Los cilindros neumáticos son dispositivos encargados de convertir la energía potencial del aire comprimido en movimiento lineal, oscilante o rotacional. Son utilizados en la automatización industrial para realizar tareas repetitivas como el sellado y armado de cajas, etiquetado, elevación de productos, clasificación, entre otros.
Su composición es muy sencilla, son un barril hueco que internamente posee un émbolo unido a un vástago. El aire entra al barril ejerciendo presión sobre el área del émbolo, extendiendo así el mismo.
Se caracterizan por tener el émbolo imantado, lo que facilita saber su posición con el uso de un sensor. Dependiendo del modelo de cilindro neumático, este puede tener amortiguación regulable o sólo amortiguación.
Además, se dividen en dos tipos dependiendo de su funcionamiento:
Dichos dispositivos cuentan con un puerto de conexión por donde el aire neumático entra al barril para realizar la extensión del vástago. Además, tienen un resorte interno que empuja el émbolo cuando se desactiva su alimentación; así, el vástago vuelve a su posición inicial.
Para funcionar necesitan de una válvula direccional de 3 vías y 2 posiciones. En el siguiente diagrama se muestra un cilindro de efecto simple y una válvula 3/2 accionada por solenoide con retorno por resorte:
Cuando la válvula se encuentra en la posición de reposo el resorte se encarga de mantener el émbolo en su posición inicial. Una vez la válvula accionada, el aire se dirige a la cámara trasera del cilindro empujando el vástago y activando el cilindro de simple efecto.
Finalmente, para contraer el cilindro se debe deshabilitar la válvula y el émbolo regresará a la posición inicial debido a la fuerza que el resorte aplica sobre el mismo. En este último paso, el aire contenido en la cámara trasera escapa por la vía R de la válvula.
Por otro lado, el cilindro de doble efecto posee dos puertos de conexión. Estos dispositivos no cuentan con un resorte para devolver el vástago, sino que la expansión y retracción del vástago se realiza al aplicar aire comprimido en direcciones opuestas.
Esta tipología requiere una válvula direccional de 5 vías y 2 posiciones. En este caso, para el diagrama se tiene una válvula de control direccional 5/2 con accionamiento primario por solenoide y secundario por resorte.
En la posición de reposo, el aire contenido en la cámara trasera del cilindro escapa por la vía R, mientras que la cámara delantera se encuentra llena de aire comprimido. Es de resaltar, que la fuerza del aire comprimido se encarga de mantener el vástago retraído.
Cuando se acciona el solenoide, la válvula direccional cambia de estado. En la posición de trabajo, el aire comprimido pasa de la vía P hasta la vía A y a la cámara posterior, lo que permite que la fuerza del aire empuje el émbolo del cilindro, generando la extensión del vástago. Por otro lado, el aire de la cámara delantera escapa por la vía S.
Una vez que el solenoide es desactivado, el resorte actúa para que la válvula vuelva a su posición inicial. En este caso, el aire comprimido entra por la vía P y se dirige hasta B, entrando por la cámara delantera y empujando el émbolo. De esta forma se retrae el vástago del cilindro, mientras el aire contenido en la cámara trasera escapa por la vía R.
El cilindro de doble efecto puede trabajar con válvulas de 3 vías y 2 posiciones, 4 vías y dos posiciones y 5 vías y 3 posiciones.
Es de hacer notar, que según la necesidad que tenga tu sistema podrás añadir cilindros neumáticos de simple o doble efecto. De este modo, podrás optimizar procesos y labores para disminuir sus tiempos.
Se definen como todos aquellos capaces de convertir la energía potencial del aire en un movimiento rectilíneo; dentro de esta categoría se consideran a los cilindros simples y de doble efecto.
Para más información puedes consultar: Pistones o cilindros neumáticos
Son utilizados en sistemas donde el control de movimiento debe realizarse con la fuerza necesaria para ser exacto, podemos encontrarlos en aplicaciones automotrices, de embotellado o empaquetado.
Su instalación consta de guías a los lados del vástago que aseguran la correcta transmisión del movimiento del cilindro a la pieza.
Se aplican cuando se requiere una fuerza considerable proporcional a la carga. Este tipo de cilindro neumático se diferencia de los guiados, ya que cada vástago posee un émbolo.
Por esta razón, aumenta el área donde el aire comprimido ejerce presión, lo que permite duplicar la fuerza aplicada. Además, debido a su diseño, se evita el pandeo de los vástagos.
Se caracterizan por tener dos vástagos posicionados en direcciones opuestas, tal que uno sale de la culata delantera y el otro de la culata trasera. Esta característica le permite transmitir el movimiento lineal en ambas direcciones, asegurando la transmisión independiente de la posición del émbolo.
Este tipo de cilindro neumático se caracteriza por tener una pieza capaz de desplazarse a lo largo de la longitud del mismo.
A diferencia de un cilindro común que ubican su vástago en la parte delantera del cuerpo, en este caso no se tiene y en su lugar existe una pieza que se desplaza a lo largo. Este funcionamiento es efectivo gracias a que internamente el émbolo se encuentra unido a esta pieza y se traslada debido a la acción del aire comprimido a lo largo de la cámara.
Convierten la energía potencial del aire en un movimiento oscilante, movimientos menores de 360° u rotativo, giros de 360° o más. Se usan principalmente para movilizar piezas, roscar y ensambles mecánicos.
Este tipo de cilindros poseen internamente una cremallera acoplada a un piñón. De esta forma, dependiendo de la posición del émbolo, el desplazamiento de la cremallera genera un movimiento rotativo en el piñón.
Todos los tipos de cilindros neumáticos pueden instalarse en sistemas o industrias que desean aumentar su automatización. No obstante, dependerá de la función a cumplir, el modelo que se debe seleccionar. Igualmente, en un mismo proceso pueden implementarse cilindros con distintas funciones para generar un excelente producto final.
Para identificar un cilindro neumático de manera correcta, es esencial considerar tres parámetros clave: el estándar del cilindro, el diámetro del pistón y la carrera. Además, es importante determinar si el cilindro es de simple efecto o de doble efecto.
Los cilindros neumáticos se fabrican según normas específicas, como ISO 6432 para minicilindros y ISO 15552 para cilindros de mayor tamaño. Estas normas aseguran la intercambiabilidad y la compatibilidad entre productos de diferentes fabricantes. El estándar, además, garantiza la compatibilidad con los sensores tipo Reed o Magnéticos de los cilindros neumáticos.
Entendiendo previamente estos parámetros clave para la identificación de un cilindro neumático, podremos identificarlos fácilmente en los casos más comunes, los cuales se describen a continuación:
Cuando un cliente proporciona el serial del cilindro, el proceso de identificación es relativamente sencillo. Los pasos son los siguientes:
Cuando el cilindro no tiene ninguna identificación visible, es necesario realizar una inspección física y tomar medidas precisas:
El primer criterio para la selección de un cilindro es la carga que se necesita mover.
Sin embargo, antes debemos hacer una acotación: los cilindros neumáticos internamente poseen un émbolo y un vástago.
Siempre hay que considerar esto, ya que la fuerza de empuje del cilindro es proporcional al tamaño del émbolo.
Para poder calcular la fuerza de empuje, se necesita saber la fuerza requerida para mover la carga.
A continuación, se presenta un ejemplo con una carga de 25Kg:
En Cybermatics ofrecemos la serie de cilindros DSNU y compactos con este diámetro.
Sin embargo, aunque esta es una buena forma de calcular el cilindro, en la industria es necesario aplicar un factor de seguridad a la hora de diseñar.
En el caso de los actuadores, las fábricas tienden a manejar un factor de seguridad de 1,5 (F.S.).
Agregando en el cálculo el F.S., vemos que la carga que debe ser capaz de mover el cilindro es de 294,30N con una presión de 6Bar.
Por tanto, se requiere un cilindro de 24,58mm de diámetro, eso se traduce a un cilindro de 25mm y se asegura que cumple con el factor de seguridad recomendado.
También se debe tomar en cuenta si el cilindro debe mover una mayor carga en su retroceso. En este caso, se debe restar el área del vástago al área efectiva, con las siguientes fórmulas:
Al calcular el diámetro del cilindro necesario, se debe decidir si se usará un cilindro simple o de efecto doble.
Los cilindros simple efecto tienen solo un puerto de entrada de aire. El mecanismo de retracción funciona a través de un resorte.
Por otro lado, los cilindros doble efecto poseen dos entradas de aire. Su funcionamiento se basa en alternar por donde entra el aire al cilindro para realizar la salida y retracción.
En este punto, también es necesario decidir si se necesita un cilindro guiado o no.
Se define la carrera de un cilindro como la distancia que recorre el vástago en su totalidad.
Foto: Cilindros Neumáticos ISO 15552 Serie DNC
Si se requiere mover una carga a lo largo de 100mm, el cilindro debe tener al menos un largo de la misma longitud.
La velocidad de un cilindro se calcula con la siguiente fórmula:
En el caso que el caudal este indicado en CFM (pies cúbicos por minuto) y el área del cilindro esté en pulgadas, se debe multiplicar la ecuación por una constante de 28,80.
Foto: Cilindros Neumáticos Compactos Serie SDA
La fórmula del caudal es la siguiente:
Lo primero que debemos hacer es calcular el volumen del cilindro para esto es necesario saber la carrera.
Finalmente, sólo necesitamos saber el tiempo que se requiere para mover la carga, se indica según sea el requerimiento de la industria o maquinaría.