el músculo neumático y sus aplicaciones

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HesseEl músculo neumáticoy sus aplicaciones

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150 ejemplos prácticos con el músculo neumático

Hesse

El músculo neumático y sus aplicaciones

Blue Digeston Automation

HandlingPneumatics

Stefan Hesse

El músculo neumático y sus aplicaciones150 ejemplos prácticos con el músculo neumático

Blue Digest on Automation

© 2003 by Festo AG & Co. KGRuiter Straße 82D-73734 EsslingenTel. (0711) 347-0Fax (0711) 347-2144

Todos los textos, gráficos, imágenes y dibujos contenidos en este publicaciónson propiedad de Festo AG & Co. KG y, en consecuencia, están sujetos a dere-chos de autor. Queda prohibida su reproducción, tratamiento, traducción, micro-filmación, memorización y procesamiento mediante sistemas electrónicos sinprevia autorización explícita de Festo AG & Co. KG.

¿Cómo funciona un músculo? ¿Es posible copiarlo recurriendo a medios técnicos? Los cerebros de innumerables inventores y directores de proyectoshan echado humo en el intento. ¿Qué es factible en términos de mecánica? ¿Qué posibilidades químicas y físicas hay?

El catedrático alemán Franz Reuleaux (1829 – 1905) ya describió en el año 1872el funcionamiento de un actuador neumático. Desde entonces se ha intentadoencontrar soluciones de muchas maneras: músculos neumáticos con metalesque recuperan su posición inicial, actuadores electroquímicos, geles polímeros y motores eléctricos combinados con engranajes minúsculos de altas revolu-ciones. Sólo pocas soluciones consiguieron imponerse en la industria. Muchosproyectos aún se encuentran en la fase de pruebas en los laboratorios. Entre las pocas soluciones efectivamente útiles está el músculo neumático de Festo. Él es el protagonista de esta publicación. Este músculo está compuesto de unmaterial moderno y sumamente resistente y es capaz de ejecutar movimientosmuy rápidos y con gran fuerza. Este innovador producto es el resultado de una idea muy antigua pero que utiliza soluciones dignas de la era de la alta tecnología. Dado que el músculo neumático también funciona con agua, en realidad sería más apropiado hablar de un músculo fluídico y no de un músculoneumático, aunque cierto es que preferentemente se utiliza con aire compri-mido.

En las gráficas que se incluyen en el presente manual, el músculo neumáticosuele presentarse de mayor tamaño con el fin de destacar sus funciones. Sinembargo, un músculo neumático de, por ejemplo, 10 mm de diámetro interior,en la realidad ocupa muy poco espacio. Precisamente por eso se justifica sumontaje posterior en máquinas y equipos ya existentes. Posiblemente seademasiado pronto para saber cuáles podrían ser todas las aplicaciones que asumirá el músculo neumático en el futuro. Pero sí se puede constatar que, por muchas razones, este músculo artificial tiene un futuro brillante, tal como loconfirma el éxito que tienen sus numerosas aplicaciones en la actualidad. Y esoque su andadura por el mundo de la automatización industrial no ha hecho másque empezar.

El presente manual ofrece ideas para la utilización del músculo neumático, explica su funcionamiento, demuestra sus ventajas y desventajas y ofrece al lector las informaciones necesarias para pensar en otras aplicaciones apropia-das. Agradezco el apoyo que durante la redacción del manual me ofrecieron elingeniero Thomas Dehli y el Sr. Manfred Moritz, ambos de Festo.

Stefan Hesse

Prólogo

Índice

Prólogo

1 Membranas en la naturaleza y en la técnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Modelo: el músculo biológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Tecnología y características del músculo neumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4 Características constructivas del músculo neumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5 Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.1 Elevar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.2 Sujetar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535.3 Prensar, estampar, punzonar y cortar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585.4 Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.5 Fijar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.6 Desplazar y posicionar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765.7 Manipular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.8 Movimientos de brazos y piernas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.9 Controlar y probar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.10 Accionar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005.11 Sistemas de avance por vibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.12 Frenar y retener . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.13 Transportar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155.14 Distribuir y desviar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1215.15 Mecanizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.16 Enrollar y desenrollar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.17 Dosificar y porcionar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Índice de términos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

1 Membranas en la naturaleza y en la técnica

Una membrana es una lámina delgada de cierta elasticidad que puede exten-derse y volver a recuperarse mediante la utilización de un gas (aire) o un líquido(agua). La envoltura, el medio exterior y el medio interior forman una unidadconstructiva. En la biología, la membrana es una piel delgada, por lo generalporosa, que permite el paso de substancias en ambas direcciones. Todas lascélulas tienen una membrana. Lo mismo sucede con los vasos sanguíneos. Estas membranas son de un tejido celular de gran resistencia, expuestas a unapresión interior, por lo que forman un “neumático” esférico. Los partes blandasde los caracoles, gusanos y orugas son construcciones tubulares que adquierenrigidez debido a la presión interior. La piel externa tiene una forma típica de la especie que se mantiene debido a la presión interior. Ello significa que las membranas juegan un papel muy importante en la mayoría de seres vivientes.

En el mundo vegetal, por ejemplo, existen las burbujas epidérmicas llenas deagua de los tallos de algunas plantas. Estas células también están sometidas a una considerable presión interior, con lo que se estabiliza su forma caracte-rística. Los pabellones industriales de estructura neumática se construyen deacuerdo con este principio.

En la técnica, el concepto “neumo”, que proviene del griego, se refiere a un siste-ma en el que una envoltura expuesta a un esfuerzo de tracción lleva un fluido ensu interior. Ejemplos típicos de ello son globos, pompas de jabón, pabellones deestructura portante neumática, neumáticos de automóviles, mangueras flexiblesutilizadas por bomberos y membranas en forma de cúpula que protegen lasantenas de radar altamente sensibles. Estas estructuras neumáticas suelenestar compuestas de una membrana sometida a una tensión homogénea, lo quesignifica que las fuerzas aplicadas en ella son iguales en todos los sentidos. Loscojines elevadores son otro buen ejemplo de este tipo de estructuras. Estos cojines pueden ser redondos, anulares o rectangulares. Al aplicar presión, el airecomprimido los expande y este efecto de expansión se aprovecha, por ejemplo,para elevar, sujetar, hermetizar o prensar. Los cojines elevadores suelen ser de goma sintética reforzada con tejido, poliuretano, poliamida recubierta deneopreno, con refuerzo de tejidos de acero o de aramida, aunque también seutilizan otros materiales y fluidos. Sin embargo, estos cojines funcionan demodo diferente que el músculo neumático, ya que en éste el efecto de dilataciónse transforma en una fuerza de tracción, como se explicará más adelante.

En la fig. 1 se muestra una aplicación con cojín elevador. En este caso, se elevauna placa aplicando presiones de hasta 7 bar (dependiendo de la ejecución y deltamaño del cojín), obteniéndose fuerzas de elevación relativamente grandes. Sino se aplica presión, la altura de estos cojines es mínima.

Estos cojines neumáticos también se pueden utilizar superpuestos. En ese casoaumenta la carrera total como resultado de las carreras individuales. De estamanera es posible elevar tanques o incluso aviones averiados. Los cojines comotales no tienen guía, por lo que es necesario utilizar otros elementos exteriorespara guiar su movimiento de expansión. La mayoría de estos cojines se utilizansólo ocasionalmente en casos de emergencia para reparar averías, elevar cargaspesadas o hermetizar, lo que significa que no están expuestos a un desgaste

9

1

Membranas

en la naturaleza

y en la técnica

continuo por abrasión. Siempre que es necesario sujetar algo recurriendo a fuerzas de fricción se produce un desgaste determinado, con lo que disminuyela duración del sistema.

En la industria también se utilizan con mucha frecuencia tubos flexibles degoma. Hasta hace poco, las mangueras de los bomberos se utilizaban en carpinterías y ebanisterías para aplicar fuerza en las prensas de encolado. En la fig. 1-2a se aprecia un tubo flexible colocado en forma de espiral con el fin sujetar piezas cilíndricas o esféricas. Para sujetar la pieza es suficiente que el diámetro del tubo flexible aumente sólo ligeramente al aplicar presión.

1 Membranas en la naturaleza y en la técnica10

Fig. 1-1

Placa elevadora accionada

por cojín elevador

1 Cojín neumático

2 Placa elevadora

3 Casquillo de guía

4 Columna de guía

5 Tope

6 Placa de base

7 Entrada de aire

comprimido

Fig. 1-2

Membranas utilizadas

industrialmente

a) Sistema de sujeción

de piezas redondas

mediante expansión

de tubos flexibles

b) Bomba peristáltica

c) Cilindro de fuelle

enrollable

d) Cilindro de fuelle

e) Perfil de fuelle

f ) Perfil de sujeción

por aire comprimido

1 234

5

6

Carr

era

7

a) b)

c) d)

e)

f )

1 Membranas en la naturaleza y en la técnica

En el caso de la bomba que se muestra en la fig. 1-2b, los rodillos producen un efecto peristáltico aplicando presión en puntos cambiantes sobre un tubo flexible. Los cilindros de membrana suelen utilizarse para prensar y para obtenerdesplazamientos relativamente cortos. Al igual que los cilindros de fuelle (fig. 1-2d), los cilindros de membrana se fabrican en diversas formas y tamaños.Se utilizan con frecuencia en sistemas de amortiguación neumática o para aplicar grandes fuerzas de sujeción y se fijan por medio de elementos metálicoso de material sintético que a la vez permiten la alimentación del aire compri-mido. Los cilindros de fuelle no utilizan juntas sometidas a desgaste por fricción, ni tampoco precisan mantenimiento. Los cojines neumáticos de forma alargadase utilizan para sujetar, fijar y prensar y suelen estar instalados en máquinasespeciales.

También se ha intentado construir membranas con varias cámaras, combinadascon dedos en forma de pinza. Modificando la presión en las cámaras paralelasse produce el movimiento de los dedos. En la fig. 1-3 se muestra el funcio-namiento de este tipo de pinzas. Sin embargo, este sistema sólo puede utilizarse para manipular piezas relativamente pequeñas. Además, su duracióndepende fundamentalmente del desgaste por abrasión de las superficies utilizadas para sujetar las piezas.

Una solución interesante fue propuesta hace más de 30 años por el ingenierochecoslovaco Julius Mackerle. Se trata del diseño de una rueda cuya superficiede rodamiento consta de cámaras hinchables de goma (fig. 1-4). El movimientogiratorio se produce mediante la aplicación individual de presión en cada una de las cámaras, obteniéndose así una secuencia de numerosos impulsos delanzamiento. La distribución del aire comprimido está a cargo de una correderaen el cubo de la rueda. Si se aplica la máxima presión en el conducto de ali-mentación B, se expande la cámara 4, generando un momento de giro en sen-tido antihorario en el eje de la rueda. Al mismo tiempo, el segmento de control Cestá conectado con la presión atmosférica de las cámaras 1 y 2 para que éstasno ofrezcan una resistencia al giro de la rueda. La cámara 3 está cerrada y actúacomo muelle neumático.

11

Fig. 1-3

Pinzas accionadas

por una membrana de varias

cámaras [1]

1 Membranas en la naturaleza y en la técnica12

Fig. 1-4

Generación de un movimiento

giratorio mediante cámaras

hinchables de goma [2]

A, B, C

Conductos de control fijos

1 a 12

Cámaras neumáticas

1

2 3 4

5

6

7

8

910

11

12

C

A

B

2 Modelo: el músculo biológico

Los equipos para la automatización industrial tienen la finalidad de sustituir la mente y la musculatura del ser humano. Para ello es necesario utilizar orde-nadores, robots y máquinas de todo tipo, entre ellas, los músculos artificiales.Los músculos biológicos sirven de modelo, especialmente por su excelente relación masa/rendimiento, porque son capaces de ejecutar movimientos ágilesy suaves, porque la conexión de las palancas (huesos) y de los tendones ocupamuy poco espacio y porque en el cuerpo humano demuestran su eficiencia yduración día a día. El peso de los 656 músculos del cuerpo humano llega aalcanzar el 40 por ciento del peso físico total. Los músculos de los ojos se contraen más de 100 000 veces al día. Por todo lo dicho, hay muchos proyectosde investigación dedicados a la obtención de músculos artificiales y algunos deellos han sido coronados por el éxito.

Ya hace 50 años se hallaron geles polímeros con propiedades muy especiales,ya que estimulándolos exteriormente con difusión de iones se producen considerables cambios en la concentración, obteniéndose diferencias de presiónosmótica. De esta manera es posible que penetren disolventes en el gel o salgande él, fenómeno que va acompañado de modificaciones geométricas.

La NASA y los Jet Propulsion Laboratories estadounidenses desarrollaron unaespecie de músculo de material plástico. También se utilizaron pinzas en formade manos recurriendo a aleaciones que tienden a recuperar su posición originaly que se deforman al cambiar la temperatura. Sin embargo, para que funcionenestas pinzas es necesario que el material se caliente y enfríe constantemente. V. Hayward (Montreal) tensó doce alambres extremadamente finos sobre discosparalelos, dándoles una forma helicoidal con el fin de aumentar la pequeña carrera obtenida con estos alambres de nitinol (aleación de níquel y titanio) (fig. 2-1). Si bien es cierto que así la fuerza de tracción es menor, el tejido metálico es capaz de contraerse o encorvarse en longitudes más grandes. Cada alambre puede cambiar su longitud nominal en aproximadamente un 3 por ciento.

13

2

Modelo:

el músculo biológico

Fig. 2-1

Red helicoidal canadiense

de alambre retráctil

– un actuador de tracción

1 Discos

2 Muelle de compresión

3 Alambre retráctil

4 Brida de conexión

1 2 3

4

También ya se ha pensado en los músculos artificiales para los nanorobots delfuturo. Concretamente se está pensando en utilizar nanotubitos que unidos forman un tejido fibroso. Se tiene la intención de aprovechar la dilatación que se produce si se aplica una carga eléctrica a este tejido. Sin embargo, la dura-ción de estos materiales aún deja que desear, por lo que cabe suponer que pasará bastante tiempo hasta que estos proyectos desemboquen en productosconcretos.

Pero la solución también puede ser químico-física. En la fig. 2-2 se muestra unmúsculo electromecánico. La energía eléctrica se transforma en la fuerza deelevación F mediante un proceso químico. El actuador se parece a un fuellemetálico encapsulado herméticamente y con su carrera de hasta 5 mm se obtiene una fuerza final de hasta 300 N. Si la carrera es de 16 mm, la fuerza es de 3 kN.

En los EE.UU. se están construyendo robots que ejecutan movimientos accionados por músculos biológicos (músculos de ratones). Estos músculos sepueden cultivar en un tubo de ensayo partiendo de una sola célula y empleandoa continuación silicio y acero para unir las que forman el músculo. La energíaproviene de una débil solución de azúcar en la que debe estar sumergido elmúsculo [3]. Sin embargo, muchas de estas soluciones aún no se pueden utilizarpara fines industriales.

Hace ya tiempo que los constructores de máquinas se dedican a buscar solu-ciones para poner en movimiento palancas en forma de brazos y antebrazos,aunque de momento sólo pueden recurrir a actuadores convencionales. En la fig. 2-3 constan algunas de las soluciones posibles.

2 Modelo: el músculo biológico14

Fig. 2-2

Actuador electroquímico

(Friwo Silberkraft)

R

F

H2O

H2


A pesar de todos los esfuerzos realizados por encontrar soluciones semejantesal músculo biológico, los actuadores técnicos necesitan más espacio, tienen más masa y sus movimientos son de menor calidad (arranque brusco, golpes en las posiciones finales). Además, los movimientos de estos actuadores nopueden transmitirse tan elegantemente a los elementos de apoyo como en elcaso de las ligeras estructuras que crea la naturaleza. Únicamente el actuadorelectromagnético combinado con un muelle de tracción es capaz de dividir losmovimientos como lo hacen los músculos biológicos, es decir, con un músculoabductor y otro aductor que hacen las veces de pareja antagonista.

¿Cómo funciona un músculo biológico?Casi la mitad del peso del cuerpo humano está constituido por musculatura. Los músculos son órganos excitables compuestos de tejidos contráctiles. Para ejecutar movimientos en uno y otro sentido, es necesaria la presencia de dos músculos, ya que únicamente pueden desarrollar y transmitir fuerzas de tracción. Tal como puede apreciarse en la fig. 2-4, el bíceps y el tríceps (queejecutan movimientos opuestos), son los músculos que mueven el antebrazo yque se encuentran a ambos lados del húmero. Un músculo está constituido poruna gran cantidad de conjuntos de fibras recubiertas por una envoltura de tejidoconjuntivo como si fuera un calcetín. Entre los haces de tejidos se encuentranlos vasos sanguíneos que hacen las veces de conductos de alimentación para el músculo y los nervios. Éstos transmiten las órdenes provenientes del sistemanervioso central para que los músculos se pongan en movimiento.

15

Fig. 2-3

Utilización técnica

de músculos mecánicos

que funcionan como brazos

y antebrazos

1 Brazo

2 Antebrazo

3 Cilindro de accionamiento

4 Motor eléctrico

5 Accionamiento por husillo

y tuerca

6 Tornillo sinfín

y rueda helicoidal

7 Electroimán elevador

8 Muelle de tracción

9 Motor

10 Motorreductor armónico

11 Motor giratorio

de aletas neumático

1

2

3

4

5 6

78

9

10

11

Para que un músculo se mueva es necesario que experimente contracciones breves y fuertes. Considerando la longitud del brazo, los movimientos del antebrazo son grandes, aunque no demasiado fuertes, ya que se aplica la ley de la palanca:

Fuerza K • Brazo de la fuerza k = Carga L • Brazo de la carga l

Ello significa que los músculos biológicos son máquinas de carrera corta. Soncapaces de generar una gran fuerza en carreras cortas. Los músculos biológicosrealizan la mayor parte del trabajo (producto de fuerza por distancia) en la fase del 10 por ciento de su capacidad de contracción total. La mayoría de losmúsculos pueden contraerse hasta en un 30 por ciento si la carga es modesta.Existen diversos tipos de músculos que cumplen diversas funciones (fig. 2-5).


Fig. 2-4

Disposición de los músculos

en el brazo humano

1 Bíceps

2 Tríceps

3 Húmero

4 Cúbito

Fig. 2-5

Tipos de músculos

a) Músculo convencional

b) Músculo en forma

de pluma

1 Fibra muscular

2 Tendón

3 Tejido conjuntivo

L

l

4

K

k

1

3

2

a)

b)

2

3 1 2

2


En el caso del músculo de tipo convencional, las fibras musculares transcurrendesde el tendón que se encuentra en un extremo hacia el tendón del extremoopuesto. Así se obtiene una gran fuerza en un recorrido corto. Estos músculosson muy frecuentes en insectos y crustáceos y los utilizan, por ejemplo, paraaccionar sus poderosas pinzas.

Pero, ¿cómo conseguir una copia del músculo biológico para usos industriales (y médicos)?

Desgraciadamente, cuando estallan conflictos bélicos siempre aumenta lademanda de prótesis para manos, brazos y piernas. Por ello desde hace yamucho tiempo se está investigando sobre prótesis funcionales de las manos.Concretamente, en el centro ortopédico de Heidelberg se consiguió desarrollarun brazo protésico accionado por aire comprimido. Un ejemplo de este tipo deprótesis se muestra en la fig. 2-6. El actuador fluídico es un cuerpo expansibleque al hincharse hace girar los dedos para que puedan sujetar con fuerza. Lamano se abre mediante un muelle de tracción. Hasta el año 1965, 350 personasse beneficiaron de este invento.

El músculo McKibben es una construcción sumamente interesante. Este músculoartificial juega un papel muy importante en el sector de las prótesis de manos.El estadounidense J.L. McKibben desarrolló un músculo con segmentos de gomaa mediados de la década de los años cincuenta para el accionamiento de la prótesis de una mano (fig. 2-7).

17

Fig. 2-6

Mano protésica desarrollada

por el centro ortopédico

de Heidelberg en 1948

1 Cuerpo de la pinza

2 Actuador fluídico flexible

3 Dedo de madera

4 Muelle de recuperación


6 Conducto

de aire comprimido

p Aire comprimido

1 2 3

4

p

5

6

El secreto de este músculo consiste en la utilización de una red de hilos noextensibles dentro de un tubo de goma a lo largo del brazo. Aplicando presión,el músculo se expande, con lo que se acorta aproximadamente un 20%, ya queel material de la red no cede. De esta manera se obtiene una fuerza de tracciónconsiderable. En esta prótesis basta mover el brazo para que los dedos sedoblen. Sin embargo, en aplicaciones móviles como esta, el problema fue ysigue siendo la alimentación del aire comprimido. Este músculo lleva el nombrede músculo McKibben o “rubbertuator” (actuador de goma).

La universidad japonesa Waseda de Tokio (Humanoid Robotics Institute) desarrolló ya en 1969 un dispositivo para caminar a base de músculos de goma, para fines de investigación científica. Los músculos de goma tubular eranaccionados de una determinada manera para conseguir que las piernas dieranun paso (fig. 2-8). Los japoneses estaban convencidos por aquellos años de que en el siglo XXI se dispondría de robots androides. Por ello realizaron experimentos con piernas artificiales capaces de caminar.

El interés por los actuadores fluídicos con membranas sigue inquebrantablehasta hoy en día. Por ejemplo, se construyó una mano de cinco dedos con laestructura y las dimensiones de una mano humana. Los dedos se movían accionados por actuadores neumáticos, tal como puede apreciarse en la fig. 2-9.Los actuadores eran sumamente pequeños e iban completamente integrados enlos dedos de la mano artificial. Se aplicaba aire comprimido desde 3 hasta 5 bary los dedos eran capaces de desarrollar una fuerza de hasta 10 N. Las frecuen-cias de contracción y extensión eran de hasta 10 Hz. Los actuadores neumáticosestaban constituidos por pequeñas cámaras que cambiaban su volumen al introducir o retirar un fluido (gas o líquido) [4].


Fig. 2-7

Prótesis de una mano

con músculo McKibben

1 Músculo de goma

2 Cable de accionamiento

3 Mano antropomorfa

de cinco dedos

1

2

3


Sin embargo, para utilizar un músculo con actuadores con membranas parafines industriales es necesario disponer de un material elástico compuesto, muyeficiente y con fibras altamente resistentes. El músculo neumático de Festo estáhecho de un material con estas características y puede utilizarse como actuadorde tracción.

19

Fig. 2-8

Máquina para caminar WAP-1

con músculos artificiales de

goma (1969)

Fig. 2-9

Actuadores neumáticos

flexibles (IAI, Centro de

Investigación de Karlsruhe)

a) Expansión

b) Contracción

1 Placa giratoria

2 Cámara flexible

3 Eje

1

2

3

a) b)

El músculo neumático está constituido por una membrana que se contrae.Concretamente, se trata de un tubo flexible que se somete a presión. El tubo flexible es una combinación de material homogéneo y flexible envuelto en unared de fibras resistentes dispuestas en forma de rombos. De esta manera seobtiene una estructura reticular de tres dimensiones. Este actuador puede funcionar tanto con fluidos compresibles como incompresibles (por ejemplo,agua limpia). Al igual que en otros componentes sometidos a esfuerzos de tracción, también en el músculo neumático sólo se producen tensiones normalesque se reparten de modo homogéneo en la superficie transversal. El músculopermite obtener fuerzas considerables utilizando poco material. Las constru-cciones sometidas a esfuerzos de tracción suelen ser más sencillas que las quetienen que soportar fuerzas de compresión o pandeo, ya que no se produceninestabilidades en su estructura. Para diseñar un músculo neumático puederecurrirse a fibras de gran resistencia, normalmente no utilizadas en sistemasque funcionan con presión. El músculo neumático de Festo es un productoestándar con estas características. Se trata de una membrana flexible y resis-tente a la tracción accionada por aire, otros gases o líquidos. Su forma es cilíndrica y la relación entre la fuerza y la masa es de aproximadamente 400:1.La contracción a lo largo del eje longitudinal es directamente proporcional alvolumen del aire aplicado.

La tensión que se produce en las paredes de superficies delgadas de formaesférica o cilíndrica depende de su tamaño. Cuanto más grande es la esfera o elcilindro, tanto mayor es la tensión s si se aplica una presión interior p2. La leyde Laplace (asumiendo que fuera efectivamente su descubridor) determina losiguiente en relación con las esferas (fig. 3-1):

3 Tecnología y características del músculo neumático20

3

Tecnología

y características del

músculo neumático

Fig. 3-1:

Rotura de un cuerpo

hueco de pared delgadar

p1

Tensión

p1p2 p2

12

σ = (p2 – p1) · r ·

∆U∆L

∆FU∆FL

tan α = =

3 Tecnología y características del músculo neumático

En los cilindros es válida la misma ecuación, aunque sin el factor 1/2. Los cilindros son curvos en un sentido, mientras que las esferas lo son en dos. Dadoque la presión se mantiene sólo por la tensión que actúa en un solo sentido,ésta se duplica. Un cilindro con extremos semiesféricos suele romperse en laparte cilíndrica central si se hincha hasta que revienta [5].

El principio de un sistema cilíndrico de membrana de contracción se muestra enla fig. 3-2. Un tubo hermético y flexible está rodeado por una red de fibras resistentes dispuestas en forma de rombos. Estas fibras forman una estructurareticular tridimensional a modo de refuerzo del tubo flexible. Si se aplica airecomprimido, el tubo se deforma aumentando su diámetro, produciéndose unafuerza de tracción axial. Cuanto mayor es la presión interior, tanto más se contrae el músculo.

Ecuaciones aplicables:

21

Fig. 3-2

Equilibrio de fuerzas en un

sistema de membrana de

contracción (sin considerar

las tensiones elastómeras

y la dilatación de las fibras)

p pp

FZ

∆FL

∆U

L

d

Carrera

FZ

∆FL

∆FU

∆FU

∆FU

2α

2α

∆FU

2 · ∆FU = p · d · ∆L

π ·d∆U

· ∆FL = p · d2 + FZπ4

3 · cos2α – 11 – cos2α

FZ = p · · d2π4

FZ = 0 → α0 = arccos √3

1

→ = α0 = 54,7°

Significado:d Diámetro del músculoFZ Fuerza de tracción∆FL Modificación de la fuerza de tracción∆FU Fuerza tangencial∆L Modificación de la longitudp Presión interna en el músculo∆U Modificación del perímetroα Semiángulo de los rombosαo Ángulo neutral de los rombos

En la fig. 3-3 se explican estas fórmulas y el funcionamiento del músculo [5].Primero se analizan los casos extremos.

Si la longitud es igual a cero, no hay volumen. En ese caso, el cilindro se reducea un disco. Las fibras formarían círculos sin ascendencia. Si el cilindro se expande hasta la longitud máxima, se transforma en una línea, por lo que tampoco tendría volumen. Las fibras estarían dispuestas longitudinalmente. El cilindro alcanza su volumen máximo aproximadamente en la mitad de estosdos casos extremos, siendo el ángulo de los rombos de 54,7°. Ese es el ánguloneutro, en el que un aumento de la presión interna provocaría con igual proba-bilidad un alargamiento o ensanchamiento del cilindro. En otras palabras: conese ángulo de las fibras, la fuerza de tracción es igual a cero.

En la fig. 3-4 se muestra la evolución típica de la fuerza durante la contraccióndel músculo neumático. Con él es posible obtener carreras útiles de hasta un25% de su longitud nominal. La aceleración es grande al principio y lenta alaproximarse a la posición prevista. La fuerza de tracción es máxima al principiodel proceso de contracción y disminuye casi linealmente hasta llegar a cero al


Fig. 3-3

Relación entre el volumen

y la longitud de un cilindro

envuelto en una red

romboidal de fibras al

cambiar el ángulo de las

fibras

A Zona de explosión

B Zona floja

C Línea de contracción

A

B C

Volu

men

rela

tivo

Longitud relativa

0,2

0,2

0,4

0,4

0,6

0,6

0,8

0,8

1,0

1,000

60° 50°

40°70°

80°

30°

20°


aumentar la carrera. Un cilindro neumático convencional aplica la misma fuerzaen toda la carrera, por lo que es necesario amortiguarlo en las posiciones finalespara evitar que se produzca un golpe seco en ellas.

Si se compara el músculo neumático con un cilindro convencional del mismodiámetro, puede apreciarse que el músculo tiene una fuerza inicial muy superior.Esta ventaja del músculo neumático resulta evidente en la fig. 3-5.

23

Fig. 3-4

Diagrama de fuerza y

contracción del músculo

neumático

1 Músculo

con diámetro de 10 mm

2 con diámetro de 20 mm

3 con diámetro de 40 mm

Fig. 3-5

La fuerza de tracción superior

del músculo neumático

resulta evidente.

1 Cilindro neumático

2 Músculo neumático

3 Masa

3

2

1

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0–5 0 5 10 15 20

Expansión en % Contracción en %

Fuer

za e

n N

25

1 2

3

G10 x G

Carrera Carrera

Fuer

zade

ele

vaci

ón

Fuer

zade

ele

vaci

ón

Esta circunstancia es, a la vez, un criterio importante para elegir las aplicacionesdel músculo neumático. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que las condicio-nes varían según las cargas. En la siguiente tabla (tabla 1) se explican las carac-terísticas.

Elevar una carga que Elevar/descender Amortiguar movimientos descansa sobre una una carga que pende mediante un volumen o superficie una presión constantes

Para enganchar una Enganchando una El músculo reacciona pieza sin aplicar fuerza, pieza que pende como un muelle si se es necesario que se produce un modifica la fuerza aplicada descanse sobre una estiramiento del externamente. Es posible base. En esta situación, músculo si éste no modificar la tensión previa el músculo no está está sometido a y la rigidez de este “muelle ni estirado ni presión. En estas neumático”, obteniéndose comprimido. circunstancias, el líneas características

músculo desarrolla diferentes del efecto fuerzas máximas en amortiguador.condiciones dinámicas óptimas y consume poco aire.

En cualquier aplicación deberá tenerse en cuenta también la temperaturaambiente. Si el músculo es de material estándar y si la temperatura ambiente es superior a 60 °C, no es recomendable su utilización ininterrumpida, ya que enese caso se produciría un envejecimiento prematuro del elastómero de caucho.Si la utilización es breve (algunos segundos), el músculo puede funcionar perfectamente estando expuesto a una temperatura superior a 60 °C.


Tabla 1

Diversas características

de la carga al utilizar

un músculo neumático p

v = const. p1 = const.


En aplicaciones dinámicas, el músculo también funciona a temperaturas inferiores a +5 °C, ya que después de unos pocos ciclos de cambio de cargaaumenta su temperatura debido al aire comprimido. Si, por lo contrario, el esfuerzo es estático y las temperaturas son bajas, las fuerzas obtenidas sonmenores que aquellas que se obtienen si el músculo se utiliza bajo las condi-ciones de temperatura recomendadas. Ello se debe a que la membrana es másrígida si las temperaturas son bajas, por lo que es necesario aplicar una energíamayor para que se dilate. Si las condiciones de la aplicación lo exigen, la composición del elastómero de caucho puede modificarse de tal modo que el músculo funcione sin problemas a temperaturas inferiores a los 5 °C o superiores a los 60 °C. Sin embargo, esta modificación puede afectar a otrascaracterísticas del músculo neumático (por ejemplo, a su duración).

¿Cómo calcular los parámetros principales en función de cada aplicación?El margen de funcionamiento del músculo neumático queda reflejado en el diagrama de fuerza y contracción (fig. 3-6). El margen de aplicación depende del diámetro y está determinado por los siguientes límites:• Límite de la tensión previa máxima admisible (línea izquierda vertical)• Límite de la fuerza máxima posible (línea superior horizontal)• Límite de la presión de funcionamiento máxima (línea derecha descendente)• Límite de la deformación máxima (línea derecha vertical)

Al seleccionar un músculo neumático debe tenerse en cuenta que los puntos de aplicación de la carga se encuentren dentro del margen de funcionamientoadmisible.

Ejemplo

Tarea: una carga constante de 80 kg hay que elevarla a 300 mm. Para ello se dispone de aire comprimido a 6 bar. ¿Qué músculo neumático (diámetro, longitud) deberá seleccionarse?

25

Fig. 3-6

Margen de funcionamiento

admisible del músculo

neumático con diámetro

interior de 20 mm

Fuer

za(N

)

Limitación de fuerza

Presión máx. de funcionamiento

Deformación máx.

Tens

ión

prev

ia m

áx.

Margen de funcionamiento admisible

Contracción [%]

Paso 1

Determinar el tamaño en función de la carga máxima que deberá elevarse.Considerando una fuerza de F = 800 N, puede utilizarse el músculo neumáticoMAS-20-...

Paso 2

Incluir los dos puntos de carga en el diagrama. Se trata de los puntos F = 0 Ncon presión p1 = 0 bar y F = 800 N con presión p2 = 6 bar.

Paso 3

Leer la contracción del músculo expresada en tanto por ciento en el diagrama. El cambio de la longitud corresponde a una contracción de un 10%.

Paso 4

Calcular la longitud nominal del músculo. La longitud nominal NL es el resultadode la carrera dividida por la contracción (en calidad de factor). Ello significa queNL = 300 : 0,1 = 3000 mm.

Considerando este resultado, tendría que verificarse si se dispone de suficientealtura para esta aplicación. Si se opta por elevar la masa utilizando una polea,entonces la carrera del músculo podrá ser del 50%, pero la fuerza desarrolladaserá también la mitad. Ello significa que sería suficiente utilizar un músculo de1,5 metros, pero que desarrollara el doble de fuerza. Esta solución se muestraen la fig. 3-7. Cabe anotar que esta solución implica la utilización de una estructura mecánica más complicada.


Fig. 3-7

Solución alternativa para

disminuir la longitud nominal


Carrera

Carrera


Para calcular el músculo es recomendable utilizar el software “MuscleSIM”.Debido a la histéresis del músculo, es posible que los resultados obtenidosmediante el diagrama de fuerza/contracción difieran de los que ofrece el software. El software de simulación es muy sencillo:• Definir la carga• Incluir los datos del proyecto (carrera, fuerzas, presión)• Obtención de la recomendación relacionada con los datos del músculo

neumático (longitud nominal, grado de contracción, masa total, espacionecesario para el montaje)

• Obtención de la lista de piezas

Al tomar una decisión en favor del músculo neumático, siempre se realiza consciente o inconscientemente una comparación con un cilindro neumáticoconvencional. Por ello se ofrece en la tabla siguiente (tabla 2) una comparaciónde las ventajas y desventajas de ambas soluciones.

Ventajas frente a un cilindro Desventajas frente a un cilindro

convencional con émbolo convencional con émbolo

• Siendo igual el diámetro, • Mayor tamaño para igual carrerala fuerza (inicial) máxima • La fuerza máxima se reduce es muy superior a cero en el límite del recorrido

• Mejor resistencia a los medios (lo que también puede ser una • Masa mucho menor ventaja en función de cada

por unidad de fuerza aplicación)• Precio inferior (dependiendo • Imposibilidad de generar

del producto con el que directamente una fuerza de presiónse compara) • Imposibilidad de disponer

• Posicionamiento sencillo de función de doble efectomediante regulación de la presión; • Imposibilidad de guiar la carga; en también en lo que se refiere caso necesario deben preverse a las posiciones intermedias estructuras mecánicas adicionales

• Sin fugas (cuerpo hermético) • Envejecimiento del caucho; • En muchas aplicaciones, menor la duración depende del grado de

consumo de aire comprimido contracción y de la temperatura• Fabricación sencilla de actuadores • Sensible a cortes ocasionados por

de cualquier longitud objetos con cantos cortantes y a • Funcionamiento altamente salpicaduras de soldadura; en caso

dinámico, gran capacidad necesario deben montarse de aceleración sistemas de protección

• Ausencia de movimientos a tirones • Peligro de aneurisma o formación • Apropiado para salas limpias de fisuras. El músculo no es

y para entornos industriales resistente a sobrecargascon suciedad

• Posicionamiento sin ruidos• Funcionamiento con aire

o con agua• Posibilidad de prescindir

de lubricantes

27

Tabla 2

Comparación entre

el músculo neumático

y el cilindro neumático

convencional con émbolo

Además debe tenerse en cuenta la resistencia del material elastómero (cloropreno). A este respecto pueden considerarse las siguientes características:

Resistencia a los fluidos

Buena: Envejecimiento, intemperie, resistencia a llamasAceptable: Acetona, gasolina, soluciones alcalinas, ozono, aire caliente,

frío, ácidos, agua (caliente)Mala: Benceno, cloro, vapor, ésteres, percloroetileno, piralenos

Propiedades mecánicas

Buenas: Fricción, doblado, dilatación, tenacidad, resistencia a la tracciónAceptables: Elasticidad, estabilidad dimensionalMalas: Aislamiento eléctrico

La frecuencia máxima de los ciclos de trabajo depende de numerosos parámetros:• La carrera necesaria• El grado de contracción del músculo• La carga, la presión, la temperatura, las válvulas y la forma

de la alimentación del aire• Disposición de la aplicación (amortiguación de la carga, topes,

muelles mecánicos para el retroceso, etcétera.)

Si se configura correctamente, el músculo neumático puede funcionar a frecuen-cias de hasta 3 Hz sin que por ello disminuya la duración del material. Para obtener frecuencias elevadas, es recomendable configurar el músculo de talmodo que su contracción no sea superior a un 10%; además, debería estarconectado por ambos extremos, con el fin de poder llenarlo y vaciarlo de airemuy rápidamente. De lo contrario, el músculo adquiriría una temperatura muyalta debido a la compresión permanente del mismo volumen de aire. Dicho seade paso que también en los seres vivientes cualquier movimiento de un músculoproduce calor. La generación del calor empieza al inicio de la contracción y perdura una vez finalizado el movimiento.

En los parámetros relacionados con la velocidad se aplican los mismos criteriosque en relación con la frecuencia. Los ensayos se realizaron bajo condicionesnominales específicas (temperatura ambiente, Ln = 10 x diámetro interior, 6 bar,músculo suelto en un extremo, sin carga adicional). La velocidad mínima es caside 0 m/s, la velocidad máxima es de 1,5 m/s en el caso del MAS–10 y de 2 m/sen el caso del MAS–20 y del MAS–40.

La duración depende de la carga que, a su vez, es el resultado del esfuerzo térmico, de la deformación y de la carga adicional. Ventilando el sistema es posible reducir la carga (térmica) de las piezas, consiguiéndose así un aumentosignificativo de la duración.



El músculo neumático puede montarse con la ayuda de diversos componentesperiféricos. En la fig. 3-8 se muestran estos componentes que pueden sujetarsea los dos extremos del músculo neumático, dependiendo de los requisitos queplantee la aplicación en cada caso.

El músculo puede tener una longitud de hasta 9000 mm, dependiendo de los requisitos planteados por la aplicación. El tubo flexible puede tener elementos de sujeción desmontables o fijos. Ambas versiones constan en la fig. 3-9. El músculo neumático está disponible actualmente con diámetros de 10, 20 y 40 mm.

29

Fig. 3-8

Componentes periféricos

para la conexión del músculo

neumático a las máquinas

(Festo)

1 Adaptador ciego

2 Adaptador radial

3 Adaptador axial

4 Válvula reguladora

de caudal

5 Racor rápido

6 Racor enchufable

Quick-Star

7 Boquilla enchufable

con rosca

8 Barra roscada

9 Escuadra

10 Horquilla

11 Horquilla articulada

12 Acoplamiento

13 Horquilla

con barra roscada

Fig. 3-9

Ejecuciones


a) Músculo neumático con

conexiones desmontables

b) Músculo neumático con

conexiones fijas

1 Tuerca

2 Cono prensador

3 Membrana


4 Estado relajado

5 Estado contraído

Carrera

Carrera

1

2

3

3

4 5

6

a)

b)

El accionamiento de los músculos neumáticos es sencillo y, a la vez, interesante.El músculo reacciona a las más mínimas modificaciones de la presión y funcionacon presiones entre 0 bar y p máx. = 6 bar (tratándose de músculos neumáticoscon diámetros de 10 mm es posible aplicar una presión de hasta 8 bar). La relación proporcional existente entre la variación de la longitud y el volumenpermite efectuar operaciones de posicionamiento con posiciones intermediasprescindiendo de complicados sistemas electrónicos de regulación, únicamentemodificando la presión interior. Sin embargo, el posicionamiento es más bienpoco preciso debido a la histéresis del músculo. Ello significa que el músculoneumático utilizado para operaciones de posicionamiento puede considerarseuna solución de tecnología sencilla y de bajo costo.

El músculo neumático es muy apropiado para aplicaciones difíciles, ya que no tiene componentes eléctricos o electrónicos y porque el actuador es completamente estanco. Estas características son importantes cuando se utilizan actuadores en zonas con peligro de explosión. Además, el sistema de control también puede ser completamente neumático.

Bajo circunstancias de utilización extremas, la duración del músculo disminuyesignificativamente. Los siguientes factores inciden negativamente en su duración:• Aumento de la contracción h, expresada en tanto por ciento• Aumento de la masa adicional m, expresada en kilogramos• Aumento de la temperatura ambiente y la temperatura de utilización,

expresada en grados centígrados

Estos factores se explican más detalladamente en la fig. 3-10.


Fig. 3-10

Duración C

(n = cantidad de ciclos)

en función de la carga

Masa m = O

Masa m = máx.

0 5 10 15 20 25 30

Contracción h en %

Dur

ació

n C

en c

anti

dad

de c

iclo

s


Del gráfico se desprenden las siguientes recomendaciones:• ¡Prever una longitud suficiente del músculo!• La duración depende de las contracciones. Menos contracciones redundan

en una duración mayor.• La alimentación y descarga del aire comprimido por ambos lados reduce

la temperatura de funcionamiento del músculo neumático (recomendada si la frecuencia es superior a 2 Hz; músculo MAS-...-MO...).

En los cilindros neumáticos de simple efecto el consumo de aire comprimido esmenor que en los cilindros de doble efecto porque sólo se consume aire duranteel movimiento de trabajo. Lo mismo se aplica en el caso del músculo neumático.Además, en comparación con un cilindro neumático convencional, consumeaproximadamente un 40% menos de energía siendo igual la fuerza. Dado que el músculo neumático no tiene émbolo, es posible reducir el volumen interiorcon un cuerpo interno adicional. De esta manera se disminuye adicionalmente elconsumo de aire comprimido sin que por ello se interfiera en el funcionamientoo en la duración del músculo neumático, al menos en circunstancias normales.En la fig. 3-11 se muestra la utilización de un cuerpo adicional dentro del músculo. Sin embargo, tratándose de aplicaciones muy dinámicas, debe tenerseen cuenta que la utilización de una menor cantidad de aire puede provocar uncalentamiento indebido del músculo neumático.

También en el caso del músculo neumático deben aplicarse criterios de segu-ridad. Un músculo bajo presión contiene un gran potencial energético. La libe-ración repentina de esa energía (por ejemplo, si revienta el tubo flexible a raízde una utilización indebida) puede tener como consecuencia el desprendimientobrusco de partes del músculo. Por ello, cualquier manipulación en el músculodeberá hacerse únicamente sin que esté sometido a presión [13].

31

Fig. 3-11

Músculo neumático con

cuerpo adicional de relleno


2 Cuerpo adicional

en el interior

1 2

En la tabla 3 constan los datos técnicos más importantes de los músculosneumáticos actualmente disponibles.

Tipo MAS-10-... MAS-20-... MAS-40-…

Presión máxima de funcionamiento 8 bar 6 bar

Frecuencia de trabajo máxima 3 HZ 2 HZ

Rosca de conexión M10 x 1,25 M16 x 1,5 M20 x 1,5

Diámetro interior 10 mm 20 mm 40 mmdel tubo flexible reforzado

Asimetría máxima admisible – Desfase del ángulo < 1°de las conexiones – Desfase transversal < 2 mm

por cada 100 mmlongitud nominal

Extensión previa máxima admisible 3% de la longitud nominal ***)

Contracción máxima 20% de la longitud 25% de la nominal ***) longitud

nominal ***)

Margen de temperatura admisible +5 °C ... +60 °C

Fuerza de elevación 400 N 1200 N 4000 Nmáxima a 6 bar**)

Carga útil máxima admisible 30 kg 60 kg 120 kg(pieza colgante)

Histéresis máxima inferior a 5%

Relajamiento máximo inferior a 5% (a temperatura ambiente)inferior a 10% (a temperatura máxima)

Velocidadminima 0,05 m/s 0,05 m/s 0,05 m/smáxima 1,5 m/s 2 m/s 2 m/s

Consumo teórico de aire 10 l/min 75 l/min 600 l/mina 1 HZ*)

Fugas normales inferiores a 1 l/h

Precisión de repetición Variación máxima del 3%

Materiales Brida de conexión: Al ( anodizado); acero ( cincado); NBRTubo flexible: Cloropreno, aramidaPegamento: Loctite 243

*) Condiciones nominales: 6 bar, longitud nominal x diámetro, estiramiento previo máximo

**) Limitada por sistema de seguridad de limitación de la fuerza***) Longitud nominal = Zona visible del tubo flexible sin carga


Tabla 3:

Datos de los músculos

neumáticos disponibles


Ejemplo de configuración

Elevación de una carga constante. Utilización del músculo neumático para acoplar una carga constante de 80 kg a partir de una superficie básica y elevarla100 mm. La presión de funcionamiento es de 6 bar. Se busca el tamaño apropiado del músculo neumático (diámetro y longitud nominal) (otras cargas:programa de cálculo “MuscleSIM”).

Condiciones de la tarea Valores

Fuerza necesaria en posición de reposo 0 N Carrera necesaria 100 mmFuerza necesaria en estado de contracción, aprox. 800 NPresión de funcionamiento 6 bar

Solución

Paso 1

Determinar el tamaño del músculo neumático.Determinar el diámetro apropiado del músculo neumático en función de la fuerza necesaria. La fuerza necesaria es de 800 N, por lo que deberá elegirse un MAS-20-... .

Paso 2

Incluir el punto de carga 1. El punto de carga 1 se incluye en el diagrama del MAS-20-... .Fuerza F = 0 N Presión p = 0 bar

Paso 3

Incluir el punto de carga 2.El punto de carga 2 se incluye en el diagrama fuerza/recorrido.Fuerza F = 800 N Presión p = 6 bar

Paso 4

Lectura del cambio de longitud. El cambio de longitud del músculo neumático se lee en el eje X entre los dospuntos de carga (contracción en %).Resultado: Contracción de 10,7% .

Paso 5

Cálculo de la longitud nominalSiendo necesaria una carrera de elevación de 100 mm, la longitud nominal delmúsculo se obtiene dividiendo por la contracción porcentual.Resultado: 100 mm/10,7% ~ 935 mm.

Paso 6

Resultado: La longitud nominal del músculo que deberá pedirse es de 935 mm.Para acoplar sin fuerzas una carga de 80 kg y para elevar esa carga100 mm, se necesita un MAS-20-N935-AA-… .

Véase la diagrama por lado 25.

34 4 Características constructivas del músculo neumático

El primer criterio que debe tenerse en cuenta al diseñar la unión entre el músculo y la carga es utilizar sistemas que no puedan transmitir esfuerzos decompresión, de torsión o de flexión. Estos esfuerzos pueden contrarrestarse endiversos casos desviando la fuerza. El músculo neumático es, antes que nada,un actuador de tracción y como tal debe emplearse. En la fig. 4-1 se muestranlas desviaciones admisibles con el músculo neumático en funcionamiento.Cualquier sujeción del músculo que no sea paralela tiene efectos negativos y puede evitarse recurriendo a elementos de unión tipo cabeza de biela o tiporótula. Deberán evitarse cargas excéntricas y la aparición de fuerzas torsionales.

Deberá tenerse en cuenta que el estiramiento previo máximo admisible nodeberá superar el 3% de la longitud nominal. Este valor es válido para el músculo neumático de 10 mm de diámetro suponiendo la existencia de unacarga colgante adicional de 30 kg.

4

Características

constructivas del

músculo neumático

Fig. 4-1

Denominaciones

y desviaciones admisibles

al efectuar el montaje

NL Longitud nominal

vL Longitud con estiramiento

previo

G Peso

kL Longitud contraída

P Error de paralelismo

admisible (inferior a 2 mm

por cada 100 mm

de la longitud nominal)

W Conexión con movimiento

angular

α Error angular admisible

(< ± 1°)

M Momento de giro

(M = 0 Nm)

E Excentricidad de la carga

(E = 0 mm)

NL

vL

kL

Pα

G G

G G W

G

E

M

35

Si el músculo neumático se somete a una carga estática durante un tiempo prolongado (más de 500 horas), se produce un efecto de relajación. Ello significaque el músculo se alarga, con lo que disminuye ligeramente la fuerza supo-niendo que no cambian la presión interna y la posición. Expuesto a temperaturaambiente, el alargamiento por relajación es inferior a un 5% en los tres músculos neumáticos de diferentes diámetros. Si la temperatura es de 60 °C,dicho alargamiento es igual o inferior a un 10%.

El músculo neumático es un actuador de tracción, con lo que únicamente puedetransmitir fuerzas de tracción. Al igual que en el caso del uso de sogas, cadenaso correas, el músculo neumático no tiene guía al ejecutar su movimiento, por loque es necesario montar elementos adicionales. En el caso de los cilindrosneumáticos de tipo convencional no es necesario hacerlo, ya que el émbolo y elvástago son rígidos y guían el movimiento. Cualquier tipo de guía implica elmontaje de elementos adicionales, lo que redunda en un aumento de los costos.En estos casos, la relación masa/rendimiento resulta algo menos favorable. Enla fig. 4-2 se muestran algunas soluciones para guiar los movimientos.

Tal como se indica en la fig. 4-2, eligiendo la guía, el punto de conexión y elextremo móvil apropiados del músculo neumático, también es posible utilizarlocomo actuador de compresión.

Otra posibilidad consiste en utilizar un mecanismo tipo tijera, por ejemplo paraguiar una carga al elevarla. Esta solución puede apreciarse en la fig. 4-3. Estetipo de instalaciones suele montarse sobre un carro que se desplaza colgado del techo. El mecanismo de tijera es doble y el músculo neumático se encuentraen el medio.

Pero también puede optarse por otras soluciones mecánicas mediante palancas.En el caso que se muestra en la fig. 4-4, el movimiento elevador del músculoneumático se guía a lo largo de una línea recta mediante un brazo articulado.

4 Características constructivas del músculo neumático

Fig. 4-2

Guías para los movimientos


a) Guía mediante

barra interna

b) Guía mediante

barra externa

c) Guía externa

mediante placas


2 Barra de presión,

movimiento de compresión


4 Columna de guía

5 Placa

a) b) c)

1 1

1

2 2

33

4

5

5


Este brazo puede ser doble simétricamente, obteniéndose un sistema de cuatroarticulaciones. En comparación con las guías longitudinales, estos mecanismosarticulados tienen la ventaja de que la guía no tiene piezas que se desplazan en el mismo sentido del movimiento del músculo. Este es un criterio que puederesultar importante si no se dispone de suficiente espacio en la parte superior.Sin embargo, estos sistemas también ofrecen desventajas, tales como una carrera de elevación limitada y la necesidad de montar piezas adicionales parala guía.

Fig. 4-3

Mecanismo tipo tijera

para guiar los movimientos


1 Articulación


3 Conducto para aire

comprimido

4 Brazo del mecanismo

de tijera

5 Pinzas

6 Pieza

p Aire comprimido

Fig. 4-4

Guía con brazos articulados

en forma de paralelogramo

1 Carril en el techo

2 Rodillo


4 Paralelogramo

5 Soporte de la carga

6 Gancho

7 Empuñadura para dirigir

la manipulación

p1

2

3

4

5

6

Carrera

1

2

3 4

5

67

37

En la fig. 4-5 se muestra otra solución. En este caso se utilizan cuatro cintas de rigidez transversal dispuestas en ángulo de 90° entre sí. Las cintas estánenrolladas en rodillos provistos de muelles de torsión en su interior. Así, las cintas se enrollan automáticamente. Uno o varios músculos neumáticos estánconectados al bastidor elevador y se ocupan de ofrecer la fuerza necesaria parala operación de elevación. Las cintas hacen además de protección para los músculos neumáticos.

En muchas máquinas no es necesario prever una guía especial para el músculoneumático ya que la máquina como tal ya está provista de los elementosnecesarios, por lo que únicamente hay que utilizar los puntos de conexión apropiados para el músculo. Lo dicho también se aplica en el caso de utilizar elmúsculo neumático como muelle, tal como se puede apreciar en la fig. 4-6. Eneste ejemplo se muestra una «bota saltadora» («airhopper») según un proyectode B. Osko y O. Deichmann y en la que el músculo neumático hace las veces demuelle. Con esta bota se puede saltar más alto o más lejos gracias a la fuerzadel muelle, ya que una parte de la energía cinética que se produce en cada saltose acumula para volver a disponer de ella en el siguiente salto. Esta construc-ción tomó como ejemplo los tendones de las patas de los canguros. Sin embar-go, es sumamente difícil acostumbrarse a dar saltos con las dos piernas juntas.Pero también existen skateboards provistos de músculos neumáticos en la suspensión con el fin de amortiguar los movimientos y aumentar así la manio-brabilidad del artefacto [6].


Fig. 4-5

Estabilización del movimiento

de elevación mediante cuatro

cintas de rigidez transversal.

1 Estructura


3 Rodillo

4 Cinta

5 Bastidor

1

2

3

4

5


Existen muchos modos de diseñar actuadores neumáticos que, combinados conun músculo neumático y un muelle de compresión, pueden asumir las funcionesde un cilindro de simple efecto. En las figuras 4-7 y 4-8 se muestran diversosejemplos. En estos casos puede utilizarse, por ejemplo, un músculo neumáticode 20 mm de diámetro. La ventaja consiste en su gran fuerza (1200 N) y en surespuesta inmediata.

Fig. 4-6

Airhopper (Festo)

1 Bota


3 Base

Fig. 4-7

Cilindro con muelle

de compresión y reposición

por músculo neumático

1 Culata

2 Cuerpo cilíndrico




5 Anillo opresor

6 Casquillo

7 Leva

8 Conexión

del aire comprimido

1

2

3

1 2 3 54

6 7

18

39

El cilindro de la fig. 4-7 tiene una leva guiada a la que pueden conectarse componentes de máquinas. El muelle de presión o los resortes de disco se encuentran en el interior del músculo (fuerza del muelle: aproximadamente 700 N).

El cilindro con músculo neumático de la fig. 4-8 fue desarrollado para la sujeciónde piezas y puede montarse de tal modo que asuma funciones de compresión ode tracción, dependiendo del lado en el que aplique la fuerza. El cuerpo básicoestá montado sobre la mesa de una máquina, pudiéndose utilizar para ello ranuras de guía. El cuerpo cilíndrico se mueve cuando se aplica aire comprimido.El muelle sirve para recuperar la posición normal del músculo neumático, con lo que es posible aprovechar casi la totalidad de la fuerza del músculo para laaplicación.

Utilizando una unidad de guía estándar (FEN-...) y un músculo neumático en vezde un cilindro neumático convencional, se obtiene un actuador más económico(fig. 4-9). Además puede escogerse entre una unidad con guía deslizante o conguía de rodamientos. Y si es necesario, también puede montarse un sistema demedición de recorrido. La calidad del guiado es buena y, además, tratándose deuna guía doble, no se producen movimientos torsionales. Una unidad de estaíndole es apropiada para muchas aplicaciones de automatización industrial,especialmente si se necesitan recorridos cortos.


Fig. 4-8

Cilindro con músculo

neumático

1 Cuerpo con diámetro

de 42 mm

2 Tapa roscada

3 Anillo opresor

4 Camisa



7 Rosca de conexión

8 Conexión

del aire comprimido

112

2

3 4 5 6

7

8


En la fig. 4-10 se muestran algunas variantes para la conexión del músculo alsistema neumático. Se distinguen por la cantidad de movimientos por unidad de tiempo. En el caso de los circuitos de la fig. 4-10 b y d deberán montarse lasválvulas lo más cerca posible del músculo neumático. Además, es recomendableque los diámetros de los elementos de conexión y de los tubos flexibles sean lomás grandes posible. Los circuitos deben respetar los principios básicos válidosen la neumática, tal como se indica, por ejemplo, en [14] y [15].

Fig. 4-9

Unidad de guía estándar

con músculo neumático

a) Guía deslizante

b) Guía de rodamiento

de bolas

1 Barra de guía


3 Guía deslizante

4 Guía de rodamiento


6 Yugo

Fig. 4-10

Esquemas neumáticos

para la conexión del músculo

neumático

a) Alimentación de aire

con adaptador radial

o axial (frecuencia de

hasta 0,5 Hz)

b) hasta d)

Entrada de aire mediante

adaptadores axiales

(frecuencia de

hasta 0,5 Hz)


MAS-...MC


MAS-...MO

3 Válvula de 3/2 vías

4 Válvula de antirretorno

5 Válvula de escape rápido

6 Válvula estranguladora

7 Válvula de 5/2 vías

6

1

2

5

3

4

2

5

a) b)

a)

c) d)

b)

1

2

3

4

56

1 1

11

1

2 2

2

3 3

3

3

A

AP

P

R

R

4

5 12

41

El músculo neumático también funciona con vacío, aunque sólo de modo indirecto, tal como puede apreciarse en la fig. 4-11. El lado fijo del músculo está abierto y conectado a la atmósfera; si es necesario, en este lado puedemontarse un silenciador. El vacío actúa sobre el exterior del músculo. Al conectarel vacío, se retrae el vástago porque la presión en el interior del músculo esmayor. Para volver a la posición normal (avance del vástago) se utiliza la fuerzade un muelle. También es posible aplicar una fuerza externa, desacoplada delproceso.

También es interesante analizar cómo cambian las fuerzas y las carreras si se conectan varios músculos neumáticos en serie o en paralelo. En la fig. 4-12 se ofrece información al respecto. Es posible sumar las fuerzas (disposición enparalelo) o las carreras (disposición en serie). En este último caso habría quepensar en la posibilidad de utilizar más bien un músculo neumático correspon-dientemente más largo. Sin embargo, ello sólo es posible si el sentido de la aplicación de la fuerza es uniforme. En la fig. 5-1 se muestran diversas variantesde aplicaciones.

Con frecuencia se pregunta si es posible aprovechar la expansión radial del músculo neumático para tareas de sujeción. La respuesta es muy clara: el músculo no puede aprovecharse para dicha función, no solamente porque enese caso la superficie del músculo se desgastaría prematuramente por la fric-ción, sino especialmente porque al producirse la contracción, la red de las fibras se desplaza. Por lo tanto, cualquier fricción en la superficie del músculoprovocaría un desgaste considerable. El músculo neumático fue concebido yoptimizado únicamente como actuador de tracción.


Fig. 4-11

Funcionamiento

del músculo con vacío

1 Cuerpo

2 Conexión con la atmósfera


4 Conexión de vacío

5 Vástago

6 Plato del muelle


8 Tuerca

1

2

3

4

5 6 7 8


Si a pesar de esta advertencia se utiliza el músculo para sujetar piezas con lasuperficie lateral (en la fig. 4-13 se muestra un ejemplo), debe contarse con un desgaste prematuro. En la fig. 5-16 se muestra la configuración apropiadapara la misma aplicación. Aún así, el mecanismo utilizado en esta solución esrelativamente sencillo.

Fig. 4-12

Conexión de varios

músculos neumáticos

Fig. 4-13

Sujeción de una pieza con la

superficie lateral del músculo

a) Utilización indebida

b) Apto para el

funcionamiento

permanente


2 Pieza

3 Barra de guía

Fuerzas F Recorridos s

Cone

xión

en

para

lelo

Cone

xión

en

seri

e F

3 F 3 F s

3 s

1

2

3

a) b)

43

El músculo neumático tampoco es apropiado para las aplicaciones que constanen la fig. 4-14. En el primer caso se trata de la generación de una fuerza interioral doblar tubos. Para que el tubo mantenga su diámetro interior al doblarlo deberecurrirse preferentemente a los métodos convencionales, es decir, introducirarena en el tubo cerrando sus extremos o introducir un muelle con numerosasespiras; una vez doblado el tubo, se extrae la arena o, respectivamente, el muelle. También es poco recomendable utilizar el músculo neumático para quitar abolladuras en tubos, exceptuando a lo sumo algunos casos excep-cionales en aplicaciones artesanales.

Si la membrana no está recubierta de una red de fibras en forma de rombos y si,además, tiene forma de almohadilla, la situación es diferente. Mientras que elmúsculo neumático no es la solución apropiada para estas aplicaciones, conestas “semialmohadillas” hichables sí es posible sujetar piezas. En la fig. 4-15se muestran algunas aplicaciones con estas almohadillas neumáticas.


Fig. 4-14

El músculo neumático

como generador de fuerzas

de apoyo

a) Doblar tubos

b) Desabollar segmentos

de tubos

1 Tubo a doblar

2 Tubo abollado


Fig. 4-15

Sujeción de piezas con

músculos neumáticos planos

a) Pinzas

b) Sistema de sujeción

c) Sujeción en el interior

de tubos

d) Semialmohadilla

neumática

1 Semialmohadilla

2 Pieza

3 Placa de base

4 Conducto

de aire comprimido

5 Lector de código de barras

6 Iluminación

7 Articulación giratoria

8 Ángulo de ajuste

9 Placa de base

10 Placa de sujeción

11 Cuerpo interior

12 Anillo para colgar

1

23

a)

b)

a)

b)

c)

d)

1

1

1

1

2

2

2

2

3

4

4

4

5

6

7

8

9

9

10

10

11

11

12


En el caso de la pinza de la fig. 4-15a, la pieza no queda posicionada correc-tamente en el centro de la pinza. La fuerza de sujeción puede regularse mediante la presión. Deberán evitarse movimientos sin contrafuerza. La pieza no debe tener rebabas ni tampoco debe haber partículas de suciedad con cantos cortantes. Una solución con este tipo de almohadillas neumáticas tienela ventaja de que no precisa mantenimiento, ya que es suficiente con efectuarun control visual de vez en cuando. Si se montan estos músculos neumáticosplanos sobre un cuerpo de varias superficies, puede obtenerse un sistema desujeción interior, tal como se muestra, por ejemplo, en la fig. 4-15d (sujeción de tubos).

En la tabla 4 se incluyen algunas recomendaciones para la utilización del músculo neumático.

Propiedades Campos de aplicación

Poca masa, Aeronáutica, técnica móvil, fabricación diseño compacto de automóviles, sistemas con movimientos

dinámicos como (por ejemplo, robótica) equipos altamente dinámicos como (por ejemplo, sistemas para cortar), simuladores

Gran fuerza inicial Aplicaciones que exigen una gran capacidad y gran capacidad de aceleración, sistemas de elevación, de aceleración sistemas de sujeción, simuladores, pinzas,

sistemas de seguridad y bloqueo, relación inicial fuerza/masa de 400:1

Conexiones herméticas, Salas limpias, biomedicina, zonas con aguas gran resistencia sucias, depuración de aguas, zonas con peligro a los medios de explosión, procesamiento de madera

Movimientos sin tirones Posicionamiento preciso a bajas velocidades, sistemas de animación en teatros y escenarios, equipos de rehabilitación médica, robots antropomórficos

Ciclos a frecuencias Procesos de corte y clasificación elevadas altamente dinámicos

Curva de fuerza Suavidad del movimiento decreciente en la posición final o nominal(curva fuerza/recorrido)

Relación presión/longitud Avance hasta posiciones intermedias mediante regulación de la presión y sin sistema de medición

Estructura robusta Utilización en entornos con polvo y suciedad

Tabla 4

Recomendaciones

para la utilización


45

El músculo neumático es un actuador que se presta muy bien para tareas de elevación de piezas debido a su considerable fuerza y a la ejecución de los movimientos sin tirones. Para aumentar la carrera es posible conectar variosmúsculos en serie y, además, utilizar sistemas de poleas. En la fig. 5-1 se proponen diversas configuraciones (en las gráficas los músculos aparecen amayor escala). Estas soluciones se refieren a equipos manuales de manipu-lación de piezas. En algunas de ellas, el músculo neumático puede montarse en voladizos y columnas ocupando poco espacio y muchas veces de modo novisible desde el exterior. En estas aplicaciones suele haber suficiente espaciopara conectar varios músculos en paralelo con el fin de aumentar la fuerza disponible. ¿Qué carreras de elevación se obtienen con las variantes de dife-rentes relaciones?

En las variantes 1 hasta 4 incluidas en la gráfica, se obtienen las carreras que seindican a continuación (suponiendo una contracción del 20%):

5 Aplicaciones

5

Aplicaciones

5.1Elevar

Fig. 5-1

Posibles variantes

para el montaje del músculo

neumático [7]

a) Montaje sencillo

b) Duplicación de la carrera

mediante una polea

c) Montaje doble con polea

d) Disposición en paralelo

para aumentar la carrera

1 Ventosa

2 Unidad de mando


4 Carro

5 Rodillo de desviación

6 Voladizo

7 Placa de conexión

8 Conducto

de aire comprimido

H Carrera

L Longitud de la membrana

contráctil

H3

L2

L 1

5

2

6

1

23

2

4

56

7

8

H1

H2

H4

F

L 1

L 1

L 1

a) b)

c) d)

Variante 2Variante 1

Variante 3 Variante 4

3

46 5 Aplicaciones

H1 = 0,2 ⋅ L1

H2 = 2 ⋅ 0,2 ⋅ L1

H3 = [(0,2 ⋅ L1) + (0,2 ⋅ L2)] ⋅ 2H4 = (0,2 ⋅ L1) + (0,2 ⋅ L2)

A continuación se ofrece una comparación de las carreras y fuerzas obtenidascon las variantes que figuran en 5-1. Los datos básicos son los siguientes:

L1 = 2000 mm, L2 = 1400 mmTamaño del músculo neumático MAS 40 (= 40 mm de diámetro interior)Presión de funcionamiento de 6 barContracción del 9% y del 20% de la longitud inicial

Con estos supuestos, se obtienen los datos que constan a continuación (suponiendo que la carga no pende libremente):

Contracción del 9% Contracción del 20%

Variante Carrera enmm Fuerza F en N Carrera en mm Fuerza F en N

1 (Fig. 5-1a) H1 = 180 3900 400 1800

2 (Fig. 5-1b) H2 = 360 1950 800 1800

3 (Fig. 5-1c) H3 = 612 1950 1360 1800

4 (Fig. 5-1d) H4 = 360 7800 800 3600

Estas fuerzas pueden aumentarse de modo muy sencillo conectando en paralelovarios músculos neumáticos. Además, de esta manera los movimientos puedenregularse de modo más fino.

En la fig. 5-2 se muestra otro tipo de ejecución. La unidad de elevación completapuede montarse, por ejemplo, en un carril en el techo.

Fig. 5-2

Sistema de accionamiento

con correa plana para elevar

cargas

1 Guía cilíndrica

2 Guía de fricción


con eje fijo

4 Montaje en el techo


con eje móvil


7 Base

8 Correa plana

9 Elementos

para colgar cargas

FG Peso

FA Fuerza de accionamiento

FA

FG

1 2

3

4

5 6 7

8

9

47

Regulando la presión puede equilibrarse la carga, de modo que se produce unasituación de ingravidez aparente al manipular la pieza colgante. Cuanto menores la masa de la pieza, tanto más dinámicos pueden ser los movimientos accio-nados por el músculo neumático. Delante y detrás del sistema de rodillos seencuentra montado respectivamente un músculo neumático y los dos estánconectados entre sí de modo paralelo. Los músculos se encuentran dentro de un tubo de guía y están sujetos en el lado derecho a la placa de base. La carreramáxima de elevación de la carga cuadruplica en esta construcción la carrera delos músculos neumáticos. Sin embargo, en esta configuración debe tenerse encuenta que la fuerza disminuye al aumentar la carrera. Por ello se utilizan eneste ejemplo dos músculos.

En la fig. 5-3 se muestra un sistema de manipulación manual en el que la cargade la pieza también se compensa con un músculo neumático, para lo cual esnecesario poder regular la presión. Dependiendo de las cargas, se recurre a uno o varios músculos. Este sistema de accionamiento mediante un músculoneumático puede instalarse fácilmente en combinación con la columna que, detodos modos, tiene el sistema. La utilización de varios músculos tiene la ventajade ofrecer más seguridad. Si falla un músculo, el segundo garantiza la presenciade una fuerza restante. A diferencia de las unidades de manipulación explicadasantes, en este caso se compensan las fuerzas ocasionadas por el movimientodel brazo en voladizo. El radio de acción de esta unidad de manipulación es relativamente grande, por lo que debe montarse en lugares espaciosos.

5 Aplicaciones

Fig. 5-3

Sistema de manipulación

manual con músculo

neumático

1 Articulación giratoria

2 Brazo

3 Eje giratorio

4 Actuador final

5 Barra

6 Paralelogramo


8 Columna

9 Rodamiento de bolas

10 Eje giratorio básico

1

2

3

4

5

6

7

7

8

9

10

48 5 Aplicaciones

Aunque la carrera del músculo es relativamente pequeña, es posible obtenerequipos sencillos para la elevación de cargas con este tipo de estructuras. En lafig. 5-4 se aprecia una instalación para la manipulación de losas.

El aire comprimido se genera localmente y se utiliza para la operación de elevación de piezas, aunque también para la generación de vacío mediante unatobera Venturi. La carga puede manipularse con facilidad, ya que la pieza pendede modo favorable en términos dinámicos. El equilibrado de la carga, es decir, la compensación de todas las fuerzas ocasionadas por el peso, es posible sinque se produzcan movimientos a tirones porque el actuador elevador funcionaejecutando movimientos suaves.

El músculo neumático puede utilizarse de modo muy efectivo en diversos equipos de construcción propia. En la fig. 5-5 se aprecia un sistema de estaíndole para elevar equipos de engomar para efectuar las operaciones de limpieza necesarias. Esta unidad dispone de pivotes laterales con ganchos para colgar de ellos la pieza. Del mismo modo pueden transportarse otros tipos de pieza en forma de caja, tales como los moldes utilizados en plantas de fundición. Ello significa que la estructura básica del sistema puede tener muchasaplicaciones. Por ejemplo, puede utilizarse para montar pinzas para manipularpiezas fundidas o para obtener equipos dotados de ventosas para sujetar placasde madera o de vidrio o para elevar muebles de superficies lisas.

Fig. 5-4

Sistema elevador

con brazo en voladizo

a) Sistema elevador

b) Esquema de distribución

1 Brazo en voladizo

2 Carro con generador

de aire comprimido

3 Cable eléctrico


de 20 mm de diámetro

nominal

5 Conducto

de aire comprimido

6 Eyector

7 Empuñadura

8 Ventosa

9 Losa

10 Válvula de vías

11 Tobera de aspiración

12 Filtro de vacío

13 Válvula de palanca

14 Vacuostato

1

2

34

5

6

78

910

11

4

12

13

14

1

1

3

2

2

11

a) b)

49

Las mesas elevadoras tipo pantógrafo son otra aplicación interesante del músculo neumático. En la fig. 5-6 se ofrecen dos ejemplos. El peso de la placaelevadora suele no ser suficiente por sí solo para el descenso. La fuerza de ele-vación necesaria proviene de un músculo neumático. También es posible utilizardos músculos neumáticos con el fin de aumentar la fuerza. El músculo puedemontarse de modo relativamente sencillo.

5 Aplicaciones

Fig. 5-5

Sistema elevador

para equipos de engomar

1 Rodillos para

desplazamiento a lo largo

de un carril montado

en el techo


3 Empuñadura

4 Conducto de aire a presión

5 Ganchos

6 Pieza

7 Base de fijación

8 Válvula estranguladora

9 Corredera de mando


de presión

Fig. 5-6

Mesa elevadora tipo

pantógrafo con accionamiento

por músculos neumáticos

a) Mesa elevadora

con pantógrafo simple

b) Mesa elevadora

con pantógrafo doble

1 Placa elevadora


3 Pantógrafo

4 Base

F Fuerza

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

F F1 1

22

33 2

4

a) b)

50 5 Aplicaciones

En la fig. 5-7 se aprecia una posible solución para la elevación escalonada depaletas, de modo que las piezas de la parte superior de la paleta siempre seencuentran a una altura determinada. Un rodamiento de bolas se desplaza a lo largo de un tubo de guía y el giro indebido se evita mediante pernos que semueven dentro de una ranura longitudinal. Al mismo tiempo, dichos pernos seaprovechan para el montaje del músculo neumático. El músculo está protegidopor un tubo. En esta mesa elevadora hay cuatro actuadores de este tipo.

La paleta se deposita en el lugar debido. A continuación, el sistema de trinquetes desciende desde la posición A por efecto del peso. Al pasar por elcostado de la paleta, los trinquetes quedan sujetos en su parte inferior en laposición B. La carrera de elevación se define únicamente regulando la presióndel músculo neumático.

Fig. 5-7

Plataforma

para elevar paletas

1 Placa con brida


3 Tubo de guía

4 Ranura longitudinal

de guía


6 Masa de compensación

7 Piezas apiladas

8 Trinquete

9 Paleta

h1 hasta h7

Alturas definidas

p Aire comprimido

B

A

h1

h2

h3

h4

h5

h6

h7

1

2

3

4

5

6

7

8

9

p

51

La regulación del nivel de placas, hojas de papel o cartón apiladas es una función necesaria en muchas máquinas. Para efectuar las operaciones demanipulación correspondientes es indispensable que la altura de las piezas apiladas se mantenga constante aunque la cantidad de piezas varíe. En la fig. 5-8 se muestra una posible solución. La altura se regula mediante un músculo neumático. Para disponer de suficiente carrera, se utilizan tres músculos conectados en serie. De esta manera se suman las carreras de contracción hasta obtener la carrera total necesaria. Sin embargo, la desventaja de este sistema es que en dos de los músculos se mueve la conexión de airecomprimido. Duplicando el sistema en la parte posterior posiblemente puedaprescindirse de una guía adicional en la placa de soporte.

En la fig. 5-9 se aprecia una aplicación poco usual del músculo neumático. Se trata de un sistema para elevar la parte superior de vidrio de seguridad devitrinas colgantes. Para retirar las piezas expuestas en la vitrina, el músculo seocupa de elevar su parte superior, incluyendo las instalaciones eléctricas para la iluminación. A continuación se tiene acceso a las piezas de exposición. En los cuatro extremos de la parte superior de las vitrinas hay cables para guiar el movimiento de elevación. Estos cables están sujetos al techo y a la placa debase de la vitrina, evitando así que la parte superior de la vitrina efectúe un giroal elevarse y, además, consiguen que la placa de base mantenga su posición.Dado que la vitrina está colgada, no tiene pies de apoyo de ningún tipo. Se sobreentiende que esta construcción también puede utilizarse en otras insta-laciones en las que es necesario elevar una tapa o campana. Por ejemplo, es

5 Aplicaciones

Fig. 5-8

Regulación de la altura de

piezas apiladas utilizando



2 Papel apilado

3 Estructura básica


5 Cable

6 Placa de soporte

7 Polea doble

1

2

3

4

5

6

7

52 5 Aplicaciones

apropiada para elevar campanas de seguridad en puestos de laboratorio, enbancos de prueba u en otros puestos de trabajo especiales que existen en elsector médico.

La fig. 5-10 muestra un sistema giratorio para alimentar piezas a un equipoautomático de limpieza. Un brazo eleva el soporte con la pieza para posicionarladelante de una ventanilla de limpieza mientras que el soporte descansa sobre lajunta del marco de la ventanilla. Para mover el brazo es necesario disponer deun gran momento de giro, generado en este caso por dos músculos neumáticosde 40 mm de diámetro. El movimiento de los músculos se transmite al eje delbrazo mediante una cadena. En el otro extremo de la máquina se ha instalado el mismo sistema de accionamiento. Los dos brazos giratorios están unidos fijamente entre sí mediante la plataforma de soporte, por lo que ejecutan unmovimiento sincronizado.

Fig. 5-9

Sistema de elevación

de vitrinas


2 Cable eléctrico

3 Cable de guía

4 Sistema de iluminación

5 Parte superior

de la vitrina de vidrio

6 Placa de soporte

7 Pieza expuesta

Fig. 5-10

Equipo para alimentar piezas

a una máquina automática

de limpieza de piezas


2 Cadena

3 Brazo giratorio

4 Rodillo del eje

5 Apoyo del eje

6 Pieza a limpiar

7 Plataforma de soporte

8 Junta

9 Toberas de limpieza

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

89

5

3

53

Las pinzas se utilizan para sujetar temporalmente piezas, paquetes u otrosobjetos y, por lo general, están montadas en brazos que ejecutan movimientostridimensionales. Por razones dinámicas se procura que las pinzas sean lo más ligeras posible. Los actuadores forman una parte esencial de la masa del sistema de pinzas. El músculo neumático es un actuador de tracción depequeñas dimensiones y de alto rendimiento, por lo que es ideal para sistemascon pinzas. Por ello se explican en este capítulo algunas posibles aplicacionesde este tipo.

Las mordazas de la fig. 5-11 tienen protectores de goma que se hinchan en lazona de contacto para no dañar las piezas. La fuerza necesaria para ejecutar la operación de sujeción proviene de los músculos neumáticos. El cuerpo de goma se desgasta con el transcurso del tiempo, pero puede sustituirse fácilmente. La fijación de los “dedos” podría realizarse en las ranuras longitudinales dispuestas de modo diagonal en las dos placas de base con el fin de permitir una adaptación sencilla a objetos de diversos tamaños. La pinza se caracteriza por tener una excelente relación entre la masa y el rendimiento. Sin embargo, en esta aplicación el recorrido de los movimientosde la pinza es relativamente pequeño.

En la construcción que se explica a continuación, el recorrido de las pinzas esmayor. En el caso de la fig. 5-12, el músculo neumático se utiliza como actuadorde efecto directo. Variando la posición de las articulaciones es posible modificarla relación entre la fuerza y el recorrido. Para abrir las mordazas es necesario utilizar un muelle de tracción. También puede montarse un muelle de tracciónencima del músculo neumático. Con esta construcción se dispone de una pinzarobusta, apropiada para numerosas aplicaciones.

5 Aplicaciones

5.2Sujetar

Fig. 5-11

Pinzas de sujeción [8]

1 Brida de la pinza

2 Conducto

de aire comprimido

3 Placa de base


5 Perno distanciador

6 Barra de tracción


8 Cuerpo de goma

9 Pieza

F Fuerza de sujeción

12

3

4

5

6

7

8

9

F F

54 5 Aplicaciones

La pinza que se muestra en la fig. 5-13 es de largo recorrido. También en estecaso, la fuerza aplicada por el músculo neumático se opone a la fuerza de unmuelle de tracción. El movimiento se transmite a una correa dentada que, por su parte, se encarga del movimiento de los dedos de la pinza que se desplazana lo largo de una guía cilíndrica. Esta pinza es relativamente ancha, de modoque el músculo puede montarse en posición transversal. Por lo demás, puedenmontarse diversos tipos de mordazas y, además, se pueden posicionar en lugares diferentes utilizando el patrón de taladros de la respectiva base. De esta manera es posible ajustar el sistema en función de los tamaños de las piezas. También es posible sujetar piezas en su interior, aunque en ese caso lafuerza de sujeción proviene del muelle de tracción.

Fig. 5-12

Pinza angular




4 Dedo de la pinza

5 Mordaza

Fig. 5-13

Pinza de largo recorrido


2 Músculo neumátio


4 Correa dentada


6 laca básica

7 Base para el montaje

de la mordaza

8 Mordaza

de sujeción interior

9 Mordaza intercambiable

10 Pieza

11 Pieza

A Mordaza para la pieza A

B Mordaza para la pieza B

p Aire comprimido

1

2

3

4

5

11

1

2

p

3

4

5

6

7

8

9

10

AB

55

En la fig. 5-14 se muestra el funcionamiento de una pinza múltiple, capaz desujetar cuatro piezas y que permite modificar la distancia de las pinzas entre sí.Estas piezas pueden ser, por ejemplo, ladrillos que avanzan espaciados sobreuna cinta de transporte. Una vez que quedan sujetos por las pinzas, los bloquesde desplazamiento se mueven hacia el interior, de modo que las piezas quedanjuntas en la zona de entrega (por ejemplo, una paleta). También es posible invertir el proceso. Los ajustes necesarios pueden estar a cargo de un servomo-tor montado en la placa giratoria central. En el ejemplo que aquí se muestra seutiliza un músculo neumático ligero. La distancia entre los bloques (y, por lotanto, entre las piezas) se define regulando la presión. En vez del muelle de tracción también puede utilizarse un segundo músculo neumático.

Para sujetar paletas vacías por lo general no es posible utilizar toberas de aspiración porque la norma, aunque especifica el tamaño de las paletas, no define la posición de las tablas. El sistema que se muestra en la fig. 5-15 sujetalas paletas en su estructura exterior. Las placas de sujeción se guían en cuatropuntos mediante guías cilíndricas y se abren por acción de cuatro muelles decompresión, dos a cada lado del sistema de sujeción. En el centro se encuentraun músculo neumático que genera la fuerza necesaria para sujetar las paletas.El músculo neumático es apropiado para esta aplicación porque pesa poco, es insensible a la suciedad y es capaz de aplicar una gran fuerza (700 N con un músculo de 20 mm de diámetro, carrera de 120 mm y longitud nominal de 1100 mm).

5 Aplicaciones

Fig. 5-14

Pinzas regulables, accionadas

con un músculo neumático

(esquema simplificado)

1 Bloque de desplazamiento


3 Guía cilíndrica doble

4 Palanca


6 Pinza


8 Placa giratoria

9 Mordaza

1

1

2

3

3

4

45

6

7

8

9

56 5 Aplicaciones

En el siguiente ejemplo se explica cómo sujetar piezas recurriendo a sus taladros, suponiendo que dichos taladros tengan tolerancias mínimas. En la fig. 5-16 puede apreciarse una pinza de sujeción interior. Un cono extensibleaplica la fuerza de sujeción FG al activarse el músculo neumático, sujetando firmemente la pieza. Hay que evitar que el ángulo del cono produzca un efectode autoinhibición, ya que la reposición está a cargo de un muelle. En esta aplicación, la carrera del músculo puede ser muy pequeña, ya que lo que importa es disponer de una fuerza inicial muy grande. En este tipo de aplicación,la carrera de los elementos de sujeción suele ser de apenas 0,2 hasta 0,3 mm.

Fig. 5-15

Sistema para la sujeción

de paletas vacías (Schmalz)


2 Conducto

de aire comprimido


4 Paleta

5 Placa de sujeción

6 Guía recta


8 Tabla transversal


Fig. 5-16

Pinza ranurada

1 Cuerpo


3 Pieza

4 Cono extensible

5 Alimentación

del aire comprimido

6 Rosca

FG Fuerza de sujeción

1 2

3 4 5

67

FF

8

1

2

3

5

6

FGFG

4

57

Existen muchas otras aplicaciones con sistemas de sujeción dotados de músculos neumáticos. En la fig. 5-17 se muestra otra variante posible. El mecani-smo de esta pinza es sencillo y más ligero que el de otras pinzas comparables.Aún así, esta pinza aplica una fuerza mayor y sujeta la pieza con seguridad. Parasincronizar los movimientos de los dedos, éstos están unidos mecánicamenteentre sí. Si el músculo neumático se monta lo suficientemente cerca del puntode giro de los dedos, es suficiente utilizar una versión corta para ejecutar elmovimiento de sujeción. El rendimiento de esta pinza es muy bueno porque únicamente tiene que superarse la fricción que se produce en las guías redon-das de los dedos. Sin embargo, con esta construcción no es posible obtener unángulo de apertura de 90° en cada dedo. Para ello tendría que optarse por unasolución cinemática diferente.

Claro está que existen muchas otras aplicaciones de pinzas en las que es posible sustituir los pesados cilindros convencionales por músculos neumáticos.Otro ejemplo se muestra en la fig. 5-18. Se trata de una pinza que debe colo-carse encima de la pieza. Los elementos de sujeción se mantienen abiertos poracción de un muelle de tracción. El músculo neumático se encarga de sujetar lapieza. La piezas pueden ser barras, botellas o ejes en posición vertical.

5 Aplicaciones

Fig. 5-17

Pinza angular sencilla

1 Brida de la pinza



4 Dedo

5 Mordaza

6 Pieza


8 Barra para sincronizar

los movimientos

9 Tope del dedo

p Aire comprimido

Fig. 5-18

Pinza circular


2 Base


4 Conducto

de aire comprimido

5 Dedo

6 Anillo giratorio

1 2

3 4

5

6

8

79

p

1

2 3

4

5 6

58 5 Aplicaciones

Una de las aplicaciones ideales del músculo neumático es como sistema de accionamiento de prensas (por ejemplo, prensa con sistema de palanca articulada), porque aplica una gran fuerza en un recorrido muy corto. En la fig. 5-19 puede apreciarse una construcción en la que un músculo de tan sólo 40 mm aplica una fuerza de 30 000 N, siendo la carrera de 10 mm. Con esta prensa se pueden estampar, punzonar y cortar piezas.

Mientras que la fuerza del músculo disminuye al aumentar la carrera, la palancaarticulada aplica una fuerza en el punto muerto que tiende hacia infinito. Deesta manera se produce una cierta compensación en el transcurso de la curva de la fuerza. Por ello, el movimiento es homogéneo, lo que permite obtenerresultados de alta calidad al efectuar la operación de punzonado y corte.

5.3Prensar, estampar, punzonar y cortar

Fig. 5-19

Prensa neumática

con sistema de doble

de palanca articulada

1 Yugo


3 Columna

4 Palanca articulada

5 Herramienta

de punzonado o corte

6 Cuña


1

2

3

4

5

6

7

59

Además, esta prensa es más silenciosa que una prensa convencional. El músculo solamente puede generar fuerzas de tracción, por lo que es necesarioprever una fuerza de reposición para que las palancas articuladas vuelvan a suposición original. Para ello puede recurrirse, por ejemplo, a un muelle de trac-ción. Por lo demás, el músculo no tiene fugas y tampoco se produce en él undesgaste por fricción. En comparación con un cilindro neumático convencional,tan sólo consume un 40% de la energía aplicando la misma fuerza.

Cuando se llevan a cabo trabajos de reparación, suelen utilizarse prensas móviles para montar rodamientos. Estas prensas están sujetas a un polipasto obrazo giratorio (fig. 5-20) y se acercan al lugar de trabajo a mano. Ello significaque es necesario que estas prensas sean lo más ligeras posible para posi-cionarlas con mayor facilidad. Por ello es ventajoso que estén dotadas de un músculo neumático. En el ejemplo que aquí se explica, la prensa tiene dos músculos neumáticos que se encuentran a ambos lados de la estructura de laprensa. La reposición puede estar a cargo de un muelle de compresión. De estemismo modo también pueden configurarse sistemas móviles para efectuar operaciones de desmontaje.

5 Aplicaciones

Fig. 5-20

Prensa de montaje

1 Cable o cadena

2 Conducto

de aire comprimido


4 Brazo de la prensa

5 Horquilla

6 Placa para prensar

7 Grupo de montaje

8 Mesa de montaje

9 Pieza a montar

bajo presión

10 Contrafuerza

11 Empuñadura

para dirigir la prensa

12 Estructura de la prensa


1 2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

60 5 Aplicaciones

En la fig. 5-21 se muestra una pequeña prensa de mesa accionada por músculoneumático. La fuerza del músculo se transmite a la parte superior de la herra-mienta a través de una palanca articulada. Tal como ya se comentó al explicar la aplicación de la figura 5-19, se superponen las fuerzas del músculo y de la palanca articulada al efectuarse el movimiento de prensado. Dado que el músculo no puede generar fuerzas de compresión, esta prensa dispone de dos pequeños cilindros neumáticos que se encargan del movimiento de recupe-ración. El movimiento de prensado se lleva a cabo sin tirones porque en el músculo no hay émbolo sometido a fricción. La prensa es capaz de aplicar fuerzas relativamente grandes en un espacio muy reducido. Esta solución tieneusos múltiples en cualquier taller de mecánica.

Los equipos de manipulación provistos de un brazo articulado (robots industri-ales) por lo general no pueden utilizarse para montar piezas a presión con mínimas tolerancias, ya que la resistencia de las articulaciones no lo permite.Por ello se recurre a aparatos de percusión que, en principio, funcionan como un martillo neumático. Con estos equipos es posible, por ejemplo, montar unpasador aplicando golpes repetidos en él. En ese caso, el sentido de la fuerza no afecta al brazo articulado del robot. En la fig. 5-22 se muestra el esquema deun aparato percutor sencillo, capaz de funcionar a altas frecuencias. La energíade los golpes proviene del muelle y de la aceleración que adquiere la masa de la herramienta percusora. Ésta está desacoplada de la brida mediante variosamortiguadores elastómeros para evitar que las vibraciones lleguen a la máquina.

Fig. 5-21

Prensa de montaje y para

operaciones de deformación

de materiales

1 Yugo

2 Palanca articulada

3 Parte superior

de la herramienta

4 Columna de guía

5 Parte inferior

de la herramienta


7 Cilindro de recuperación

8 Elemento de fijación

de la herramienta

9 Placa básica

10 Curva de la fuerza

de la palanca

11 Curva de la fuerza


1

2

3

4

4

5

6

6

7

8

8

9

9

1011

RecorridoPunto muerto

Sent

ido

de la

fuer

za

61

En imprentas y talleres de encuadernado es frecuente presionar el material contra rodillos para imprimir sobre él o aplicar pegamento. Al realizar esta operación, es conveniente regular la presión. Además, el movimiento ejecutadopara presionar el material contra el rodillo debe realizarse suavemente y sinmovimientos descontrolados. Por ello, el músculo neumático es la soluciónapropiada. La construcción que puede apreciarse en la fig. 5-23 es un buenejemplo para entender el funcionamiento de estos sistemas o similares.

5 Aplicaciones

Fig. 5-22

Máquina percusora neumática

1 Conducto

de aire comprimido

2 Válvula


4 Placa de base

5 Émbolo percusor

6 Amortiguador elastómero



p Aire comprimido

Fig. 5-23

Presionar una chapa

sobre un rodillo


2 Material a imprimir


4 Guía

5 Chapa

6 Cinta de transporte

de salida

1

2

3 4 5 6

7

8

p

1

2

3

4 5

6

62 5 Aplicaciones

Las prensas que se muestran en la fig. 5-24 pueden utilizarse para diversas aplicaciones. Mientras que las dos variantes 5-24 a y b tienen un músculoneumático para retirar la presión, las variantes 5-24 c y d tienen un perno de compresión que avanza cuando se contraen los músculos. Este tipo de actuadores con músculos neumáticos aplican fuerzas considerables aunque son relativamente pequeños. Utilizando siete músculos neumáticos de 40 mmde diámetro, aplicando una presión de funcionamiento de 6 bar y siendo la contracción del 8%, se obtiene una fuerza total de aproximadamente 28 000 N.

En la fig. 5-25 se muestra una máquina utilizada en la industria textil. Tambiénse trata de una prensa, aunque esta versión se emplea para planchar la ropa. El brazo y la mesa también pueden equiparse con moldes. Para que brazo abrala placa superior rápidamente, el sistema está dotado de diversos elementos de acoplamiento. El accionamiento está a cargo de un músculo neumático (o dedos, dispuestos en paralelo) y su fuerza se aplica contra la fuerza de un muellede tracción.

Fig. 5-24

Prensas con músculo

neumático como elemento

generador de fuerza

a) Elemento simple

con reborde cónico

b) Prensa con cabezal

articulado

c) Unidad con cuatro

músculos

d) Prensa de gran fuerza

con siete músculos

neumáticos

1 Placa compresora



4 Cabezal articulado

5 Cabezal compresor

6 Perno de presión

de sección rectangular

7 Placa de montaje

8 Perno de presióna) b)

c)

d)

1

2

3

4 6

5 7

8

63

Las bombas son máquinas muy difundidas en la industria y se utilizan para eltransporte de líquidos limpios, sucios, agresivos o que desprenden gases. Confrecuencia se utilizan bombas de émbolo. Estas bombas se caracterizan portener un elemento de expulsión que puede ser un émbolo o una membrana.Mientras que en los tipos de simple efecto se obtiene sólo una expulsión porcarrera doble, los tipos de doble efecto expulsan el contenido dos veces por carrera doble. En la fig. 5-26 se muestra una bomba de émbolo de este tipo. Estabomba tiene la peculiaridad de tener un músculo neumático como elemento deaccionamiento. En este caso, el músculo no solamente funciona como actuadorde tracción, sino que, a la vez, es el elemento de expulsión, ya que su diámetroaumenta al contraerse. Esta solución también es posible porque el material delmúsculo es resistente al agua limpia o sucia y a otros líquidos. Exceptuando eldisco y las juntas no hay otras piezas sujetas a desgaste por fricción (sin incluirlas válvulas). Una bomba de esta índole puede utilizarse con diversos fines, por ejemplo en la minería, como bomba de agua refrigerante o bomba de circulación. Estas bombas con músculos neumáticos son más ligeras, por lo que es fácil cambiarlas de lugar (lo que es necesario, por ejemplo, en obras de construcción). Además, no tienen fugas.

5 Aplicaciones

Fig. 5-25

Prensa para planchar

productos textiles

1 Placa de base, molde

2 Mesa


4 Brazo giratorio


6 Brazo con placa superior

7 Elemento de acoplamiento

p Aire comprimido

5.4Bombas

1

2

3

4 5

67

70°

p

64 5 Aplicaciones

Pero las bombas no solamente pueden bombear agua, sino también aire. De esta manera puede producirse el vacío. En la fig. 5-27 se incluye el esque-ma funcional de una bomba de vacío capaz de generar un vacío de aproxi-madamente –0,6 bar. Dos músculos neumáticos se ocupan del movimiento delémbolo. Los detectores de final de carrera emiten las señales necesarias para lainversión del sentido del movimiento. El aire se aspira en dos fases y sale a laatmósfera. Una válvula de 3/2 vías se activa mediante una señal para aplicar elvacío a la ventosa. En la otra fase, la ventosa y el conducto correspondiente seencuentran en posición de circulación de aire.

Fig. 5-26

Bomba de émbolo

con músculos neumáticos

(Gründer & Hötten)

1 Válvula de bola

2 Alimentación

de aire comprimido

3 Cilindro


5 Bola de la válvula

6 Conducto de aspiración

Fig. 5-27

Bomba de vacío accionada


(representación esquemática

del funcionamiento)

1 Cilindro

2 Anillo magnético

3 Émbolo

4 Acumulador de vacío

5 Ventosa

6 Pieza

7 Detector de proximidad

1 2 34

5

6

p1p2

0V0V24V 24V

12 3

4

5

6

7

65

Los equipos para fijar piezas se distinguen por aplicar una gran fuerza y por disponer de actuadores de recorridos cortos. Estas características coinciden a la perfección con las del músculo neumático, ya que este actuador aplica unagran fuerza precisamente al inicio del movimiento. Esta fuerza puede aplicarsedirectamente en la pieza o, si es necesario, puede recurrirse a sistemas deengranajes para modificar el sentido de la fuerza y para aumentarla. A conti-nuación se ofrecen algunos ejemplos al respecto.

El actuador de tracción de la fig. 5-28 fue desarrollado especialmente para operaciones de fijación y puede funcionar como actuador de tracción o de compresión. En el ejemplo que aquí se muestra, un resorte de discos genera la fuerza de fijación F. El músculo neumático se utiliza para retirar dicha fuerza.Además, la fuerza aplicada por el émbolo (superficie x presión) se suma a lasfuerzas, para lo cual se ha previsto una alimentación de aire adicional. La fuerza de fijación varía en función de las fuerzas individuales (FM Fuerza de lamembrana, FF Fuerza del muelle, FK Fuerza del émbolo, FKi Fuerza del émbolo enel lado del resorte). La ventaja de este actuador consiste en su reducido tamañoen comparación con los cilindros neumáticos convencionales. Esta soluciónpuede sustituir en muchos casos la utilización de cilindros hidráulicos. El montaje ligeramente inclinado del actuador de fijación tiene como consecuenciaque se sujete la pieza presionándola hacia abajo, de modo que la pieza no solamente queda firmemente sujeta, sino que también queda presionada contra la superficie de apoyo.

5 Aplicaciones

5.5Fijar

Fig. 5-28

Actuador de tracción

con músculo neumático [9]

1 Pieza

2 Fuerza opuesta

3 Émbolo hueco

4 Culata

5 Base de apoyo

6 Conexión de aire

comprimido para

el émbolo

7 Resorte de discos

o muelle helicoidal


9 Cuerpo

10 Conexión de aire

comprimido para


11 Anillo opresor

1

2

3

4

5

6 7 8 9 10

11

F F F

p1 p2 p3

F = FM - FF - FKi F = FM + FK - FF - FKi F = FF

66 5 Aplicaciones

Utilizando los mecanismos correspondientes, este actuador de tracción también puede transformarse en una pinza de sujeción exterior o interior. Así lo demuestra la fig. 5-29. La operación de fijación está a cargo del muelle. El cabezal con la pinza como tal podría sustituirse fácilmente, de manera quesería posible utilizar diversos tipos de pinzas, según fuera necesario.

Otra aplicación consiste en tensar correas de accionamiento. El problema de la dilatación de este tipo de correas sometidas a una fuerza de tracción seconoce desde hace mucho tiempo, por lo que hay innumerables soluciones. En la fig. 5-30 se muestra una solución con el músculo neumático. En este caso,el músculo se utiliza como muelle neumático para tensar la correa dentada. La correa pone en funcionamiento una máquina vibradora de hormigón, por loque en su entorno hay mucho polvo. En el cilindro neumático utilizado antes

Fig. 5-29

Pinza de fijación

en el interior de la pieza

1 Cuerpo


3 Resorte de discos

4 Émbolo

5 Vástago

6 Brida de apoyo

7 Palanca de fijación

8 Pieza

1

2

3

4

5

6

7

8

67

en esta aplicación se estropeaba a menudo la junta del rascador debido al depósito de polvo en el vástago. El músculo es mucho más resistente a la suciedad ya que no hay componentes que tengan que superar las fuerzas ocasionadas por la fricción.

Para sujetar y fijar piezas como rodillos o bobinas suelen utilizarse instalacionesprovistas de cilindros o ejes tensores. En la fig. 5-31 se muestra uno de esosejes tensores. El actuador de apriete es, en este caso, un músculo neumático.Este mismo principio también puede aprovecharse para ejecutar otras opera-ciones de fijación en el interior de las piezas. La camisa y el cono están divididosen tres partes para permitir la expansión. El diámetro D aumenta, aplicándosepresión en el interior de la pieza cilíndrica. Los anillos compresores se encargande mantener la tensión sobre los segmentos y, además, se ocupan del movimiento de retroceso de los mismos.

5 Aplicaciones

Fig. 5-30

Tensor de correas

Fig. 5-31

Estructura de un eje tensor

1 Anillo compresor

2 Camisa


4 Cono de fijación

5 Conexión

de aire comprimido

12

D

3 4

5

Sección A

1

4

68 5 Aplicaciones

En la fig. 5-32 se muestra un equipo para fijar piezas en el que el espacio disponible para el montaje del músculo es bastante pequeño, por lo que lospuntos de conexión se encuentran muy cerca del punto de giro de las mordazascon el fin de aumentar algo la carrera del músculo. Las mordazas están unidasentre sí para sincronizar sus movimientos y conseguir que coincidan en el centro.

En la fig. 5-33 se muestran otras alternativas de equipos para fijar piezas uti-lizando el músculo neumático. En uno de los ejemplos, los tubos o barras avan-zan sobre rodillos cónicos. Si el músculo no está sometido a presión, el operariopuede hacer avanzar el tubo a mano ya que no se aplica fuerza sobre él. Durantela operación de corte, el brazo tensor aplica una gran fuerza sobre el tubo.

Fig. 5-32

Sistema de fijación

de bridas anulares

1 Mordaza

2 Pieza


4 Brazo tensor


6 Estructura de la mesa

7 Conducto

de aire comprimido

Fig. 5-33

Sistemas de fijación de piezas

a) Fijación de tubos

en una máquina de corte

b) Fijación de una pieza

fundida

1 Pieza (tubo)

2 Rodillo

3 Rodillos de fijación

4 Brazo tensor


6 Estructura


8 Plato compresor

1

2

3

4

5

6

7

1 1

a) b)

2

3 4

5

6

7

8

69

Mediante construcciones similares pueden obtenerse muchas otras solucionesque funcionan según el mismo principio, por ejemplo para fijar objetos de sección rectangular. Muchas veces sólo se necesita una carrera pequeña parafijar la pieza, por lo que en esos casos puede recurrirse a un músculo más corto,con la ventaja de necesitar menos espacio para su montaje.

El sistema de la fig. 5-34 puede utilizarse para soldar los extremos de una cintade transporte. Se trata de una prensa con placas calientes que los músculosneumáticos presionan una contra la otra. En la primera fase, Los músculos están sueltos y se posicionan sólo después de colocar los extremos de la cintade transporte en los soportes en forma de U de las placas y fijarlos con la tuercacónica. A continuación se conectan los conductos de aire comprimido a los músculos neumáticos y se aplica presión. El sistema es muy sencillo, es ligero y,por lo tanto, puede transportarse fácilmente.

El músculo neumático puede montarse de modo muy sencillo en equipos utilizados para fijar piezas, tal como se demuestra en la fig. 5-35. Los músculosutilizados en este caso se atornillan a una base como si fuesen cilindrosneumáticos de tipo convencional. Sin embargo, a diferencia de éstos, los músculos neumáticos pueden ser mucho más pequeños ya que son capaces de aplicar una fuerza mayor. De este modo se dispone de más espacio en el ladode la fijación de las piezas y, además, la disposición del sistema es más clara.Con este sistema de sujeción de las piezas de madera, las virutas no ocasionandaños en los músculos neumáticos.

5 Aplicaciones

Fig. 5-34

Prensa para soldar

cintas de transporte

(dibujo simplificado)


2 Placa superior

3 Base

4 Placa inferior

5 Cable eléctrico


7 Sujeción de la cinta

8 Empuñadura

1

2

3

4 5 6

7

8

70 5 Aplicaciones

En una máquina para mecanizar barras perfiladas se aplica una fuerza F mediante un rodillo de goma sobre las barras que avanzan transportadas poruna cinta segmentada (fig. 5-36). Sin embargo, las dimensiones de las barrasvarían. En estas circunstancias no es posible utilizar un muelle de tracción yaque su fuerza cambia en función del grado de contracción, dependiendo de laaltura de las barras. Utilizando un músculo neumático es posible modificar lafuerza F regulando la presión. Bien es cierto que también podría utilizarse uncilindro neumático, pero éste tiene el problema de ejecutar los movimientos atirones y, además, no tiene el efecto amortiguador del músculo neumático.

Fig. 5-35

Fijar una viga de madera

de sección rectangular

en una máquina taladradora

con brazo articulado

1 Taladro o fresa

2 Pieza

3 Escuadra de apoyo

4 Placa de fijación


Fig. 5-36

Rodillo para presionar

sobre barras de plástico

u otros materiales


2 Válvula de regulación

de precisión (LRP...)

3 Rodillo

4 Barra perfilada

5 Estructura de la máquina


segmentada

1

2

4

5

63

1

23

4

6

5

F

71

Las máquinas automáticas de estampado, punzonado y corte de alto rendi-miento exigen que las operaciones de fijación se realicen rápidamente. Despuésde cada ciclo de trabajo se eleva brevemente el rodillo de apriete. De esta manera queda libre la cinta para que la herramienta pueda posicionarla correctamente. Estas máquinas con sistema de avance por rodillos funcionan,por ejemplo, con tiempos de aplicación de presión de 10 milésimas de segundoy los elementos de apriete abren el paso retirándose entre 0,3 hasta 3 mm. Si la aplicación de la presión está a cargo únicamente de un cilindro neumático,las frecuencias pueden ser de máximo 3 Hz, lo que corresponde a 180 ciclos porminuto. Utilizando un músculo neumático mejoran las características dinámicasdel sistema, ya que con él es posible obtener ciclos de hasta un máximo de 7 Hz,lo que corresponde a 420 ciclos por minuto. Este resultado puede obtenerseúnicamente con un músculo neumático. La mayor frecuencia es posible gracias a que el músculo es más ligero y porque la fricción es menor. La carrera delmovimiento que se ejecuta al aplicar presión es de 3 mm y requiere una fuerzaconsiderable, ya que el músculo actúa en contra el cilindro de apriete del rodillo(fig. 5-37). En este caso se utilizan dos músculos neumáticos con diámetros de40 mm (longitud nominal de 120 mm, fuerza de 3 500 N con carrera de 3 mm).En términos técnicos, este sistema con músculo neumático para aplicar presiónes muy sencillo y está compuesto de pocas piezas.

Para inmovilizar la carga en un camión utilizando cuerdas suelen utilizarse torniquetes, muelles o gomas para tensar las cuerdas. Esta función bien lapuede asumir el músculo neumático haciendo las veces de muelle neumático.En la fig. 5-38 puede apreciarse un ejemplo al respecto. El músculo está dotadode una conexión enchufable para el aire comprimido. Éste proviene de un compresor (por ejemplo, montado en un camión) o de una bomba con pedal.

5 Aplicaciones

Fig. 5-37

Ciclos de un rodillo

para el avance de una cinta

1 Máquina automática

de estampar, punzonar

o cortar



4 Rodillo de apriete

5 Parte superior

de la herramienta

6 Perno de detección

7 Cinta

8 Parte inferior

de la herramienta

9 Rodillo de avance

1

2

3

45

6

7

8

9

72 5 Aplicaciones

En el caso de la estabilización de la estructura de una nave industrial neumática,las dimensiones son mucho mayores. La estructura de estas naves está compuesta de segmentos hinchados que se estabilizan mediante soportes en forma de Y. El esquema simplificado de la fig. 5-39 muestra un apoyo de ese tipo. El equilibrio de las fuerzas se obtiene mediante cables y músculosneumáticos.

Fig. 5-38

Tensar con


1 Cuerda


3 Bomba con pedal

4 Tubo flexible

5 Conexión enchufable

6 Superficie de carga

del camión

7 Carga

8 Paleta

Fig. 5-39

Estabilización de una nave

neumática segmentada

(Festo)

1 Cable tensor

2 Nave o pabellón

neumático hinchable

3 Soporte en forma de Y


5 Actuador de tracción

1

23

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

73

La presión en los músculos varía entre 0,3 y 1 bar y regula de modo continuo la fuerza de tracción. La estructura está dotada de sensores y un ordenador procesa los datos correspondientes para detectar cualquier modificación de la carga que actúa sobre la estructura (viento, nieve, irradiación solar) y modificar la presión según lo exijan las circunstancias. Si, por ejemplo, un ladode la estructura está expuesta a un fuerte viento, los músculos de ese lado reaccionan aumentando su fuerza de tracción. En esta aplicación, el músculoneumático se utiliza como sistema tensor de adaptación automática.

En instalaciones en las que avanzan cintas de diversos materiales suele sernecesario que estas cintas estén sometidas a una tensión constante. En el caso de la fig. 5-40, la cinta avanza entre rodillos de desviación y un rodillo seencarga de mantener constante la tensión.

Este rodillo aplica presión contra la cinta. El movimiento de los brazos oscilantesse controla mediante un detector de proximidad. La presión en el músculo seregula mediante una válvula reguladora.

5 Aplicaciones

Fig. 5-40

Regulación de la tensión

de una cinta

1 Cinta de material indistinto


3 Rodillo tensor

4 Caballete


6 Fijación del músculo

7 Detector

de proximidad inductivo

8 Válvula proporcional

9 Brazo oscilante

1

2

3

4

5

6

7

8

9

5

74 5 Aplicaciones

Pero no siempre hay que sujetar materiales rígidos. En la industria del embalaje,por ejemplo, es común tener que fijar el extremo de una lámina de material delgado y flexible (por ejemplo, plástico extensible). Para efectuar esta opera-ción existen numerosos mecanismos relativamente complicados. En la fig. 5-41se muestra una solución que se distingue de los mecanismos convencionales.

La lámina se presiona contra las espiras de un muelle de compresión relajado.En esa fase, la lámina se amolda a las espiras del muelle. A continuación, elmúsculo neumático aplica la fuerza F y el muelle se comprime casi completa-mente. De esta manera, la lámina queda prensada fijamente entre las espiras.Esta solución tiene la ventaja de ser sencilla en su parte mecánica y, además,permite regular la fuerza F de modo continuo mediante la presión p. En el ejemplo que aquí se explica, es suficiente utilizar un solo músculo neumáticocon diámetro interior de 10 mm.

Existen sistemas de fijación especiales que tienen que funcionar auto-máticamente en caso de un corte de energía (por ejemplo, para retener un carro elevador). Estos sistemas de seguridad suelen estar provistos de muelles

Fig. 5-41

Fijación de una lámina de

material plástico extensible

a) Esquema simplificado

b) Tensar el material

1 Lámina de plástico

extensible

2 Muelle compresor


F Fuerza de tracción

del músculo

p Aire comprimido

a) b) F

1

2

1

3 3

p

75

que se relajan en caso de producirse el corte de energía. En la fig. 5-42 se muestra el ejemplo de un mecanismo de esta índole. Si se bloquea la alimentación de aire comprimido en un caso de emergencia, el músculoneumático interrumpe la aplicación de la fuerza de tracción y el muelle desplaza la leva de bloqueo. El carro queda prensado y ya no puede caerse.

El músculo neumático también puede utilizarse como tensor de cinturones deseguridad en automóviles (fig. 5-43). Los sistemas utilizados en la actualidadfuncionan con soluciones pirotécnicas. La onda de choque originada por laexplosión desplaza un émbolo que se encuentra en un tubo, tensándose así elcinturón. Sin embargo, este sistema únicamente funciona si al producirse elaccidente no se deforma el sistema con el émbolo.

La solución con el músculo neumático supone el montaje del músculo como tal, de un acumulador y de una válvula muy rápida. Si el sensor detecta un choque frontal, la unidad de control del sistema de cinturones de seguridad abrela válvula. A continuación, el gas entra en el músculo neumático provocando su inmediata contracción. El sistema es a prueba de explosiones y la relaciónfuerza/carrera es muy favorable. Cabe destacar, sin embargo, que el músculotendría que ser de un material que permita su funcionamiento incluso si las temperaturas son de –30 °C.

5 Aplicaciones

Fig. 5-42

Sistema de fijación

de seguridad

1 Carro vertical

2 Carril de guía


4 Leva de bloqueo


1

2

p

3

4

5

76 5 Aplicaciones

En los equipos de automatización industrial es muy frecuente tener que desplazar componentes entre las posiciones finales. Antes de explicar los diversos ejemplos, primero se analizarán las posibilidades que, en principio,ofrecen los músculos neumáticos montados en las máquinas. También es posible doblar el músculo, tal como se muestra en la fig. 5-44h. En ese caso, el diámetro del rodillo tiene que ser 10 veces más grande que el diámetro interior del músculo. Además, el rodillo debería tener una superficie suave para adaptarse a la expansión del músculo. La desventaja de esta construcciónconsiste en que la duración del músculo es menor debido a la fricción. Losensayos llevados a cabo con esta solución demostraron que el músculo ejecuta50 000 movimientos hasta que se rompe.

Fig. 5-43

Posible aplicación


como tensor de cinturones

de seguridad [10]

1 Cinturón de seguridad

2 Cerrojo del cinturón



5 Válvula

6 Cartucho de gas

5.6Desplazar y posicionar

1

2

3 4 5 6

77

A continuación se explican algunas aplicaciones y propuestas. En el caso de lasolución 5-45a, por ejemplo, se ajusta el ancho de un canal de transporte enfunción de las dimensiones de las piezas simplemente regulando la presión para modificar la posición de las guías laterales del canal. Si es necesario desviar las piezas, puede instalarse un desvío como el que se muestra en la fig. 5-45b. En este caso se utilizan dos músculos neumáticos que aplican fuerzas en sentidos contrarios. Con este sistema es posible avanzar hasta diezposiciones intermedias o más, incluso si los movimientos son rápidos. Estosmovimientos están a cargo de una válvula de respuesta rápida (MHE 2) que conmuta en tan sólo 2 milésimas de segundo a caudales de 100, 200 ó 400 l/m.Los tiempos de conexión y desconexión son iguales.

5 Aplicaciones

Fig. 5-44

Accionamiento

de componentes

con el músculo neumático

a) Movimiento posicionador

con aumento de la carrera

b) Accionamiento

con aumento de la fuerza

c) Modificación

del ángulo de giro

d) Accionamiento de un eje

giratorio con dos músculos

neumáticos

e) Barra de compresión

f) Montaje en paralelo

para aumentar la fuerza

g) Carro

h) Mecanismo con rodillo

i) Actuador con reposición

por muelle

k) Aumento del par de giro

l) Movimiento lineal

a) b)

c) d) f )

g) h) i)

k) l)

e)

78 5 Aplicaciones

Fig. 5-45

Ajuste del ancho

de un sistema de transporte

a) Ajuste de la guía

en un lado

b) Ajuste bilateral

de las guías

1 Pieza (p. ej. una lata)

2 Guía



5 Muelle de reposición

6 Guía transversal

p Aire comprimido

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

p1 ... p∩

p1 p2 p3 p4 p∩

p1 p2

a)

b)

79

El músculo neumático de la fig. 5-46 tiene un diámetro de 10 mm, su longitud esde 150 mm y se utiliza como unidad de accionamiento de un sistema hidráulicode control remoto, por ejemplo de una grúa, un carro de grúa o un vehículoempleado en obras de construcción. La combinación de un sistema de controlremoto mediante ondas de radio con componentes neumáticos permite controlar a distancia operaciones como la carga o descarga de un camión estando cerca. El músculo neumático es muy apropiado para funcionar comounidad de accionamiento porque sus movimientos se efectúan sin tirones y porque no tiene piezas en su exterior que podrían ensuciarse, pudiéndose por lo tanto prescindir de trabajos de limpieza. Los cilindros neumáticos conven-cionales tienden a ejecutar los movimientos generando vibraciones debido a lafricción provocada por las juntas, una circunstancia que dificulta una regulaciónfina. Por otro lado, el músculo normalmente funciona a temperaturas entre +5 °C hasta +60 °C. Ello significa que en países fríos, esta solución sólo sería viable en espacios interiores. Si se pretende utilizar este sistema en el exterior,tendría que seleccionarse un material para el músculo capaz de soportar cargas a –30 °C.

En la fig. 5-47 se muestra el acoplamiento de un carro a un músculo neumático. Los ciclos tienen una duración de 0,75 segundos, siendo la carrera del carro de125 mm. El muelle de reposición podría sustituirse por otro músculo neumático.Esta construcción permite avanzar hasta diversas posiciones intermedias regulando la presión. Dado que se trata de un sistema con posible ampliaciónde la carrera, cabe anotar que también los errores de posicionamiento se multiplican.

5 Aplicaciones

Fig. 5-46

Accionamiento

de una palanca de mando


2 Válvula hidráulica


4 Palanca de mando


de presión

1

2

3

4

5

80 5 Aplicaciones

En centrales depuradoras de agua y en instalaciones similares utilizadas en elsector agrario suelen utilizarse rejillas para retener objetos de mayor tamañocontenidos en el agua. Estos objetos hay que retirarlos con una determinada frecuencia. Para ello es necesario que dicha rejilla sea móvil. En el ejemplo de la fig. 5-48 se utilizan brazos giratorios montados en paralelo y accionadoscada uno por un músculo neumático. Las rejillas vuelven a su posición inicial por su propio peso, ya que tienen varios metros de ancho. En esta aplicación se optó por el músculo neumático porque funciona mejor en estas condicioneshúmedas que otros actuadores. Además, la altura de paso entre el canal y la rejilla puede regularse con la precisión necesaria y de modo continuo simplemente modificando la presión.

Fig. 5-47

Accionamiento de un carro

con un músculo neumático


2 Palanca basculante


4 Guía lineal

5 Carro

p Aire comprimido

Fig. 5-48

Movimiento de una rejilla

en una planta depuradora

de agua

a) Rejilla cerrada

b Rejilla abierta


2 Brazo giratorio

3 Canal de desagüe

4 Rejilla de retención

5 Objetos retenidos

6 Rodillo

1p

2

3

45

1

2

3

4

4

5

6

a) b)

81

En la fig. 5-49 se propone un sistema para el posicionamiento fino de grandescargas. La placa de soporte descansa sobre un colchón neumático con el fin deconseguir que la fricción sea menor al efectuarse los movimientos. Regulando la presión de los músculos se consigue desplazar la carga para orientarla correc-tamente (con limitación del ángulo). Dado que los movimientos se ejecutan sintirones, es posible efectuar correcciones muy finas y a baja velocidad.

La barrera que figura en 5-50 está equipada con cuatro músculos neumáticos,dos en cada lado. La decisión en favor de este tipo de actuadores se tomó por la reducción automática de la velocidad al final del movimiento giratorio. Las características de la aplicación de las fuerzas de los músculos neumáticosson ideales para esta aplicación, ya que ofrecen una gran fuerza inicial (cuandola barrera aún se encuentra en posición horizontal) y una fuerza final pequeña(cuando la barrera ya se encuentra en posición vertical). Se sobreentiende queesta solución únicamente tiene sentido si es posible tender sin problemas unconducto de aire comprimido hasta el lugar en el que se encuentra la barrera.

5 Aplicaciones

Fig. 5-49

Sistema de posicionamiento

de varios ejes para orientar

una placa de soporte

o fijación


2 Placa con toberas de aire

3 Bastidor

4 Placa de soporte

o fijación de la carga

1

2

3

4

5

2

4

82 5 Aplicaciones

Montando un músculo neumático en un conducto de fluidos, el músculo puedehacer las veces de regulador de caudal modificando su diámetro. El principio de funcionamiento se muestra en la fig. 5-51. El paso libre a través del tubo que tiene el diámetro D se limita por el diámetro d del músculo neumático. El diámetro del músculo depende de la presión p1. Concretamente, es válida la relación siguiente:

Fig. 5-50


de una barrera

1 Barrera

2 Correa dentada


4 Rodillo dentado

5 Cuerpo

p Aire comprimido

Fig. 5-51

Regulación de la velocidad

del caudal utilizando

un músculo neumático


2 Elemento de fijación

del músculo

3 Tubo

p Aire comprimido

1

2

3

4

5

p2p1

A1A2

A3

A21

2

3

d 2d 2

p1

d 1

d 2

p1

d 3

v1v2 v3

Q

d 1

83

La velocidad del flujo es inversamente proporcional al paso libre en

el conducto, suponiendo que el caudal no varía.

La ecuación del caudal es la siguiente:

Q = A1 · v1 = A2 · v2 = A3 · v3

siendo A2 = f(p1).

En la fig. 5-52 se muestra otro ejemplo. Antes de que el material a granel entre en un filtro de presión, es necesario que el nivel superior tenga una altura homogénea. Sin embargo, la altura h no necesariamente tiene que serconstante, ya que, dependiendo del material, debe poderse regular. En el ejemplo que aquí se explica, el excedente de material se retira utilizando unabarrera rascadora. Su accionamiento está a cargo de un músculo neumático que funciona junto con un muelle de tracción. La altura de la barrera puederegularse fácilmente según las exigencias en cada caso. El actuador es robusto y resistente a la contaminación del medio.

5 Aplicaciones

Fig. 5-52

Regulación de la altura

de paso en una cinta

de transporte

a) Corte transversal

del sistema de transporte

b) Vista lateral del sistema

1 Estructura



4 Barrera rascadora

5 Material a granel

6 Soporte y guía

de la barrera


h Altura apropiada

del material

h

h

1

2

3

4

5

6

6

4

7

7

a)

b)

84 5 Aplicaciones

El mecanismo de la fig. 5-53 es completamente diferente. Con él es posible, porejemplo, regular un espejo para efectuar mediciones de la irradiación solar. En eldibujo no consta el eje giratorio que sirve de base para el mecanismo que aquíse explica. El músculo neumático, que actúa contra la fuerza de un muelle detracción, permite una regulación fina y continua de la inclinación del espejo. Laregulación de la presión del músculo neumático está a cargo de un programa de control. También podrían utilizarse dos músculos opuestos y prescindir delmuelle de tracción. El músculo es una buena solución para esta aplicación, yaque sus carreras cortas son suficientes y porque es resistente a las inclemenciasmeteorológicas.

La conexión y desconexión de movimientos giratorios supone el uso de acoplamientos que establecen una unión mecánica con los demás componentes,ya sea mediante garras o elementos similares o, también, con discos de fricción.

Fig. 5-53

Sistema articulado

para regular la inclinación

de un espejo

1 Espejo

2 Segmento

del mecanismo articulado



1

2

3

4

85

En la fig. 5-54 se propone una solución para la regulación de los movimientosmediante un músculo neumático dispuesto coaxialmente. El disco de aco-plamiento móvil está unido al eje mediante un pasador introducido en una ranura longitudinal. Claro está que también sería posible utilizar un perfil estriado múltiple, ya que ofrece la ventaja de permitir un rendimiento mayor. El acoplamiento gira junto con el eje de accionamiento. La operación de acoplarestá a cargo de un muelle, mientras que el músculo neumático se ocupa de desacoplar. El aire comprimido necesario para el músculo se conduce a travésdel eje de accionamiento.

Considerando la velocidad de reacción de los músculos neumáticos, su utilización en sistemas de manipulación resulta especialmente apropiada. En la fig. 5-55 se muestra un sistema de manipulación para extraer piezas deuna máquina y depositarlas en otro lugar. En la parte superior se encuentran loscuatro músculos neumáticos montados en los extremos. De esa manera, la placapuede rotar en torno al punto de giro junto con la unidad elevadora provista de ventosas. Es suficiente modificar ligeramente la presión en los músculosneumáticos para regular con precisión el ángulo de la placa en cualquier sen-tido. Un músculo adicional se utiliza para ejecutar los movimientos de elevacióny descenso. Se trata, pues, de otra solución en la que el posicionamiento se consigue regulando la presión. Al igual que en las estructuras biológicas seemparejan un músculo abductor y uno aductor.

5 Aplicaciones

Fig. 5-54

Acoplamiento

de fricción conmutable

1 Superficie de fricción

2 Disco de acoplamiento

3 Cono de fijación




7 Eje de accionamiento

8 Conducto

de aire comprimido

9 Perfil estriado múltiple

10 Acoplar

11 Desacoplar

5.7Manipular

1 2 3 4 5 6

7

89

10 11

86 5 Aplicaciones

El ejemplo de la fig. 5-56 es similar. En este caso, los movimientos en el eje Zestán a cargo de un cilindro neumático de doble vástago. De esta manera esposible conducir el vacío necesario (o, también, el aire comprimido si se utilizaun eyector cerca de actuador) a través del vástago . El movimiento de elevaciónse controla mediante detectores. La ventaja de esta solución estriba en que la magnitud del movimiento en el eje Z no depende de la contracción del músculo, con lo que puede elegirse una carrera determinada en función de cada aplicación. Además, la altura del equipo de manipulación es menor que en la solución de la fig. 5-55.

Fig. 5-55

Equipo de manipulación para

retirar piezas pequeñas



2 Eje con

articulación esférica

3 Placa giratoria


5 Unidad elevadora

6 Ventosa

7 Pieza

8 Músculo con función

elevadora

9 Punto de giro

10 Conexión

de aire comprimido

z

1

2

3

4

5

67

8

9

10

3

5

4

p1 p2

p3p4

p5

A A

Plano A-A

B

Plano B-B

B

X

87

Una función importante en automatización industrial consiste en orientar correctamente o clasificar piezas de diversa índole. En este contexto, “orientarpiezas” significa conseguir que estén correctamente situadas, ya sea en unadeterminada posición o sobre un sistema de transporte.

La operación de “clasificar” significa separar piezas por cantidades o tipos. Laspiezas que se clasifican pueden diferenciarse por su color, sus dimensiones opor otros parámetros. Tanto al orientar como al clasificar, siempre se pretendeque estas operaciones se lleven a cabo a gran velocidad.

En la fig. 5-57 se aprecia cómo las piezas que tienen forma de bloques rec-tangulares llegan a una estación que se encarga de clasificarlas según su orientación. Después de pasar por esa estación, las piezas siguen avanzandopor separado, unas orientadas según A y otras según B.

5 Aplicaciones

Fig. 5-56

Equipo de manipulación

con tres grados de libertad

de movimiento

Trípode

1 Placa básica


3 Articulación esférica


5 Sensor o detector

6 Placa giratoria

7 Ventosa

8 Vástago hueco doble

p Aire comprimido

p1p2

p3

p5p6

p4

1

2 3

4

5

6

7Z

8

88 5 Aplicaciones

Un sensor óptico detecta la llegada de las piezas y emite una señal a una válvulade respuesta rápida MHE 2 a través de un PLC. La válvula controla los dos músculos neumáticos que, por su parte, desplazan un empujador. Las piezasmal orientadas pasan así a la cinta otra. Dado que el músculo neumático se contrae y distiende muy rápidamente, es posible alcanzar ciclos muy elevados.En instalaciones similares se ha podido alcanzar una frecuencia máxima de 47 Hz, lo que significa que se llevan a cabo 47 operaciones de clasificación porsegundo. Utilizando un actuador de émbolo convencional no es posible obtenerprocesos tan dinámicos.

Para introducir de modo automático un perno en un taladro, por regla generaltienen que compensarse pequeños errores de ángulo y posición. Para ello se utilizan mecanismos para encajar provistos de elementos elastómeros y queefectúan una compensación pasiva. Estos elementos pueden sustituirse pormúsculos neumáticos para sacar provecho de sus ventajas.

Fig. 5-57

Clasificación de piezas

según su orientación


de entrada

2 Acumulación de piezas

3 Detector


5 Brazo basculante


paralela

7 Bastidor

A y B

Orientación de las piezas

en uno y otro sentido

1

2

3

4

5

6 7

A

B

89

En la fig. 5-58 se hace una propuesta al respecto. El mecanismo de compen-sación está constituido por dos unidades funcionales: la fila de bolas superiorpermite compensar errores de posicionamiento, mientras que la inferior compensa el ángulo de error b.

Si el sistema funciona de modo pasivo, los músculos neumáticos hacen lasveces de muelles de característica variable. Ello significa que incluso puedencambiar sus características durante el proceso de unión de las piezas, lo que no es posible si se recurre a mecanismos convencionales. El funcionamiento deestos sistemas siempre supone que la piezas de base o las piezas insertablesdispongan de cantos achaflanados.

5 Aplicaciones

Fig. 5-58

Mecanismo para unir piezas

1 Cuerpo básico


3 Compensación

de posiciones x

4 Compensación

de ángulos β5 Pinza

6 Pieza a introducir

7 Pieza receptora

p Conexión

de aire comprimido

1

2

3

4

5

6

7

3

4

p

x

β

90 5 Aplicaciones

También sería concebible utilizar un sistema de funcionamiento activo. En esecaso, las señales emitidas por el detector provocan un ajuste fino de la pinza.Ello supone que cada uno de los cuatro músculos neumáticos dispuestos en losextremos pueda activarse individualmente. En estas circunstancias resulta muyventajoso que los movimientos de los músculos se produzcan sin tirones y que,además, tengan un efecto amortiguador que anule las vibraciones. La carreranecesaria del músculo es pequeña, por lo que el sistema tiene una altura aceptable.

Si se aplica una presión pulsante en el músculo neumático, se produce un movimiento vibratorio en la pinza que facilita la operación de unión entre lasdos piezas.

Los músculos neumáticos también pueden ofrecer ventajas en equipos de manipulación para la entrega de piezas. En sistemas de transporte de piezas,una tarea puede consistir, por ejemplo, en colocar las piezas (piezas macizas,tubos, perfiles sin acabar) una vez en el lado derecho y otra en el izquierdo,dependiendo de la señales que emita una unidad de control. Una posible solución consiste en el montaje de palancas interpuestas en el sistema de transporte (fig. 5-59). En este caso, el sistema dispone de varias parejas depalancas dispuestas a lo largo de un tramo determinado. Los músculos neumáticos constituyen un sistema de accionamiento muy apropiado para estaaplicación, ya que aplican una gran fuerza al inicio del movimiento. Si el sistemano recibe señal alguna, las piezas pueden continuar avanzando, pasando porencima de las palancas.

Fig. 5-59

Desviación de piezas

1 Sistema de transporte

de piezas

2 Pieza

3 Palanca de desviación


1

2

3

4

91

En la fig. 5-60 se propone otra solución. En este ejemplo, una tramo del sistemade transporte puede inclinarse hacia uno u otro lado, de modo que las piezasrueden por sí solas al lado correcto. Dado que se trata de piezas grandes ypesadas, es necesario prever un sistema de amortiguación al final de la caída de las piezas. Con ese fin se utilizan músculos neumáticos que hacen las vecesde muelle. Regulando la presión puede modificarse la característica del efectode amortiguación en función del peso de las piezas. Dado que los músculosneumáticos generan una fuerza considerable, en esta aplicación puede recu-rrirse a músculos neumáticos sencillos.

Considerando que los equipos de fabricación ejecutan movimientos cada vezmás rápidos, muchas veces es necesario utilizar un sistema de alimentación depiezas rápido también. El distribuidor que se muestra en la fig. 5-61 separa laspiezas y las “dispara” hacia el plano inclinado. El rendimiento de este sistemaestá limitado por el avance de las piezas provenientes del cargador, lo quesignifica que depende de la gravedad. Para que el proceso sea más rápido es posible acelerar el movimiento de las piezas aplicando un chorro de aire comprimido.

El músculo neumático también puede ser una solución útil en sistemas de manipulación de material a granel. Por ejemplo, es posible que la salida delmaterial a granel quede obstruida porque el propio material se acumula formando una especie de arco de puente. En estas condiciones, el material seatasca y ya no avanza. Para solucionar este problema suelen utilizarse elemen-tos mecánicos convencionales, tales como brazos oscilantes o cuerpos redondoso rectangulares que avanzan y retroceden, montados exactamente en las zonasen las que se forman estos puentes. Este problema puede solucionarse de modomuy sencillo recurriendo a un músculo neumático, tal como se indica en la fig. 5-62. Las constantes contracciones del músculo remueven el material a

5 Aplicaciones

Fig. 5-60

Distribuidor basculante

equipado con músculos

neumáticos

1 Pieza

2 Tramo inclinable

del sistema de transporte

3 Plano inclinado

4 Tope


amortiguador


1

2 3 4

5

6

92 5 Aplicaciones

granel, por lo que se evita que éste forme puentes de bloqueo. Cabe anotar, sinembargo, que el material no debe tender a aglomerarse si está expuesto a losgolpes originados por las contracciones del músculo, ya que en ese caso se provocaría precisamente el bloqueo que se deseaba evitar. Por lo tanto, es recomendable efectuar ensayos antes de instalar el sistema definitivamente.Además, el material tampoco debe tener propiedades abrasivas.

Fig. 5-61

Alimentación rápida de piezas

1 Cargador

2 Pieza

3 Plano inclinado

4 Martillo

5 Tope

6 Bastidor


Fig. 5-62

Depósito de material

a granel con vibrador

en forma de embudo

1 Depósito


3 Zona con peligro

de bloqueo del material

4 Material a granel

1

2

3

4

5

67

1

2

3

4

p

93

Si no es posible montar un componente en el interior del depósito, el músculoneumático puede encontrarse en el exterior. De esta manera puede provocarse lavibración de las paredes del depósito, tal como se aprecia en la fig. 5-63. Estasvibraciones mantienen el material a granel en movimiento, con lo que fluye mejor.En esta aplicación es suficiente utilizar músculos neumáticos muy cortos, ya queno es necesario disponer de grandes carreras. Las vibraciones deberían tener unafrecuencia inferior a 1 Hz. Con esta solución y con la anterior se resuelve el problema de la formación de cavidades en forma de arcos de puentes por las partículas del material a granel. Este fenómeno que causa el bloqueo del flujo delmaterial es consecuencia del estrechamiento de la sección cónica del depósito.

Seres imaginarios y réplicas de seres humanos y de animales están de moda enlos parques de atracciones, en el cine, en el teatro y en establecimientos de ocio en general, aunque también en la investigación científica. Ya en la anti-güedad existían estatuas que ejecutaban movimientos. Las imitaciones de hoy pretenden ser lo más realistas posible, por lo que los movimientos de losandroides y de los animales prehistóricos en museos y exposiciones, tienen queparecer naturales. Para mover las extremidades y doblar las columnas verte-brales solían utilizarse hasta el presente muchos cilindros neumáticos pequeños.La generación de movimientos suaves y ágiles es sumamente difícil y, en lamayoría de los casos, las soluciones no llegaban a ser satisfactorias del todo.

El músculo neumático es un actuador apropiado para poner en movimiento bra-zos, piernas y dedos artificiales. Con ellos, los movimientos son más realistas y,

5 Aplicaciones

Fig. 5-63

Depósito de material a granel

con paredes vibratorias para

evitar el bloqueo del flujo del

material

1 Depósito

2 Material a granel

3 Zona con tendencia a

formación de puentes por

las partículas de material


5 Bastidor


5.8Movimientos de brazos y piernas

1

2

3

4

5

6

94 5 Aplicaciones

además son más ligeros y ocupan menos espacio. Los movimientos son conti-nuos y se parecen mucho a los de los seres vivientes. En la fig. 5-64 se muestranalgunos brazos articulados que pueden ejecutar movimientos en dos o tres planos, según el tipo de construcción. Mediante la simple regulación de la presión es posible programar posiciones intermedias con suficiente precisión.Los brazos dotados de actuadores neumáticos posiblemente se utilicen en elfuturo en el campo de los robots de servicios. En la exposición universal del año2000, gigantescas briznas de hierba ondeaban expuestas a una brisa inexisten-te. Los movimientos ondulantes estuvieron a cargo de músculos neumáticos.

En la fig. 5-65 se muestra un brazo menos complicado. En este caso, los movimientos están a cargo de sólo dos músculos neumáticos. El movimiento de reposición se consigue mediante cintas elásticas.

Fig. 5-64

Mecanismos que ejecutan

movimientos similares a las

extremidades humanas

a) Estructura con movimiento

en un sólo plano

b) Estructura con movimiento

en dos planos


2 Correa dentada

3 Válvula

4 Codo

5 Tubo de apoyo


del actuador

7 Articulación esférica

8 Placa con articulaciones

Fig. 5-65

Ejemplo de un brazo

androide sencillo

1 Brazo

2 Articulación del hombro

3 Cinta elástica

4 Antebrazo


a)

b)

1 2 3 4 5 6

71 8 1

53

1

2

34

5

95

Los músculos neumáticos también pueden servir para el accionamiento demanos antropomórficas [12]. Los dedos de la mano de la fig. 5-66 se muevenneumáticamente. Una cinta de material plástico rígido se ocupa de transmitir los movimientos. La fuerza del muelle de tracción se opone a la del músculoneumático. Los dedos se cierran debido a la fuerza aplicada por el muelle detracción.

También se han construido manos artificiales de 5 dedos articulados para utilización en ensayos de laboratorios. La activación la realizan varios músculosneumáticos, cuyos movimientos se transmiten a los dedos mediante cables. Losmovimientos son muy ágiles y silenciosos gracias a la utilización de reguladoresproporcionales. Conectada con un servidor de red, la mano artificial incluso se puede controlar a distancia a través de Internet, tal como se indica en el diagrama de bloques de la fig. 5-67. La fuente de presión puede ser un compre-sor o, también, una botella de aire comprimido portátil.

El movimiento con patas artificiales es objeto de diversos estudios. Numerososinstitutos de investigación y universidades se dedican al tema. El problema consiste en coordinar los movimientos de varias patas tanto en situaciones

5 Aplicaciones

Fig. 5-66

Mano antropomórfica

1 Cinta plana y rígida

de material plástico

2 Segmento del dedo

3 Articulación

4 Guía recta


p Aire comprimido

Fig. 5-67

Esquema de bloques de un

modelo de mano artificial

(según Gunz)

TCP/IP

Transmission Control

Protocol/Internet Suit

of Protocols

Protocolo de red

Estándar para el

intercambio de datos

en redes heterogéneas

1

2

34

5 p

Reguladorproporcional

Parte neumática

Mano de dedosarticulados

TCP/IP Parte mecánica

EmbeddedWeb-Server

ClientBrowser

Fuente de airecomprimido

Dedo

Parte eléctrica

Aire comprimido

96 5 Aplicaciones

0normales como en situaciones extremas. En la fig. 5-68 se muestra una posiblesolución, aunque existen muchas otras. En el ejemplo se utilizan músculosneumáticos y un motor eléctrico. Este motor también podría sustituirse por una pareja de músculos neumáticos. El músculo neumático ofrece la ventaja detener menos masa y de ejecutar los movimientos de modo más ágil. En el Centrode Investigación de Informática de Karlsruhe ya se ha construido un insecto artificial de seis patas que funciona con 42 músculos neumáticos. Esta máquina,que es perfectamente capaz de andar, tiene en cada articulación una pareja demúsculos antagonistas, con lo que es posible controlar la posición, el momentode giro y la rigidez. Dado que la rigidez es el resultado de las características delmúsculo, no se necesita un sistema de control adicional y tampoco más tiempopara efectuar los cálculos para procesar los datos.

Fig. 5-68

Pata de un insecto artificial

1 Motor eléctrico

2 Engranaje

3 Eje basculante


5 Pata

1

2

3

4

5

97

En la fig. 5-69 puede apreciarse una columna móvil como parte de la columnavertebral de un robot animal o un androide. Los músculos neumáticos trabajanpor parejas como músculos abductores y aductores. Esta construcción podríautilizarse para animar a seres artificiales en museos técnicos, exposiciones itinerantes, películas o sistemas de publicidad.

Como antes los gladiadores en la antigua Roma, ahora se enfrentan robots luchando por sobrevivir. Estos vehículos móviles se distinguen por estar armados para inmovilizar lo más pronto posible a los contrincantes. Estas armaspueden ser de diversa índole; en la fig. 5-70 se muestra una posible variante detenaza. Se trata de una tijera para cortar ramas, modificada para esta aplicación.El arma puede avanzar y retroceder mediante un motor eléctrico y un husillo. Losmovimientos se controlan a distancia por radio.

5 Aplicaciones

Fig. 5-69

Imitación del movimiento

de la columna vertebral


2 Segmento

de la columna vertebral

3 Articulación

p Presión

Fig. 5-70

Tenaza de un robot luchador

1 Tenaza para cortar ramas

2 Guía tipo cajón


4 Receptor de ondas de radio

5 Válvula de vías

6 Regulador de presión

7 Botella de aire comprimido

8 Motor de accionamiento

por husillo

9 Muelle compresor

1

2

3

p2p1

1

2

3

4

5

6 7

8

9

98 5 Aplicaciones

La mayoría de los productos tienen que someterse a pruebas de funcionamientode larga duración hasta que se rompen. Para ello es necesario disponer de losequipos de prueba correspondientes que antes solían ser bastante complicados.Pero utilizando el músculo neumático como actuador de tracción es posible configurar máquinas más sencillas para efectuar las pruebas. La fig. 5-71 muestra el esquema de un sistema para controlar sillas de oficina. Mediante una solución ingeniosa se aprovecha la gran fuerza del músculo neumático paraelevar las masas mediante cables y rodillos. En uno de los ejemplos se controlael funcionamiento del respaldo, mientras que en el otro se prueba la resistenciade la butaca. Los respaldos se someten a una fuerza cercana a la fuerza de rotura.

En vez de utilizar un complicado sistema de medición de la fuerza y circuitos de regulación, la fuerza de tracción se limita mediante contrapesos que puedencambiarse con facilidad.Cuando el mecanismo de tracción supera la fuerza máxima, estos contrapesos simplemente se elevan. Del mismo modo podría controlarse la resistencia de la butaca colocando (acción de sentarse) y retirando (acción de levantarse) constantemente una masa equivalente a la masa del cuerpo humano.

5.9Controlar y probar

Fig. 5-71

Control de la resistencia

de sillas de oficina

a) Sistema para controlar

el funcionamiento

del respaldo

b) Sistema para someter

la butaca a un esfuerzo

de larga duración

1 Respaldo

2 Sistema de fijación

3 Cable de tracción


5 Contrapeso

6 Carga

7 Guía

8 Bastidor

a) b)

1

2

3

4

5

6

7

8

99

También podría aprovecharse el cambio de longitud del músculo neumático paramedir la presión aproximada en el conducto. Para ello podría recurrirse a unaescala con aguja, tal como se muestra en la fig. 5-72a.

Si para efectuar el control sólo se necesita una información aproximada, puedeoptarse por una solución aún más sencilla. En una mirilla se ven los colores rojo,amarillo y verde, equivalentes a las presiones de 2, 4 y 6 bar. Un instrumento deesta índole sería robusto e insensible a las interferencias causadas por suciedado vibraciones.

En la fig. 5-73 se aprecia el ejemplo del control del material de una pieza muypesada. La pieza se desplaza constantemente de un lado al otro y después de cada ciclo, el sistema de control avanza una línea. De esta forma puede controlarse toda la superficie de la pieza. El movimiento transversal del equipo de medición también podría estar a cargo de una pareja de músculosneumáticos. Los movimientos se ejecutan sin tirones ni golpes. La única desven-taja consiste en que si los recorridos son largos, los músculos neumáticos tienen que ser relativamente grandes. En ese caso sería recomendable utilizarun sistema de conversión del sentido del movimiento mediante cables o correasdentadas combinadas con rodillos.

5 Aplicaciones

Fig. 5-72

Manómetro

a) Sistema con escala y aguja

b) Indicador óptico

1 Tubo


3 Tubo protector

4 Peso

5 Escala

1

2

3

4

5

5

4

2

3

a) b)

100 5 Aplicaciones

Los actuadores suelen tener un “motor”, que en este caso es un músculoneumático, y un sistema de engranajes para transformar el movimiento generado por el motor en otro que pueda ser aprovechado por la máquina o el equipo que es objeto del accionamiento. El movimiento puede ser giratorio

Fig. 5-73

Control de la superficie

de piezas pesadas

a) Croquis de la disposición

b) Esquema neumático

1 Equipo de control

2 Unidad lineal

3 Pieza objeto del control


5 Carro

6 Válvula antirretorno

H-QS-...

7 Válvula de escape rápido

SUE-...

8 Válvula de precisión

reguladora de presión

LRP-...

9 Electroválvula CPE 14-...

5.10Accionar

1

2

3

4

5

b)

a)

6

7

8

9

250 kg

101

o lineal, continuo o discontinuo, en un sentido o en sentidos cambiantes. En lafig. 5-74 pueden apreciarse algunos convertidores: mecanismos de trinquete y rueda dentada, husillos de paso muy largo y accionados mediante tuerca ysistemas con cigüeñal de movimiento giratorio continuo.

En la fig. 5-75 se muestra un sistema de accionamiento con cigüeñal y músculoneumático. La vista lateral corresponde, en principio, al sistema mostrado en la fig. 5-74c. Se trata de una máquina tricilíndrica que funciona desde 20 hasta 200 r.p.m.. Su movimientos pueden cambiar de sentido, dependiendode cómo se accionan los músculos. La distribución del aire está a cargo de unaválvula especial.

5 Aplicaciones

Fig. 5-74

Actuadores giratorios

con músculo neumático y

convertidor de movimientos

a) Avance de paso a paso

b) Movimiento giratorio

en sentidos opuestos

alternantes

c) Giro con cigüeñal

(ver también fig. 5-75)

d) Disco basculante

a) b)

c) d)

102 5 Aplicaciones

Un actuador de este tipo es apropiado para zonas con peligro de explosión o cuan-do sólo se dispone de aire comprimido como fuente de energía, tal como sucede,por ejemplo, en la industria de la madera, en partes de la técnica de purificaciónde aguas, en la industria azucarera, en fábricas de pinturas o en refinerías.

En un proyecto de estudio de viabilidad se utilizó un vehículo urbano para dospasajeros de pie, equipado con el sistema de accionamiento compuesto por losmúsculos neumáticos y el cigüeñal. Pero también el sistema de la suspensiónestuvo equipado con músculos neumáticos. Sin embargo, la autonomía de estevehículo no resultó convincente, ya que es muy limitada la cantidad de aire comprimido que puede transportar (fig. 5-76).

102

Fig. 5-75

Unidad de accionamiento con

cigüeñal y músculo neumático

(Festo)


2 Cigüeñal

3 Árbol de salida

4 Unidad de control

5 Sistema de medición

de ángulos

p Aire comprimido

Fig. 5-76

Vehículo urbano accionado


(Viererbl, F., Scholl, P.)

con sistema de suspensión

con músculo neumático

y sistema de inclinación

en función de la velocidad

1

2

3

45

p1p2

p3

103

En la fig. 5-77 puede apreciarse el funcionamiento de un actuador giratorio sin cigüeñal. Se trata de una estructura modular compuesta por varios músculos cuya potencia se suma. La transformación del movimiento lineal en un movimiento giratorio está a cargo de un sistema de husillo y tuerca, como el que ya se explicó en la fig. 5-74b.

En la fig. 5-78 queda reflejada la idea de poner en funcionamiento un atornilladormanual mediante aire comprimido. Este atornillador es ligero porque no tiene un motor rotativo con partes mecánicas. Los actuadores pueden montarse en el interior de las dos empuñaduras. Los músculos neumáticos actúan medianteun conjunto de gatillo y rueda dentada sobre el árbol central. El gatillo puedeinvertirse, con lo que los movimientos pueden ejecutarse en ambos sentidos. A pesar del reducido diámetro del actuador, el momento de giro es considerabley, además, puede regularse de modo muy sencillo modificando la presión. Esteatornillador funciona más silenciosamente que otros aparatos utilizados con elmismo fin. Si se utiliza un músculo neumático de 20 mm de diámetro, si el puntode aplicación de la fuerza se encuentra 30 mm fuera del árbol y si la presión esde 6 bar, se obtiene un momento de giro de M = 1000 N x 0,03 m = 30 Nm. Elpar de apriete necesario para ajustar, por ejemplo, un tornillo M8, es de 22 Nm.En vez de utilizar el sistema que aquí se muestra con gatillo y rueda dentada,bien puede utilizarse también un sistema de piñón libre.

El motor con cilindros dispuestos en forma de estrella se utilizaba antes en aviones. Un cigüeñal central pone en movimiento los pistones mediante bielas.El movimiento de las bielas y pistones constituye un sistema dinámico muy complicado. Pero si se utilizan músculos neumáticos (que tienen muy poca

5 Aplicaciones

Fig. 5-77

Vehículo con actuador

giratorio sin cigüeñal,

con músculos neumáticos

104 5 Aplicaciones

masa) dispuestos en forma de estrella, la situación es mucho menos complicada(fig. 5-79). El motor puede ser de estrella simple (tal como se aprecia en la gráfica) o de estrella doble o múltiple para obtener un momento de giro mayor.En la solución de estrella múltiple, hay varios sistemas de estrella simple queactúan sobre el mismo cigüeñal.

Fig. 5-78

Atornillador neumático

manual


2 Empuñadura

3 Gatillo

4 Rueda dentada

5 Árbol

6 Acoplamiento de la llave

7 Conducto

de aire comprimido

8 Pulsador de mando

Fig. 5-79

Motor en forma de estrella,

accionado por músculos

neumáticos

1 Control de la distribución

del aire comprimido

2 Muñón


4 Volante

5 Conducto

de aire comprimido

1

1

2

3

4

5 6

M

7

8

1

2 3

4

5

105

¿Abrir puertas con el músculo neumático? ¡Porqué no! El músculo neumáticotiene fuerza más que suficiente para abrir puertas corredizas. En la fig. 5-80 semuestra un ejemplo para el equipamiento posterior de un sistema con músculoneumático. El brazo basculante se desplaza entre los rodillos y transmite elmovimiento. La puerta se cierra por efecto del peso. Si el carril está ligeramenteinclinado, la puerta puede cerrarse también recurriendo únicamente a la fuerzade la gravedad. La ventaja consiste en que no hay que modificar la puerta y sólo tiene que montarse una pareja de rodillos. La puerta puede abrirse auto-máticamente si un detector constata que se acerca un vehículo, que puede ser,por ejemplo, una carretilla elevadora. La señal emitida por el detector pone enfuncionamiento una válvula de vías para aplicar el aire comprimido necesario.

Muchos otros movimientos lineales pueden ejecutarse con músculos neumáticos. Sin embargo, hay que acostumbrarse a la idea de que la máquinaes accionada con un “tubo de goma” y eso toma su tiempo. Pero una vezdemostrada la eficiencia, todo son ventajas. Como en el caso de la utilización de dos músculos neumáticos que aplican fuerzas en sentidos contrarios paraobtener un movimiento de vaivén. La sierra que se muestra en la fig. 5-81 tieneuna carrera de 50 mm y permite alcanzar una frecuencia de 160 movimientospor minuto. Los músculos pueden montarse en paralelo con respecto a la guía,aunque también pueden montarse axialmente, quedando protegidos dentro dela guía que de todos modos es necesaria. El movimiento de avance, necesariopara la acción de aserrar, está a cargo de un sistema de transporte que, como en el ejemplo, puede estar constituido por rodillos moleteados y engomados,entre los que avanza la pieza que se cortará.

5 Aplicaciones

Fig. 5-80

Abrir neumáticamente

una puerta corrediza

1 Cable

2 Contrapeso

3 Rodillo

4 Brazo basculante


6 Carril

7 Tope final

1

2

3

45

6

7

8

106 5 Aplicaciones

También es posible simular movimientos de avance como los que realizan losgusanos. La oruga se apoya con sus cerdas en la parte interior de un orificio. El cuerpo del gusano está circundado por dos capas de músculos, en el exteriorla musculatura anular y en el interior la musculatura longitudinal. Ambos tiposde músculos pueden simularse con los músculos neumáticos. En la fig. 5-82 se aprecia la estructura de un sistema de avance dentro de tubuladuras (por ejemplo, para la inspección de la superficie del interior de los tubos). El equipo avanza igual que los gusanos. En la fig. 5-83 se muestra un ciclo completo ∆s del movimiento. El actuador actúa en ambos sentidos, puedemoverse ilimitadamente, puede tener un diámetro muy pequeño y ejecutar ciclos rápidos. Los dos cabezales de fijación están unidos al músculo neumáticode forma flexible.

Fig. 5-81


de una sierra (plano superior)



3 Barra de guía

4 Hoja de la sierra

5 Rodillo de transporte

6 Tronco

7 Transportador de rodillos

8 Barra hueca (variante)

p Aire comprimido

Fig. 5-82

Sistema con músculo

neumático para la ejecución

de movimientos similares

a los gusanos

1 Mordaza de fijación

2 Tubería

3 Émbolo de bloqueo



6 Articulación

a, b, c

Conductos controlados

de aire comprimido

1

22

34

56

7

8

p1 p2

1 2

3 4 5 6

abc

107

Los cabezales están bloqueados durante algunos instantes para mantener la posición. El siguiente paso está a cargo del muelle de compresión o del músculo neumático. Para efectuar trabajos de inspección tendría que montarseuna cámara miniaturizada con iluminación en el cabezal. Los componentes electrónicos incluso pueden montarse en el interior del músculo neumático.

El músculo neumático puede funcionar con una frecuencia de hasta 90 Hz. Esta característica, sumada a su gran fuerza inicial, hacen de él un actuadorideal para sistemas de avance por vibración. En la fig. 5-84 se muestran algunos sistemas vibratorios accionados por músculos neumáticos. La soluciónconvencional consiste en utilizar actuadores excéntricos electromecánicos omagnéticos. El canal oscilante que aparece en la fig. 5-84c funciona con una frecuencia de 75 Hz. La frecuencia puede regularse de modo continuo desde 10 hasta 90 Hz. El movimiento de expulsión de las piezas que se encuentransobre el canal está determinado por el ángulo de los resortes. Lo mismo sucede

5 Aplicaciones

Fig. 5-83

Secuencia de movimientos

de un sistema de inspección

de tubos accionado por un

músculo neumático

∆s Paso

5.11Sistemas de avance por vibración

∆s

108 5 Aplicaciones

en el caso del depósito helicoidal de la fig. 5-84b. La fuerza del músculo actúaen el centro a través de un rodamiento de bolas. Ello es necesario debido almovimiento de elevación y de giro de depósito. Pero también podrían montarsevarios músculos neumáticos tangencialmente al recipiente vibratorio, tal comose aprecia parcialmente en la fig. 5-84a.

Fig. 5-84

Sistemas vibratorios

accionados por músculos

neumáticos

a) Actuadores

de distribución tangencial

b) Depósito helicoidal

vibratorio con músculo

neumático como actuador

central

c) Accionamiento

de canal vibratorio

1 Muelle laminado

o barra de torsión


3 Canal de avance de piezas

4 Recipiente vibratorio

5 Placa vibratoria

6 Rodamiento

7 Placa base

8 Placa de alimentación

9 Anclaje

1

1 1

1 1

2

2

2

3

a) b)

4

56

7

8

9

99

c)

109

La mesa vibratoria de la fig. 5-85 únicamente ejecuta movimientos verticales ypuede utilizarse para realizar ensayos de materiales. La placa se guía mediantecuatro columnas. Los músculos neumáticos actúan en contra de la fuerza de los muelles de compresión o de los resortes de disco. Si se desea obtener un movimiento oscilante, debe montarse en el centro una apoyo esférico.Entonces hay que activar los músculos individualmente para obtener la oscilación deseada. En ese caso es recomendable generar oscilaciones de baja frecuencia y gran amplitud.

En aplicaciones del sector del ocio y entretenimiento es importante disponer de equipos de simulación capaces de ejecutar movimientos lo más realistasposibles. En el aspecto óptico y visual ya se obtienen resultados bastante satisfactorios y también los efectos acústicos son muy buenos. Sin embargo, lo que aún puede mejorarse es la transmisión de las vibraciones al cuerpo del usuario en función de la situación imperante en cada caso. Una solucióneconómicamente viable y, además, muy efectiva, consiste en utilizar músculosneumáticos para realizar los movimientos del asiento del piloto. En esta aplicación, tiene que utilizarse un conjunto de músculos neumáticos con el finde conseguir los movimientos en tres planos, tal como se indica en el esquemade la fig. 5-86. El asiento descansa sobre una columna central con cabezal derótula y un muelle de compresión. Con los músculos neumáticos se obtiene unasimulación muy realista, ya que sus movimientos se producen sin tirones y,además, porque alcanzan frecuencias muy elevadas. En el sector de la diversióny el entretenimiento podrían equiparse asientos con este sistema para utilizarvideojuegos o ver películas, con lo que la vivencia sería mucho más realista.

5 Aplicaciones

Fig. 5-85

Mesa de vibración vertical

para efectuar pruebas

1 Placa de base



4 Brida de sujeción

5 Guía recta

6 Manguito

7 Columna de guía

8 Pie de la columna

1

2

3

4

5

6

7

8

110 5 Aplicaciones

El equipo de la fig. 5-87 se utiliza para mezclar el contenido de un barril. Losmovimientos en el sentido de los ejes X e Y están a cargo de parejas anta-gonistas de músculos neumáticos. Los movimientos giratorios a lo largo de los dos ejes pueden ejecutarse individualmente o de modo superpuesto. En ese caso se obtiene un movimiento tambaleante. Las características delmovimiento y sus secuencias pueden modificarse constantemente por medio de la correspondiente programación. Las fuerzas ocasionadas por el peso secompensan mediante apoyos suficientemente grandes en los ejes giratorios.Una mezcladora de este tipo, aunque de dimensiones más pequeñas, podría utilizarse en laboratorios.

Fig. 5-86

Asiento vibratorio

para fines de simulación

1 Asiento (de piloto,

de camionero, etcétera.)

2 Cinturón de seguridad

3 Joystick para controlar

el simulador

4 Apoyapiés

5 Base

6 Columna central

con muelle de compresión


Fig. 5-87

Mezcladora de barriles con

cuatro músculos neumáticos

1 Barril

2 Placa de soporte

3 Músculo neumático para

los movimientos giratorios

por el eje Y

4 Placa básica

5 Músculo neumático para

los movimientos giratorios

por el eje X

6 Eje giratorio

A und B

Vibraciones por balanceo

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

45

6

Y

X

A

B

111

La silla vibratoria de la fig. 5-86 ha sido, en principio, el modelo que sirvió de ejemplo para la mesa vibratoria que se utiliza para la realización de ensayosy que se aprecia en la fig. 5-88. La placa vibratoria está únicamente apoyada en el muelle de compresión central. Dependiendo de las secuencias de la activación de los cuatro músculos neumáticos se obtienen vibraciones con frecuencias y amplitudes diversas. Todo el conjunto está desacoplado del suelomediante amortiguadores. La solución mediante músculos neumáticos tambiénofrece ventajas energéticas en comparación con la utilización de otro tipo deactuadores. Además, la estructura mecánica es sumamente sencilla. Esta mesade ensayos se utiliza, por ejemplo, para comprobar las vibraciones que se producen en asientos de automóviles.

Los sistemas vibratorios siempre son sistemas compuestos de masas amorti-guadas. Las máquinas vibratorias, como por ejemplo tamices vibratorios o com-pactadoras de hormigón, gravilla o arena, por lo general vibran por efecto demasas rotativas excéntricas. Las vibraciones disminuyen la tensión superficial yla fricción de los gránulos, con lo que estos se compactan a causa de la grave-dad. En la fig. 5-89 se muestra un ejemplo de utilización del actuador neumáti-co. El músculo actúa contra el peso de la placa vibratoria.

5 Aplicaciones

Fig. 5-88

Mesa de ensayos de vibración

1 Elemento para la sujeción

de la pieza objeto

del ensayo

2 Placa vibratoria



5 Pie con amortiguador

integrado

6 Bastidor

1 2

3

4

5

6

112 5 Aplicaciones

La operación de frenado se caracteriza por sus recorridos cortos y grandes fuerzas. La operación de retención suele conseguirse mediante la aplicación defuerza con un elemento sobre la pieza. Para que dicho elemento avance tambiénsuelen necesitarse carreras cortas. Ello significa que el músculo neumático es la solución apropiada en ambos casos, también porque es un actuador ligero yporque ocupa poco espacio. En los ejemplos que se comentan a continuación se ofrecen sugerencias para posibles aplicaciones.

Primer ejemplo:Una estación elevadora de piezas en paletas se encuentra encima de un sistemade transporte por rodillos. En caso de un corte de energía o de avería, hay que retener la carga para evitar que se caiga. Esta función está a cargo de losmúsculos neumáticos montados en la plataforma principal y que se ocupan dedesplazar un perno de bloqueo. En caso de emergencia, un muelle de compre-sión actúa sobre el perno para que éste quede encastrado, inmovilizando lacarga. Para instalar el músculo neumático se necesita poco espacio. En esta aplicación se trabaja en un entorno con mucho polvo, lo que, sin embargo, no es impedimento alguno para el músculo.

Fig. 5-89

Compactar material a granel

1 Caja de molde

2 Partículas de arena

3 Placa vibratoria


5.12Frenar y retener

1 2

3

4

113

En la fig. 5-90 puede apreciarse la disposición de la estación elevadora.

Otro ejemplo:Al desenrollar, por ejemplo, una cinta de chapa fina, es necesario que la velocidad sea constante para que la cinta pueda alimentarse de modo homo-géneo a una estación de trabajo. Sin embargo, al desenrollar la cinta, la fuerzade tracción F que se aplica en la cinta cambia en función del diámetro. Por elloes necesario disponer de un freno para regular constantemente la velocidad degiro durante la operación de desenrollar la cinta. Si la velocidad es baja, es recomendable utilizar con ese fin un actuador que permita una regulación muyfina y que, además, ejecute movimientos sin tirones. Ello significa que esta aplicación es ideal para el músculo neumático. En esta aplicación, el músculoneumático ofrece ventajas evidentes en comparación con un cilindro neumáticoconvencional, también porque la regulación es muy sencilla mediante una válvula proporcional. En la fig. 5-91 se incluye la representación esquemática de la aplicación que aquí se describe, utilizándose un músculo neumático de 40 mm de diámetro y de 250 mm de largo (fuerza aproximada de 500 N, carrerade 2 mm).

Esta es apropiada en todos los casos en los que hay que desenrollar o enrollarmaterial en forma de cinta o banda, operaciones frecuentes en la industria defabricación y procesamiento de cintas de metal con o sin recubrimiento.

5 Aplicaciones

Fig. 5-90

Sistema de bloqueo

1 Material transportado

2 Paleta

3 Avance sobre rodillos

4 Plataforma elevadora



7 Unidad elevadora

8 Perno de bloqueo

9 Dientes de bloqueo

1

1

2

2

4

3

3

5 6

7

8

9

114 5 Aplicaciones

En la fabricación de embutidos, una de las operaciones consiste en la alimen-tación de la tripa artificial a la máquina embutidora. Las poleas que guían latripa artificial tienen que frenarse rápidamente, para lo cual puede montarse unmúsculo neumático en el eje hueco del rodillo. El músculo no gira junto con lapolea, de modo que es posible aplicar el aire comprimido en un punto fijo. Lasolución que se muestra en la fig. 5-92 puede considerarse una solución modeloque con variaciones puede utilizarse en otras aplicaciones similares.

Fig. 5-91

Freno de un equipo

para desenrollar

1 Rollo


3 Rodillo desviador

4 Rodillo detector

5 Medidor de fuerza

6 Detector proporcional

7 Eje del rollo

8 Mordaza del freno

F Fuerza de desenrollado

p Aire comprimido

Fig. 5-92

Frenar una polea de inversión

1 Polea de inversión


3 Bastidor


5 Disco del freno

6 Antigiro con detección

del momento de giro

p Aire comprimido

12

3

45

6

p

p1

7 8

F

1

2

3

p

4

5

6

115

El freno de tambor de la fig. 5-93 aplica la fuerza de frenado mediante muellesde compresión o un conjunto de resortes de disco. Los músculos neumáticos utilizados en este freno aplican una gran fuerza en un recorrido muy corto. Estemecanismo puede utilizarse como freno de emergencia. En caso de un corte deenergía, los actuadores neumáticos se quedan sin fuerza y los muelles hacen lasveces de actuador para aplicar la fuerza de frenado.

Dentro de una fábrica se transportan piezas para retirarlas del almacén con el fin de volverlas a almacenar temporalmente o alimentarlas a una máquina.Para efectuar estas operaciones se utilizan con frecuencia cintas de transporte.Aunque estos sistemas son relativamente sencillos en términos técnicos, estánprovistos de actuadores de diversa índole. Entre ellos están los que se ocupande mantener tensas las cintas de transporte. Si la tensión de las cintas no es la adecuada, las piezas que se encuentran sobre ellas no se transportan correctamente. En la fig. 5-94 se muestran algunas soluciones mediante la utilización de músculos neumáticos.

La utilización del músculo neumático para tensar cintas de transporte es aconse-jable porque se trata de un actuador muy robusto con características de amorti-guación adaptables.

5 Aplicaciones

Fig. 5-93

Mecanismo de frenos

de tambor

1 Forro/Pastillas del freno

2 Tambor/Disco

3 Muelle compresor,

conjunto de resortes

de disco


5 Bastidor

5.13Transportar

3 321 45

116 5 Aplicaciones

En el caso del transportador de acumulación con rodillos también tiene quesolucionarse un problema relacionado con fuerzas de fricción (fig. 5-95). Estetipo de sistemas de transporte de piezas tiene la ventaja de evitar que las piezasacumuladas estén expuestas a fuerzas por topar unas con otras. En el ejemploque aquí se muestra, la cinta de transporte tiene únicamente la finalidad deaccionar los rodillos cuando el músculo neumático se encuentra bajo presión.Una vez que la pieza transportada llega hasta el interruptor, se desconecta el aire comprimido, con lo que se retiran los rodillos de presión y la cinta detransporte ya no tiene contacto con los rodillos de transporte. La pieza se continúa transportando únicamente cuando una señal del proceso anula la señal del interruptor.

Fig. 5-94

Soluciones con músculos

neumáticos para tensar

cintas de transporte

a) Desplazamiento

de la polea de inversión

b) Actuador tensor

en el soporte de la cinta

de transporte

c) Tensor vertical

de la cinta de transporte

d) Rodillos tensores

en una máquina de lavar


2 Rodillo desviador


4 Cinta de botones

5 Rodillo tensor

6 Rodillo tensor

Fig. 5-95

Transportador de acumulación

con rodillos con sistema

de desconexión neumático

1 Pieza transportada

2 Sistema de rodillos


4 Interruptor neumático

5 Rodillo de presión


p Aire comprimido

a) b)

c) d)

1

1

1

2

2

3

4

5

5

6

1

2

3

4

5 6 p

117

El ejemplo de la fig. 5-96 representa la solución a otra tarea de transporte. Untrinquete abatible, montado en un carro, se ocupa de desplazar vigas pesadasde doble T a lo largo de un carril deslizante. El trinquete se pone en posición vertical por efecto del peso. Al efectuar el movimiento en el sentido contrario, el trinquete se abate hasta que se encuentra en la posición de la siguiente vigaque, entretanto, ha ocupado la posición de espera. Dado que las vigas son largas, el sistema dispone de varios carros que se mueven simultáneamente y de modo paralelo. Mediante el sistema de control es posible modificar las carreras, con lo que sería posible volver a aplicar el trinquete en la otra ala de la misma viga.

Las piezas que avanzan en el plano horizontal pueden distribuirse, según sutipo, en varios carriles paralelos. Pero la distribución también puede hacerse enel plano vertical, lo que permite ahorrar espacio, una ventaja importante puestoque en las fábricas suele escasear el espacio disponible. La distribución verticalde las piezas exige que el sistema pueda desplazarse hacia los diversos nivelespara alimentarlas. En la fig. 5-97 se muestra un esquema de funcionamiento de una estación de distribución vertical de piezas. A ambos lados de la cinta se encuentra un músculo neumático que se ocupa de elevar o descender la cinta hacia las tres posiciones. Este proceso puede funcionar de modo comple-tamente automático si, por ejemplo, se utiliza un lector de código de barras paragenerar las correspondientes señales de posicionamiento. El peso de la cintabasculante puede reducirse utilizando un contrapeso o la fuerza de un muelle.Las fuerzas equivalen a las del brazo que se explicó en la fig. 2-4.

5 Aplicaciones

Fig. 5-96

Sistema de desplazamiento

de vigas

1 Viga de doble T

2 Carril de deslizamiento

3 Trinquete

4 Tope ajustable


6 Peso

7 Carril

8 Carro

1

23

45

67 8

118 5 Aplicaciones

Si en una cinta de transporte avanzan productos a granel que pueden despren-der partículas de suciedad que queden adheridas a la cinta, es posible que senecesite un sistema de lavado para retirar las partículas de suciedad medianterascadores provistos de pestañas de goma o de acero, tal como se indica en elejemplo de la fig. 5-98. En esta aplicación, el músculo neumático asume la fun-ción de un muelle cuya fuerza puede modificarse según sea necesario, regulan-do la presión. Para conocer la presión óptima en cada caso, también es posiblerealizar ensayos hasta obtener el resultado más satisfactorio.

Fig. 5-97

Distribución de piezas

según tipo


principal


secundaria

3 Lector de código de barras


5 Pieza transportada

g Fuerza de gravedad

m Masa

S Centro de gravedad

de la masa

Fig. 5-98

Rascador doble

en una cinta de transporte

1 Tambor de expulsión

de piezas


3 Rascador


5 Bastidor

1

2 3 4

mg

F

5

S

12

34

5

119

La cinta de transporte que aparece en la fig. 5-99 puede desplazarse en el plano horizontal mediante dos músculos neumáticos. Una vez que el camión se encuentra delante de la rampa de carga, la cinta avanza hasta la superficie decarga. Regulando la presión, el avance se realiza a la posición correcta depen-diendo de la posición en la que se encuentra el camión. La cinta de transportecomo tal descansa sobre barras de posicionamiento. Es recomendable que estasguías lineales y los músculos neumáticos estén posicionados unos juntos aotros, a diferencia de lo que se indica en el esquema, ya que de esa manera se ahorra espacio en altura. Si las distancias de desplazamiento son mayores,podría aplicarse el principio del rodillo libre que se explicó en la fig. 3-7.

Si las cintas de transporte son largas, es necesario guiarlas utilizando, por ejemplo, un rodillo tensor y de guía. Estos rodillos tienen que poder regularsehorizontalmente. Un detector o una barrera de luz controla los movimientos dela cinta y, si es necesario, se modifica el ángulo β del rodillo de guía. De estamanera se consigue que la cinta esté centrada. El sistema funciona de modocontinuo y el esquema de la fig. 5-100 muestra una solución simplificada.

5 Aplicaciones

Fig. 5-99

Cinta de transporte

desplazable

1 Paquete


3 Superficie de carga

4 Guía recta


6 Rampa de carga


1

2

3

4

5

6

7

120 5 Aplicaciones

En la fig. 5-101 se propone otra solución para la misma tarea. En este caso, el rodillo expulsor de la cinta es desplazable. El elemento que la mueve tienesuficiente holgura para permitir una ligera inclinación del eje del rodillo. A cadalado de la cinta se encuentra un músculo neumático. Estos músculos tensan el rodillo mediante palancas y, además, consiguen centrar la cinta variando lapresión y, por lo tanto, efectuando movimientos ligeramente distintos en amboslados.

Fig. 5-100

Centrado de una cinta

de transporte

a) Disposición del sistema

de rodillos para centrar

b) Guiado de la cinta

c) Detección del borde

de la cinta

1 Rodillo regulable

2 Rodillo inversor


4 Barrera de luz

5 Estructura basculante


Fig. 5-101

Centrado de una cinta

de transporte

1 Detector óptico

del borde de la cinta


3 Rodillo tensor

4 Corredera

5 Palanca


p Aire comprimido

1 1

2

3

45

6

a) b) c)

+ β

– β

12 3

4

56

7

p

121

Al transportar objetos de diversa índole (paquetes, bidones, cubos, latas, etcétera), muchas veces es necesario retenerlos temporalmente, interrumpiendosu movimiento de avance. Para esta tarea puede utilizarse el sistema que muestra la fig. 5-102. La disposición es sumamente sencilla y el croquis permiteentender fácilmente su funcionamiento. Al contraerse el músculo neumático, se desplaza la cuña, con lo que disminuye el paso en la cinta de transporte. Elobjeto queda aprisionado entre la cuña y la guía lateral de la cinta de transpor-te. Una vez emitida la señal correspondiente, la pieza queda aprisionada deinmediato, ya que el músculo tiene una capacidad de respuesta muy rápida.

En la fabricación de productos en grandes series, suele ser necesario desviar el flujo de los productos, guiándolos hacia diversos canales. La distribuciónpuede ser necesaria en función de las cantidades o de los tipos de productos.En este último caso tiene que utilizarse un detector para comprobar la existenciade un criterio de distinción de las piezas. El detector emite una señal que launidad de control utiliza para activar la bifurcación. En la fig. 5-103 se muestraun ejemplo. La derivación accionada mediante músculos neumáticos reaccionamuy rápidamente, por lo que el funcionamiento es fiable incluso si las piezasvienen muy seguidas. Los dos músculos neumáticos pueden ser relativamentepequeños si el punto de fijación se encuentra cerca del eje de giro de la aletapivotante.

5 Aplicaciones

Fig. 5-102

Aprisionamiento de objetos

que avanzan por una cinta

de transporte

a) Paso libre (plano superior)

b) Paso bloqueado (sistema

de aprisionamiento

activado)


segmentada

2 Guía lateral

3 Paquete

4 Cuña de aprisionamiento



7 Cuerpo y guía

5.14Distribuir y desviar

a)

b)

1 2 3

4

5

6

7

122 5 Aplicaciones

La distribución de productos a granel puede conseguirse de modo muy similar.En la fig. 5-104 se ofrece un ejemplo. Una elemento de distribución basculantepuede asumir dos posiciones inclinadas, con lo que el producto a granel puededesviarse hacia una u otra cinta de transporte. La inclinación del elemento dedistribución se consigue mediante dos músculos neumáticos, uno a cada ladodel eje. En este tipo de aplicaciones, el músculo neumático ofrece la ventaja deser insensible al polvo ya que es un sistema completamente hermético.

Fig. 5-103

Bifurcación clasificadora,

de respuesta rápida

(plano superior)

1 Detector, cámara

2 Aleta pivotante


4 Canal después de la

clasificación de piezas

5 Canal antes de la

clasificación de piezas

Fig. 5-104

Sistema de distribución

de productos a granel

1 Cinta principal

2 Elemento acanalado

basculante

3 Cinta secundaria


5 Soporte del eje

del elemento basculante

6 Tope

1

2 3

4

5 6

7

1

2

34

5

6

3

6

2

4

123

En máquinas y equipos para mecanizar piezas existen innumerables posibili-dades para utilizar músculos neumáticos como unidades de accionamiento paraejecutar movimientos principales, aunque, sobre todo, movimientos auxiliares.Los ejemplos que se ofrecen a continuación pueden valer para muchas otrasaplicaciones similares. El primer ejemplo se refiere a una operación de doblarchapas perfiladas.

Las chapas perfiladas, utilizadas por ejemplo en la industria automovilística, tienen que doblarse con mucha frecuencia. Para lograrlo es necesario aplicar fuerzas considerables, lo que puede estar a cargo de varios músculosneumáticos que, además, ofrecen la ventaja de efectuar el movimiento sin tirones. La chapa se presiona contra un molde mediante barras de tracción (fig. 5-105). Este tipo de prensas se utiliza en la industria automovilística para moldear las chapas de las puertas. En ese caso concreto, se utilizan 12 músculos neumáticos de 40 mm de diámetro, capaces de aplicar juntos una fuerza de 1,2 toneladas, con lo que la operación de la deformación de lachapa apenas dura 20 segundos. Estas prensas de deformación de chapas están provistas de dos platos giratorios que giran en sentidos opuestos, aunquealrededor del mismo eje. La parte superior e inferior del molde están sujetas al plato inferior, mientras que los puntos de articulación de los músculos seencuentran en el plato superior. La chapa se presiona contra el molde tanto por el movimiento giratorio como por la fuerza de tracción de los músculosneumáticos. La utilización del músculo neumático permitió conseguir una solución mucho más económica.

La calidad de las operaciones de pulido y lijado depende de la aplicación homo-génea de la presión correcta. Por lo general no es posible recurrir al recorridocomo criterio de regulación, ya que las muelas abrasivas o de pulir están sujetas a un constante desgaste. El músculo neumático es una solución muysatisfactoria para ajustar la presión de contacto ya que permite una regulaciónmuy sencilla y, además, porque ejecuta los movimientos sin tirones. En la fig. 5-106 se muestra el funcionamiento esquematizado de una máquina de lijar

5 Aplicaciones

5.15 Mecanizar

Fig. 5-105

Prensa para doblar

chapas perfiladas

1 Molde


3 Sujeción en el techo

4 Chapa perfilada

5 Barra de tracción

6 Arandela esférica

7 Tuerca

1

2

3

4

5

67

124 5 Aplicaciones

y pulir. En este ejemplo, la pieza se coloca a mano debajo de la herramienta.Claro está que la máquina también puede incluirse en una línea de fabricaciónautomática. Cabe anotar que al pulir es necesario dosificar automáticamenteuna cantidad exacta de pasta y, además, hay que tener cuidado en que la temperatura de la superficie a pulir no sea demasiado alta.

Los siguientes ejemplos se refieren a aplicaciones de corte de materiales. Paraefectuar estos cortes suelen utilizarse diversos tipos de prensas. En el ejemplo de la fig. 5-107, se utilizan discos excéntricos con el fin de ampliar la fuerza delmúsculo neumático, de por sí muy grande. Los discos están provistos de ranurasen ambos lados para la fijación del músculo neumático y el correspondientemuelle de recuperación. La estructura básica es un producto comercial que está incluido en cualquier catálogo de accesorios para matricería. El sistema deaccionamiento se coloca encima de las columnas de guía utilizando una especiede yugo.

Fig. 5-106

Máquina de lijar y pulir

1 Brazo articulado

2 Peso de compensación


4 Unidad para lijar o pulir,

accionada por husillo

5 Muela abrasiva

6 Pieza

7 Mesa desplazable en cruz

8 Empuñadura

9 Soporte


11 Capa de pintura

12 Perno de fijación

Fig. 5-107

Prensa de corte accionada

por músculo neumático

y discos excéntricos


2 Disco excéntrico

3 Yugo

4 Columna de guía

5 Herramienta



8 Base

12

3

4

5

67 8

910

1112

12

3

456

7

8

125

El sistema de la fig. 5-108 es ligeramente diferente. Esta máquina se utiliza paracortar cintas largas de poco grosor. En este caso, la fuerza de los músculos seaplica indirectamente a través de una palanca articulada. En cada movimiento se supera el punto muerto, por lo que en cada carrera se ejecuta la operación de corte. La máquina tiene un gran nivel de rendimiento gracias a la rapidez conla que reacciona el músculo neumático. Además, el muelle de tracción tambiénpodría sustituirse por un músculo neumático.

También es posible cortar materiales utilizando hojas de sierra circulares, tal como se muestra en la fig. 5-109. En esta aplicación se cortan trozos de longitudes definidas de un pieza perfilada de material plástico. La sierra circularpende encima de la pieza y se mueve por acción de dos músculos neumáticos.La pieza de material plástico perfilado se introduce a mano en la guía y se sujeta también a mano durante la operación de corte. En el esquema no se han indicado los sistemas de seguridad necesarios para este tipo de máquinas.El músculo neumático consigue que el movimiento de avance sea homogéneo y sin tirones. El punto de inversión del movimiento pendular puede regularsemodificando la presión.

5 Aplicaciones

Fig. 5-108

Máquina de corte

con barra portacuchilla


2 Barra portacuchilla

3 Soporte o contracuchilla

1

2

3

126 5 Aplicaciones

La máquina para cortar que se muestra en la fig. 5-110 es mucho más pequeña ymás bien puede considerarse una herramienta manual. La fuerza de un músculoneumático se amplía al final del movimiento de la cuchillas mediante una semipalanca articulada. La sincronización de los movimientos de los dos brazosestá a cargo de la combinación de pernos y ranuras en la placa básica.

Fig. 5-109

Máquina para cortar material

plástico perfilado

1 Motor

2 Sierra circular

3 Barra perfilada

4 Guía


6 Bastidor

Fig. 5-110

Herramienta de corte

1 Cuchilla

2 Brazo



5 Bastidor fijo

1

24

3

6

5

1

2

3

4

5

127

En la fig. 5-111 se muestra una máquina de corte continuo de láminas para laobtención de tiras o flejes. En el esquema consta una sola unidad de corte, sobreentendiéndose que, dependiendo del ancho de la lámina, pueden montarse varias de estas unidades. El brazo con la cuchilla se mueve con dosmúsculos que aplican fuerzas en sentidos contrarios. El efecto amortiguadorque tiene el músculo neumático es una característica que resulta ventajosa en esta aplicación. Otra ventaja de la máquina consiste en su disposición relativamente sencilla.

En la fig. 5-112 se incluye la representación esquemática de una máquina paracortar longitudinalmente masas relativamente suaves. Antes de la operación decorte como tal, el sistema primero aplica una muesca, para lo cual la cuchillaavanza hasta una posición intermedia (línea de posición a). Después del cortede una determinada cantidad de muescas se produce el corte definitivo (hasta la línea b). El retroceso está a cargo de un muelle. Esta máquina también esbastante sencilla y la detención en la posición intermedia se logra con una precisión de repetición de ± 0,3% en función de la longitud nominal si los movimientos son pulsantes y la posición se regula con la presión de los músculos neumáticos. En otros casos es válido un valor de 3% debido a lahistéresis, también aplicado en función de la longitud nominal. Los ciclos dobles se ejecutan en 2 segundos, siendo la muesca de 15 mm y la carrera de corte de 25 mm.

5 Aplicaciones

Fig. 5-111

Máquina para cortar flejes


2 Cuchilla

3 Rodillo ranurado

4 Lámina

5 Rodillo

6 Brazo portacuchillas

7 Tope fijo

12

2

3

34 5

6

6

7

128 5 Aplicaciones

La sierra de la fig. 5-113 también tiene un sistema de avance mediante músculoneumático. En esta aplicación, es especialmente ventajoso que el músculo ejecute los movimientos sin tirones. El retroceso de la mesa está a cargo de uncilindro neumático. Diseñando el sistema con algo de ingenio, es posible montarel músculo neumático debajo del tablero de la mesa. El músculo ocupa menosespacio que actuadores compactos de otro tipo que ofrecen la misma fuerza(por ejemplo, un actuador hidráulico). La pieza que se corta queda sujeta en laposición deseada mediante un sistema de sujeción que se mueve con el tablero.

Fig. 5-112

Máquina de corte

con accionamiento mediante


a) Posición de corte superior

(muesca)

b) Posición de corte completo

c) Posición de reposo

1 Placa elevadora

2 Muelle compresor


4 Placa de base

5 Masa suave

6 Avance

7 Cuchilla

8 Columna de guía

Fig. 5-113

Accionamiento del tablero

de una sierra estacionaria

1 Sierra

2 Sistema de sujeción

de la pieza

3 Pieza

4 Mesa


6 Cilindro de recuperación

7 Válvula de estrangulación

y antirretorno

8 Electroválvula

9 Válvula de precisión,

reguladora de la presión


1

2

3

4

5 6

7 7 1

ab

c

8

12

34

5

6

7

8

9

F

2 2

12 1282 82 10/12 1 33311

129

Al enrollar o desenrollar cintas o cables, suele ser importante que el materialesté sometido a una tensión constante. Sin embargo, esta tensión tiende a variar, ya que el rollo va cambiando de masa durante la operación y, además,porque el material como tal está expuesto a un tensión mecánica y a efectos deamortiguación propios. El sistema convencional de rodillo compensador o tensorestá compuesto por un rodillo de control accionado eléctricamente. En estesistema se detecta el paso, por ejemplo, de un material textil y se mantiene constante la fuerza de tracción. Controlando el sistema de accionamiento seobtiene un desbobinado homogéneo del material. En la fig. 5-114 se muestrauna solución posible entre muchas otras. La presión del músculo neumático seutiliza como criterio para determinar la tensión de la cinta. Para que ésta seaconstante, se utiliza un motor eléctrico con el que se regula la velocidad de lacinta de fricción que hace girar la bobina de material.

En la solución de la fig. 5-115, el motor eléctrico está directamente conectado al eje del rodillo, generando el momento de giro variable M. También en estecaso se recurre a la presión del músculo neumático para emitir la señal correspondiente para el accionamiento del motor.

5 Aplicaciones

5.16Enrollar y desenrollar

Fig. 5-114

Regulación mediante rodillos

basculantes y guiado múltiple

1 Bobina de material

2 Rodillo tensor


4 Brazo del eje del rodillo

5 Motor eléctrico

6 Cinta de fricción

7 Regulador

1

2

345

6

7

130 5 Aplicaciones

Estas dos operaciones se refieren a la obtención de porciones definidas de unmaterial que tiene una forma indefinida, como por ejemplo una masa de harina,granulado, abonos, etcétera. En estos procesos es posible utilizar el músculoneumático como fuente generadora de fuerza, aunque también como unidad de dosificación fina abriendo o cerrando el paso del material de modo definido.

En las modernas fábricas de pan, estos procesos se ejecutan de modo comple-tamente automático. Una de las operaciones consiste en dividir y moldear lamasa, especialmente para obtener productos de igual volumen y forma. Paraconseguirlo se utiliza una máquina similar a una prensa. La masa avanza por uncanal en cuyo extremo se encuentra una herramienta de corte. A continuación, la

Fig. 5-115

Regulación mediante

rodillos basculantes

1 Rodillo tensor


M Momento de impulsión

5.17Dosificar y porcionar

F = const

1

2

M

131

masa se introduce a presión en un molde. Una vez moldeada la masa, continuaavanzando por una cinta de transporte para su ulterior procesamiento. En la fig. 5.116 se muestra el esquema de este procedimiento.

En la agricultura, la industria de material de construcción y en la industria química es frecuente que el material a granel provenga de silos de grandesdimensiones. Sin embargo, es necesario regular la dosificación del material,para lo cual se utilizan muy a menudo cilindros neumáticos que sólo permitenabrir o cerrar el paso, con lo que la regulación es poco precisa. En las condi-ciones industriales modernas, esta regulación ya no es suficiente. El músculoneumático es una solución eficiente y sencilla, ya que permite una regulacióncontinua de las compuertas. La reposición está a cargo de un contrapeso. Elmúsculo es insensible a la suciedad que suele imperar en la industria agraria.

5 Aplicaciones

Fig. 5-116

Crear porciones de masa


2 Columna de guía

3 Bastidor


5 Molde

6 Matriz de extrusión

7 Porción de la masa


1

2

3

4

56

78

132 5 Aplicaciones

El sistema de alimentación de material a granel que aparece en la fig. 5-118 es algo diferente y, también, algo más complicado. La corredera se desplaza a lo largo de una guía recta. Al elegir el tipo de guía debe evitarse que quedeobstruida por efecto del polvo o los granos del material. Más bien debe optarsepor una solución que se mantenga limpia por su propio funcionamiento (guía vertical, placas giratorias).

Fig. 5-117

Regulación de compuertas

para el paso dosificado

de forraje

a) Paso cerrado

b) Paso regulado

mediante presión


2 Contrapeso

3 Compuerta basculante

4 Silo

p Aire comprimido

Fig. 5-118

Control de compuerta para

el paso de material a granel

1 Silo

2 Corredera


4 Guía recta


1

23

4

5

a) b)

p

1

2

34 5

133

El último ejemplo muestra la dosificación de material abrasivo a una máquinalijadora automática. La salida del silo puede regularse mediante una placa giratoria, tal como puede apreciarse en la fig. 5-119. El tamaño del paso abiertose regula mediante la presión del músculo neumático. El valor correspondiente a la presión se transmite como valor nominal a una válvula proporcional, reguladora de presión. Esta válvula se ocupa de ajustar la presión. La placa giratoria cierra el paso por acción de un muelle. Al igual que en todos los sistemas de este tipo, con material a granel proveniente de un silo, debe ponerse cuidado en que el granulado no se aglomere y que tampoco forme cavidades poco antes de la salida, impidiendo el flujo del material. Para evitarlo,pueden utilizarse sistemas de vibración (al respecto, ver las figs. 5-62 y 5-63).

5 Aplicaciones

Fig. 5-119

Dosificación de material

abrasivo en grano

1 Material abrasivo

granulado

2 Silo

3 Placa giratoria



6 Válvula proporcional

reguladora de presión

1

2

3

4

5

6

Valor nominal

Valor real

MPPE

134 Glosario

Actuador

Unidad de accionamiento que transforma señales (eléctricas) en movimientosmecánicos por medios neumáticos, hidráulicos o eléctricos. Por ejemplo: un cilindro neumático.

Adaptador axial

Elemento atornillable para el montaje de un músculo neumático a la estructurade una máquina con alimentación coaxial de aire comprimido.

Adaptador ciego

Elemento atornillable final, sin taladro para aire comprimido, pero con taladroroscado.

Adaptador radial

Elementos atornillables para el montaje de un músculo neumático a la estructura de una máquina; alimentación lateral del aire comprimido.

Almohadilla o cojín

En la neumática, un cuerpo hinchable compuesto de membranas de formaredonda, rectangular o anular. Aplicando presión, las partes superior e inferiorse arquean formando un cuerpo convexo. Las fuerzas elevadoras pueden serconsiderables y dependen del tamaño de la almohadilla. La membrana sueleestar reforzada con fibra.

Aneurisma

Dilatación localizada en una arteria o vena. Aplicado al músculo neumático, peligro al que está expuesto al dilatarse. Un globo no reforzado tiende a formaraneurismas.

Aramida

Fibra de poliamidas aromáticas, utilizada como refuerzo en el músculo neumático. Su coeficiente de dilatación es muy bajo; se utiliza para reforzarmateriales expuestos a esfuerzos térmicos con el fin de evitar su deformación.Las fibras son más ligeras y resistentes que las fibras de vidrio. Concretamente,su resistencia es entre 3000 y 4000 N/mm2 mientras que la dilatación de roturaes de aproximadamente un 2%.

Carrera

Modificación de la longitud del músculo neumático entre dos puntos de cargafijos. La carrera es más pequeña que el máximo tramo de contracción.

Cloropreno

Material plástico del grupo de los elastómeros, utilizado en el músculo neumático. A temperatura normal, es suave y elástico. Es el resultado de la reticulación (vulcanización) de cauchos sintéticos.

Glosario

135

Conexión

En este caso, la conexión entre el músculo y el bastidor de la máquina mediante racores, adaptadores, etcétera.

Contracción

Reducción de la extensión del músculo neumático en caso de aplicar presión. Al contraerse, el músculo genera una fuerza de tracción.

Contracción biológica del músculo

Transformación de energía química en trabajo mecánico. Durante el proceso de contracción se produce una combinación de dos albúminas musculares(actina y miosina se transforman en actomiosina).

Efecto de relajamiento

Retardo entre la causa y el efecto. Por ejemplo, ligero alargamiento del músculo neumático después de estar sometido un tiempo prolongado a una carga estática.

Expansión

El músculo neumático se expande si está expuesto a una fuerza externa. Esta fuerza puede ser producida, por ejemplo, por una carga que cuelgue libremente.

Frecuencia de funcionamiento

Cantidad de cambios de carga por unidad de tiempo. En la información técnica,la frecuencia de un músculo neumático se expresa en hertzios (Hz), es decir, en acciones por segundo.

Fuerza de pretensión

Fuerza aplicada en un músculo neumático que no está sometido a presión.Produce un alargamiento de máximo 3% de la longitud nominal, con la consecuente estricción del músculo.

Grado de contracción

Relación entre la longitud nominal y la longitud de contracción. Cuanto menor es el grado de contracción, tanto mayor es la duración del músculo.

Histéresis

Comportamiento de un material que al someterse a procesos opuestos (por ejemplo, tracción y compresión) manifiesta tener diferencias en función del sentido (por ejemplo, modificación de la longitud).

Limitación de la fuerza

Combinación del músculo neumático con un resorte de disco para conseguir una fuerza máxima. Al superarse dicha fuerza máxima, se produce el escape del excedente de aire comprimido.

Glosario

136 Glosario

Línea característica de la elasticidad

Esta línea muestra la carrera del muelle s en función de la fuerza F del muelle.Su transcurso puede ser progresivo, lineal o regresivo. Los muelles con líneacaracterística progresiva se vuelven más «duros» al aumentar la carga, mientrasque los que tienen una línea características regresiva, se vuelven más “blandos”al aumentar la carga.

Longitud de montaje

Longitud del músculo mientras no está sometido a presión, incluyendo los elementos de conexión en ambos extremos (longitud nominal más 2 veces la longitud de los elementos de montaje). Si procede, indicación de la longituddel músculo contraído.

Membrana

Lámina delgada y flexible, estable mediante la presión de un gas, capaz de resistir cargas exteriores o de aplicar fuerza. La membrana, el medio exterior y el relleno forman un sistema constructivo. La membrana del músculoneumático está reforzada mediante una red de fibra.

Motor

Concepto general que se refiere a máquinas que generan movimientos convirtiendo un determinado tipo de energía en energía cinética. Según estadefinición, cualquier cilindro neumático es también un motor. En el sentido estricto de la palabra, se entiende hoy por motor un sistema de accionamientogiratorio (por ejemplo, un motor eléctrico). También es posible obtener movimientos giratorios por medios neumáticos, entre otros con el músculoneumático si sus contracciones actúan sobre un cigüeñal.

Movimientos a tirones

Movimientos irregulares (a tirones) del carro o de platos divisores si los movimientos son muy lentos. Los tirones se producen debido a la fricción de adherencia y de deslizamiento, combinada con la deformación elástica de los materiales.

Músculo neumático plano

Nombre que recibe una almohadilla neumática. El músculo neumático planotiene una placa básica plana con taladros para el montaje; la membrana comotal es ovalada o redonda y se hincha al aplicar aire comprimido. De esta manera,se obtiene una fuerza de compresión aprovechable.

Neumo-

Del griego pneumon: pulmón. Por extensión, sistema constituido por una membrana únicamente sometida a fuerza de tracción. Ejemplos típicos: globos, pompas de jabón, ampollas en la piel, naves industriales neumáticashinchables, neumáticos de automóviles, mangueras de bomberos y, por supuesto, el músculo neumático.

137

Peristáltica

Concepto médico relacionado con el estómago y el intestino. Contracción queproduce unos movimientos por los cuales se impulsan las materias contenidasen el tubo digestivo. Por extensión, movimiento de esta índole en conductostubulares.

Rigidez del muelle

Indica la fuerza F del muelle que es necesaria para alcanzar una carrera f de 1 mm. Antes se llamaba coeficiente del muelle.

Seguridad contra sobrecargas

Ver: limitación de fuerza

Glosario

139Bibliografía

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Bibliografía

140

A Abrir puerta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Accionamiento de canal vibratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108Acoplamiento de fricción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Acoplamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Actuador con músculos neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Actuador de tracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Actuador neumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Ajuste de la guía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Ajuste del ancho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Alimentación de material a granel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132Aparato percutor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Aprisionamiento de objetos que avanzan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121Asiento vibratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Atornillador manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

B Barra portacuchilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125Barrera rascadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Barrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Bíceps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Bifurcación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122Bomba de émbolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Bomba de vacío accionada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Brazo androide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Brazo en voladizo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

C Cabezal con la pinza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Característica de la carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Centrado de una cinta de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120Centrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120Chapa sobre un rodillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Cilindro con muelle de compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Cilindro con músculo neumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Cilindro de fuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Cinta de transporte secundaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118Cinta de transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83, 119Clasificar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Cojín . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Compactadora de hormigón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Conexion desmontable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Consumo de aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Cuerpo adicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

D Dedos de la mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Depósito de material a granel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Depósito helicoidal vibratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108Desviación de piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Diagrama de fuerza y contracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Índice de términos técnicos

Índice de términos

técnicos

141Índice de términos técnicos

Disposición en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Disposición en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Dispositivo para caminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Distribuidor basculante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Duplicación de la carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

E Efecto de relajación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Eje tensore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Equipado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Equipo de manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Equipo de manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Equipo de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Equipo para alimentar piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Equipo para desenrollar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Equipo para fijar piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Equipo para fijar piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Equipo para la elevación de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48Equipo de simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Estabilización del movimiento de elevación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Estructura de una nave industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

F Filtro de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Forma de paralelogramo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Freno de emergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Funcionamiento de una pinza múltiple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

G Generador de fuerzas de apoyo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Guiar los movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

H Herramienta de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Hoja de sierra circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

L Lámina de material plástico extensible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Ley de la palanca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

M Mano protésica desarrollada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Manómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Manual de manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Máquina de pulir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Máquina lijadora automática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133Máquina para cortar flejes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Margen de funcionamiento admisible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

142

Martillo neumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Mecanismo de compensación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Mecanismo para unir piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Mecanismo tipo tijera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Mesa de ensayos de vibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Mesa de ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Mesa de vibración vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Mesa elevadora tipo pantógrafo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Mesa vibratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Motor en forma de estrella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Movimiento de una rejilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Movimiento para presionar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61MuscleSIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Músculo biológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Músculo McKibben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Músculo neumático para tensar cintas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116Músculo neumático plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

N Nave neumática segmentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Neumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

O Orientar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

P Pared vibratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Pata de un insecto artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Pinza angular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54Pinza circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Pinza de fijación en el interior de la pieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Pinza de largo recorrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Pinza de sujeción interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Pinza ranurada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Pinza de sujeción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Pinza regulable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Placa de soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Placa elevadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10Plataforma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Polea de inversión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Porción de la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131Posicionamiento fino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Prensa de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Prensa de montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59, 60

Índice de términos técnicos

143Índice de términos técnicos

Prensa neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Prensa para doblar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Prensa para planchar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Protector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Prueba de funcionamiento de larga duración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

R Rascador doble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118Regulación de compuertas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132Regulación mediante rodillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129Resistencia a los fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Respuesta rápida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122Robot luchador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Rodillo de avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Rodillo para presionar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Rodillo tensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129Rodillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

S Sistema cilíndrico de membrana de contracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Sistema con posible ampliación de la carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Sistema de accionamiento con cigüeñal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Sistema de accionamiento de una sierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Sistema de bloqueo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113Sistema de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Sistema de desplazamiento de vigas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117Sistema de fijación de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Sistema de husillo y tuerca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Sistema de inspección de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Sistema de manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Sistema de palanca articulada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Sistema giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Sistema para aplicar presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71Sistema para la sujeción de paletas vacías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Sistema para operaciones de desmontaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

T Tablero de una sierra estacionaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Tambor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Tensar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Tensor de cinturones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Tensor de correas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Transportador de acumulación con rodillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116Tríceps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Trípode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

144

U Unidad de guía estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

V Válvula de respuesta rápida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Vehículo urbano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102Velocidad del flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

el músculo neumático y sus aplicaciones

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