•V= g/ Pm•R•T= 1.1=g/28,00• 0,082.27= g= 1,25 gramos de nitrógeno no gaseoso.
2.-Calcule la presión que ejercerán 4g. De dióxido de carbono que se encuentran en un recipiente de 5,0 litros de capacidad a 37°C de temperatura. ¿Cuantas miles y cuantas moléculas del mismo hay en recipiente?
P•V=g/Pm•R•T= P•5,0=4,0/44•0,082.310= P= 4,0•0,082•310/44•5,0= 0,46 atm
Para determinar el número de moles, hemos de partir del peso molecular 1 mo tiene una masa de 44 g.
N° de moles= g/Pm= 4,0/44= 0.091 moles de CO2
3.-Un gas ocupa un volumen de 100 litros a 700 mmHg y una cierta temperatura. ¿A que presión se debe someterse isotemicamente para que ocupe 5,0 litros?
P•V/T=P1•V1/T1= P•V=P1•V1=720/760•100= P•5,0; P1= 720•100/760•5,0= 18.95 atm.
Problas de Charles V1/T1=V2/T2
1.-Un gas tiene temperatura de 400K y tiene un volumen de 100 cm3. ¿Qué volumen ocupara este gas a una temperatura de 310K?
T1= 400 K. V2= V1•T2/T1 V2= 77.5 cm2
V1= 100 cm3
T2= 310 K. V2= (100)(310)/400
V2= ?
2.-Una masa de determinado gas ocupa un volumen de 1L a una temperatura de 200K, y su presión es la del nivel del mar. A qe temperatura se tiene que encontrar dicho gas para que su volumen aumente a 1.5L?
T1= 200 K. T2= T1•V2/V1. T2= 300K
V1= 1 L
T2= ? T2= (200)(1.5)/4
V2= 1.5 L
11.-Cuestionario de opción múltiple.
1.-Cilindro neumático que uno de sus movimientos esta gobernado por aire comprimido, mientras que el otro se da por una acción antagonista.
A)Cilindro de doble efecto.
B)Cilindro de simple efecto.
C)Cilindro de doble vástago.
2.-Son accionamientos para desplazamientos rápidos y son idóneos para recorrer largos caminos.
A)Cilindro sin vástago
B)Cilindro de doble vástago.
C)Cilindro telescópico.
3.-Es relativamente a la oposición al movimiento de los cuerpos y se da en todos los medios conocidos (sólidos, líquidos y gaseosos).
A)Carga por fricción.
B)Longitud de carrera.
C)Fuerza de fricción.
4.-En el cilindro telescópico, cuando se le aplica airé comprimido. ¿Qué parte de cilindro sale primero?
A)Embolo interior.
B)Vástago.
C)Ambos, al mismo tiempo.
5.-Parte del cilindro que permite cargas mayores y velocidades de operación más alta. Gracias a ello el cilindro es apropiado para tareas más exigentes.
A)Amortiguador.
B)Vástago.
C)Embolo.
6.-Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencial del aire comprimido en energía:
A)Eléctrica.
B)Cinética.
C)Fuerza prensoras.
7.-La longitud de carrera de un cilindro neumático no deben exceder más de los:
A)1000mm.
B)2000mm.
C)500mm.
8.-Se transfiere gran cantidad de electrones por que la fricción aumenta al contacto de un material con otro.
A)Fuerza de fricción.
B)Carga por fricción.
C)Fricción cinética.
9.-Cilindro el cual realiza trabajos en las dos direcciones, las cargas se pueden colocar en uno de los dos vástagos o en ambos.
A)Cilindro doble vástago.
B)Cilindro doble efecto.
C)Cilindro sin vástago.
10.-Parte del cilindro que en lo particular es prevenir escape o pérdida de fluidos, su absoluta estanquedad es aún de sus importantes características.
A)Tornillo de estrangulación.
B)Válvula anti-retorno.
C)Sello O-ring.
12.-Bibliografía.
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