OLEOHIDRÁULICA Y NEUMÁTICA (4)

Aplicación: problemas de cilindros

Cilindro neumáticoCilindro neumáticoCilindro neumático

Cilindro de simple efecto:

Es un cilindro en el que un vástago avanza (AVANCE) cuando se aplica aire a presión sobre la superficie su émbolo; cuando se deja de aplicar presión actúa un muelle que hace que el émbolo y el vástago retrocedan (RETROCESO) a la posición inicial mientras se escapa el aire.


Cilindro de doble efecto:

Es un cilindro en el que un vástago avanza (AVANCE) cuando se aplica aire a presión sobre la superficie su émbolo; para que el émbolo y el vástago retrocedan (RETROCESO) a la posición inicial se aplica aire a presión por la otra entrada, correspondiente a la cara interior del émbolo, mientras que en la cara exterior se escapa el aire.

Hay dos tipos de problemas:


Problemas de cilindros de simple efecto

Cuándo el cilindro avanza, la fuerza teórica de avance es:

Fteor_avance = P * S                Donde    P: presión relativa        S: superficie del émbolo  ( S = π D2/4 )   D: diámetro del émbolo

Wteor_avance = Fteor_avance * l     Donde l: longitud de la carrera

Freal_avance = Fteor_avance - Fmuelle - Frozamiento        Donde Fmuelle puede ser un valor fijo o %  (un valor típico es el 6% de Fteor_avance)

La fuerza de rozamiento pueden darla en forma de %  o de rendimiento η  (Frozamiento = 15 %  equivale a η = 0,85)

Así que quedaría:

Freal_avance = η (Fteor_avance - Fmuelle)      Atención el rendimiento afecta a las dos fuerzas, no sólo a Fteor_avance

Wefectivo_avance = Freal_avance * l

Otras cosas que pueden preguntar:

Fteor_retroceso = Fmuelle        Freal_retroceso = η * Fmuelle         Pero no tiene mucho sentido

Volumen de aire en cada embolada:    Vembolada = l π D2/4     Caudal:   Q = Vembolada * nº ciclos/min

Si piden el Volumen eso mismo en Condiciones Normales (1,013 bar) entonces:    

PCN VCN = PABS * VEMBOLADA    Donde PCN = 1,013 bar  y PABS = P + 1,013 bar


Problemas de cilindros de doble efecto

Cuándo el cilindro avanza, la fuerza teórica de avance es:

Fteor_avance = P * S                Donde    P: presión relativa        S: superficie del émbolo  ( S = π D2/4 )   D: diámetro del émbolo

Wteor_avance = Fteor_avance * l     Donde l: longitud de la carrera

Freal_avance = Fteor_avance - Frozamiento       Aquí no existe Fmuelle

La fuerza de rozamiento pueden darla en forma de %  o de rendimiento η  (Frozamiento = 15 %  equivale a η = 0,85)

Así que quedaría:

Freal_avance = η Fteor_avance      

Wefectivo_avance = Freal_avance * l

La diferencia aquí es que en este caso hay una fuerza téorica de retroceso (el aire que fuerza el retroceso, en vez del muelle):

Fteor_retroceso = P * S'               

Donde    P: presión relativa   es similar. La diferencia está en la superficie:

S' = superficie del émbolo  ( S = π D2/4 ) - superficie del vástago (s' = π d2/4 )      D: diámetro del émbolo    d: diámetro del vástago

Lo demás si es similar:

Freal_retroceso = η Fteor_retroceso     

Wefectivo_retroceso = Freal_retroceso * l

También cambia el volumen de aire en cada embolada (hay que incluir el aire en avance y en retroceso):

Vembolada = l π D2/4 + ( l π D2/4 - l π d2/4 ) =  2 l π D2/4 - l π d2/4

El caudal y el volumen en condiciones normales se calculan igual que en el caso de simple efecto, usando este volumen.

RESUMEN DE FÓRMULAS:

Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto

AVANCE:

Fteor_avance = P * S

Wteor_avance = Fteor_avance * l

Freal_avance = η ( Fteor_avance - Fmuelle )

Wefectivo_avance = Freal_avance * l


AVANCE:

Igual, pero Fmuelle = 0

RETROCESO:

Fteor_retroceso = Fmuelle

RETROCESO:

Fteor_retroceso = P * S' 

Wteor_retroceso = Fteor_retroceso * l

Freal_retroceso = η Fteor_retroceso     

Wefectivo_retroceso = Freal_retroceso * l

VOLUMEN POR CICLO Y CAUDAL:

Vembolada = l π D2/4

VOLUMEN POR CICLO Y CAUDAL:

Vembolada 2 l π D2/4 - l π d2/4

CAUDAL:

Q = Vembolada * nº ciclos/min

VOLUMEN EN CONDICONES NORMALES:

PCN VCN = PABS * VEMBOLADA      usando presiones absolutas




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