Introduccion
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El documento describe los diferentes tipos de cilindros neumáticos, incluyendo cilindros de simple efecto, doble efecto, con doble vástago, de doble pistón y acoplados de acción independiente. También explica cómo calcular la fuerza, consumo de aire y pandeo en los cilindros, así como recomendaciones para el montaje y mantenimiento preventivo.
Introduccion
- 1. Cilindros neumáticos Introducción Los cilindros neumáticos son unidades que transforman la energía potencialdelaire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras. Básicamente consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pis -tón. Alintroducirun determinado caudalde aire compri-mido,éste se expande dentro de la cámara y provoca un desplazamiento lineal. Sise acopla alembolo un vásta-go rígido,este mecanismo es capaz de empujar algún elemento,o simplemente sujetarlo. La fuerza de empu-je es proporcionala la presión delaire y a la superficie delpiston: F = p .A donde: F = Fuerza p = Presión manométrica A = Área delémbolo o pistón Variantesconstructivas Cilindros de simple efecto Uno de sus movimientos está gobernado porelaire com - primido,mientras que elotro se da poruna acción anta- gonista,generalmente un resorte colocado en elinterior delcilindro. Este resorte podrá situarse opcionalmente entre elpistón y tapa delantera (con resorte delantero)o entre elpistón y su tapa trasera (con resorte trasero). Realiza trabajo aprovechable sólo en uno de los dos sen- tidos,y la fuerza obtenible es algo menora la que da la expresión F = P xA,pues hay que descontarla fuerza de oposición que ejerce elresorte. garantiza un doble selado y evita elingreso de impure-zas alinteriordelcilindro. Variantes constructivas de éste incluyen guías externas de diversos tipos. Amortiguación de fin de carrera Son dispositivos,fijos o regulables,colocados general- mente en las tapas de los cilindros,y cuya finalidad es la de absorber la energía cinética de las masas en movi-miento. Según los modelos de cilindros,se puede tener amortiguación delantera,trasera o doble. Para una dada aplicación,sise verifica insuficiente la amortiguación, utilizar amortiguadores hidráulicos de choque. Pistón con imán incorporado Ciertos cilindros incorporan un imán en elpistón a efec-tos de actuarun interruptormagnético deltipo Reed-Swit-ch o similar,montado en elexteriordelcilindro,durante o alfinalde su carrera. Esta señaleléctrica es utilizada para gobernar a otros órganos componentes delsiste- ma,actuadores,contadores,emitir señales luminosas, actuar contactores,relés,PLC,o bien para controlar su propio movimiento. Fuerza en cilindros La fuerza disponible de un cilindro crece con mayorpre- sión y con mayordiámetro. La determinación de la fuer-za estática en los cilindros está sustentada por la si-guiente fórmula,o elábaco adjunto: 1 F = 10 .p .! .(d2/4) donde: F:Fuerza (N) Cilindros de doble efecto ó bien F = 7,85 .p .d2 p:Presión (bar) Elpistón es accionado porelaire comprimido en ambas d:Diámetro de la ca- carreras.Realiza trabajo aprovechable en los dos senti- misa delcilindro (cm) dos de marcha. Cilindros con doble vástago (N) Fuerz a Poseen salida de vástago en ambos extremos,lo que ofrece un mejorguiado delconjunto,facilitan elcolocado de levas o fines de carrera cuando hay problemas de espacio en la zona de trabajo,y además presentan igua- ( b a r ) les áreas de pistón a ambos lados. P r e s i ó n Cilindros de doble pistón o 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 casieldoble de la de un cilindro convencionaldelmismo diámetro. Cilindros acoplados de acción independiente Están constituidos por dos cilindros unidos por sus ta- pas traseras.Éstos pueden operarse independiente- mente de modo talde obtener sobre uno de los extre- mos delvástago,tres o cuatro posiciones de trabajo se- gún sean iguales o distintas las carreras de ambos cilin- dros.Es un dispositivo multiposicionadorsencilo yeco- nómico. Cilindros sin vástago Elpistón transmite elmovimiento a la carga a través de un carro acoplado mecánicamente alpistón mediante un exclusivo sistema patentado.Un sistema de cintas Diámetro (mm) 1.0.1.1
- 2. Cilindros neumáticos Introducción Consumo de aire en cilindros Elcálculo delconsumo de aire en cilindros neumáticos es muy importante cuando se requiere conocerla capa-cidad delcompresor necesario para abastecer a la de-manda de una instalación. Puede calcularse con la siguiente fórmula,o mediante el ábaco adjunto: Q = (!/4).d2 .c .n .P .N .10-6 donde: Q = Consumo de aire (Nl/min) d = Diámetro delcilindro (mm) c = Carrera delcilindro (mm) n = Número de ciclos completos por minuto P = Presión absoluta=Presión relativa de trabajo + 1 bar N = Número de efectos delcilindro (N=1 para simple efecto, N=2 para doble efecto) Presión (bar) D i á m et r o ( m m ) Consumo de aire (Nl/mm de carrera) 1 Pandeo en cilindros Elpandeo es un factor limitativo en la elección de cilin-dros cuyos vástagos estén sometidos a compresión,ya que sólo bajo dicha solicitación es cuando aparece este fenómeno. Éste se manifiesta poruna flexión lateraldelvástago que genera esfuerzos radiales sobre bujes y camisa de los cilindros,acortando su vida útily hasta produciendo la rotura. Particularmente la verificación porpandeo debe realizar-se en cilindros de gran carrera,que es donde elfenóme-no puede adquirirmagnitud,siendo elúnico factorcons-tructivo que limita la carrera de los cilindros. Las causas que están ligadas a la solicitación de pan-deo dependen no sólo de los materiales utilizados en la construcción delvástago,sino también de las condicio-nes de montaje alque se somete elcilindro. Ciertos tipos de montaje o sus combinaciones resultan favora- bles para contrarrestar elefecto,por ejemplo,con mon-tajes a rótula elcilindro se autoalinea en todo plano;con montajes basculantes sólo en un plano; con fijación roscada delvástago la alineación es crítica;con rótula para vástago se compensan desalineaciones en todo plano y con horquila delantera la alineación es crítica. Dependiendo deltipo de montaje existe elfactor de co- rrección K,elque puede adoptarvalores desde 0,25 para las fijaciones más favorables hasta elvalor 2 para las más criticas.Se debe verificarlo siguiente: K .Carrera real< Carrera básica donde: Carrera real= carrera delcilindro Carrera básica = carrera máxima de cada cilindro según su diámetro Fuerza (N) Presión (bar) Carrera máxima por PANDEO (mm) 1.0.1.2
- 3. Cilindros neumáticos Introducción Montajes En cuanto a la forma de sujetarun cilindro neumático,es propio de cada aplicación que modelo de montaje se utilizará. En generalestará sujeto a condiciones de di- seño,razones de espacio y características de los movi- mientos. Las posibilidades de montaje en cilindros pueden tener las siguientes características: 1 - Montajes rígidos:elcuerpo delcilindro permanece fijo durante eldesplazamiento delpistón. 2 - Montajes basculantes:elcuerpo delcilindro gira en torno a uno o más ejes durante eldesplazamiento del pistón. Recomendaciones para elmontaje de cilindros neumáticos 1. Los cilindros neumáticos están diseñados para trans- mitiresfuerzos axiales. La presencia de esfuerzos ra- diales o laterales sobre los vástagos conducirán a un desgaste prematuro de las guarniciones y de sus guías, materializado en la ovalización delbuje guía delvásta-go y delpropio tubo delcilindro. Porlo tanto,deberán analizarse detenidamente los tipos de montaje más adecuados para cada aplicación a efectos de anular dichos esfuerzos. 2. Toda vez que se utilice un montaje basculante para el cilindro (en cualquiera de sus formas),deberá prever-se un equivalente en elextremo delvástago. La combi- nación de montajes rígidos con basculantes resulta un contrasentido técnico que origina esfuerzos radiales sobre elvástago. 3. Cuando las oscilaciones puedan ser en más de un eje,son recomendables los montajes con rótula tanto para elcilindro como para su vástago. La combinación de montajes con rótula (universal) con montajes basculantes en un plano es también un contrasentido técnico que origina esfuerzos radiales. 4. Debe evitarse elmontaje rígido delcilindro con elele- mento a mover. En caso que sea inevitable,fijarsuave- mente elactuador y operarlo a baja presión de modo que entre y salga libremente y pueda autoalinearse. Suplementar sifuera necesario y luego ajustar firme- mente los tornilos de sujeción. 5. Cuando elcilindro sea de gran carrera y supere los valores máximos admisibles por pandeo,es recomen- dable guiar elvástago y preferentemente «tirar» de la carga en lugarde empujarla. Elpandeo también origi-na esfuerzos radiales sobre elvástago. 6. Cuando se desplacen masas o elmovimiento se rea- lice a elevada velocidad,es recomendable eluso de cilindros con amortiguación. Siéstas fueran importan- tes,preverademás amortiguadores hidráulicos de cho- que y topes positivos en la máquina. 7. Durante la puesta en marcha,debe asegurarse que los tornilos de regulación de las amortiguaciones no sean abiertos más de 1/2 vuelta,de modo de tenerun exceso y no una falta de amortiguación. La calibración finalse hará con la máquina en operación con la carga y velocidad definitivas. 8. Almontar un cilindro amortiguado,tener la precau- ción que los tornilos de registro de amortiguación que- den en posición accesible. 9. Cuando se monten cilindros neumáticos en proximi- dades de grandes campos magnéticos,por ejemplo en máquinas donde se realicen tares de soldadura,se deberá aislar alcilindro convenientemente para evitar tanto como sea posible la circulación de corrientes in- ducidas por elmismo.Consultar por mayores datos. 10.Suministraraire con la calidad adecuada. EIaire con impurezas y la deficiente lubricación acortan la vida útil de los cilindros neumáticos. 11.Las roscas de conexionado son Gas cilíndricas. Te-ner especialcuidado alutilizar cañerías o accesorios con rosca cónica,pues pueden producir la rotura del elemento. Es recomendable utilizar conexiones con rosca cilíndrica de asiento frontal. 12.Las cañerías deberán estar limpias en su interior, evitando que restos de cinta o pasta de selado puedan ser arrastrados alinterior delcilindro. Es recomenda-ble «soplar» las cañerías antes de conectar. 13. Alseleccionar un cilindro,considerar en cada caso las carreras definidas como standard como selección de preferencia. Este hecho influirá en elplazo de entre-ga y facilitará futuras reposiciones. Plan de mantenimiento preventivo de cilindros La vida de los cilindros neumáticos queda determinada por los kilómetros recorridos por elconjunto vástago y pistón. Por lo tanto en función de este parámetro se define un programa de mantenimiento preventivo. Los períodos de mantenimiento y la vida de los cilindros son afectados también porla calidad delmontaje (alineación y esfuerzos)y la calidad delaire (humedad ylubricación). Pueden considerarse intervenciones por períodos se- manales,cada 500 y cada 3000 km recorridos. Estipular por ejemplo controles visuales de fugas y alineamiento, regulación de amortiguaciones,desarmes parciales,lim- pieza de elementos y recambios preventivos de partes deterioradas. Utilice siempre Kits de Reparación MICRO originales. Para mayor información contactar a MICRO Capacitación. La conversión delperíodo indicado en km a horas de funcionamiento de máquina puede establecerse para cada actuadoren particularmediante la siguiente fórmu-la: H = 8,33 .km /(c .n) donde: H = Período de mantenimiento en horas km = Período de mantenimiento en kilómetros c = Carrera delcilindro expresada en metros n = Frecuencia de operación delactuador(ciclos/minu-to) Desarme de unidades La tarea de desarme debe encararse «en banco»,porlo que la unidad debe serretirada de la máquina.Antes de 1 1.0.1.3
- 4. Cilindros neumáticos Introducción iniciar su desconexión,se debe interrumpir elsuminis-tro de aire a fin de evitaraccidentes o rotura. Todas las partes son removibles con herramientas comunes de taler. Utilizaren cada caso la más adecuada. Cuando se utilice morsa de sujeción,ésta debe serpro-vista de cubremordazas de materialblando a efectos de no dañar las partes delcilindro. Esta precaución debe acentuarse particularmente en elcaso de sujeción de vástagos. Bajo ningún concepto debe sujetarse alcilin-dro poreltubo,ya que una pequeña deformación radial delmismo lo inutilizaría o alteraría luego elnormalfun- cionamiento. Es recomendable aflojar las tapas en for-ma cruzada. Cuando eldesarme de partes ofrezca una excesiva resistencia,sugerimos recurrir alservicio téc-nico MICRO. Limpieza de partes Ellavado de partes puede realizarse por inmersión en nafta,complementando con pincelo cepilo de limpieza y sopleteado con aire limpio y seco. Es conveniente repe- tirla operación varias veces hasta obteneruna limpieza a fondo de las partes. Eluso de solventes o desengrasantes industriales que-da limitado a aquellos que no contengan productos clorados (tricloroetileno o tetracloruro de carbono)o sol-ventes aromáticos (thinner,acetona,tolueno,etc.). Es-tos compuestos son incompatibles con los materiales de bujes de amortiguado,anilo de fricción y guarnicio- nes,produciendo elrápido deterioro de los mismos. Recambio de partes Es recomendable utilizar para elrecambio,los repues-tos legítimos MICRO. Cuando se reemplacen guarnicio-nes elásticas,debe evitarse la excesiva deformación de las mismas durante elmontaje. Es recomendable que los anilos O-ring sean deslizados hasta su posición y no «rolados». Ésto último elonga la parte interna de los mismos, modificando sus características. Elmontaje de ciertas guarniciones es flotante,esto es «no ajusta-do». Es normalque este tipo de guarnición quede casi suelta en su alojamiento. No debe suplementarse ni utilizarguarniciones de menordiámetro o mayorsección a efectos de lograrun ajuste. Armado de unidades Todas las partes deben estar perfectamente secas an-tes de iniciarelarmado. Es conveniente lubricarprevia-mente las superficies deslizantes y las guarniciones uti-lizando grasa blanca neutra liviana (no fibrosa niaditivada con litio) o compuestos comerciales siliconados livia-nos. Los Kits de reparación incluyen la grasa aconsejada y necesaria,la que puede a su vez seradquirida porsepa- rado. Emplearlas cuando para elarmado deban retenerse guar- niciones en posición. Previamente armar elconjunto vástago-pistón. Ajustar firmemente este conjunto. Pre- ensamblar luego elconjunto completo e iniciar su ajus -te. Asegurar elcorrecto posicionado de guarniciones y juntas de tapa y tubo antes delajuste final. Las tapas deben ajustarse en forma cruzada y progresiva,acom-pañando con pequeños movimientos delvástago para asegurar un mejor hermanado delconjunto. Todos los tensores deberán tenerelmismo grado de ajuste. Antes delajuste finalverifique la correcta alineación entre las tapas delantera y trasera delactuadorsobre una super-ficie plana. Pruebas Antes de reinstalarelcilindro en la máquina,realizarlas siguientes pruebas: -Estanqueidad:presurizara 6 baralternativamente am-bas cámaras verificando estanqueidad de la cámara presurizada y ausencia de fugas porla boca de la cá- mara opuesta. Cuando se presurice la cámara delan-tera verificar además elselado de la guarnición de vástago. -Funcionamiento:con aire a baja presión (1 bar) verifi-que elsuave desplazamiento en ambos sentidos del vástago,girando elmismo entre operaciones 90° ma- nualmente. -Amortiguaciones:cerrando totalmente los registros de amortiguación y presurizando las cámaras alternativa- mente a 6 bar,elvástago debe prácticamente detener-se y completarla parte finalde su recorrido lentamente. Verificar estanqueidad por los tornilos de registro. 1 1.0.1.4