NEUMTICA INDUSTRIAL

NEUMTICA INDUSTRIAL2010

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICAUNIDAD CULHUACAN

INGENIERRA MECNICA

ACADEMICA DE INGENIERA HIDRAULICA

NEUMTICA INDUSTRIAL

PROFESOR.: ING. JORGE PEREZ MURILLO

ALUMNO.: HERNNDEZ ALARCN DAVID GRUPO.:8MV5TEMA.: ACTUADORES

ContenidoDefinicin3Clasificacin3Segn la fuente de energa3Segn el tipo de movimiento de salida del actuador4Actuadores neumticos5Actuadores lineales5Cilindros de simple efecto6Cilindros de doble efecto8Cilindros de doble vstago10Cilindros con amortiguamiento11Cilindros tndem18Cilindros multiposicionales19Cilindros de vstago hueco21Cilindros de fuelle22Actuadores de giro23Actuador de paleta23Actuador pin-cremallera26BIBLIOGRAFA29

Definicin

ACTUADOR.: Dispositivo inherentemente mecnico cuya funcin es proporcionar fuerza para mover o actuar otro dispositivo mecnico. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final.

Clasificacin

Segn la fuente de energa

Existen tres tipos de actuadores:1. Hidrulicos2. Neumticos3. Elctricos

HidrulicosLos actuadores hidrulicos, que son los de mayor antigedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operacin, funcionan en base a fluidos a presin. Existen tres grandes grupos:

I. Cilindro hidrulicoII. Motor hidrulicoIII. Motor hidrulico de oscilacinCilindro hidrulicoDe acuerdo con su funcin podemos clasificar a los cilindros hidrulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de accin doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidrulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. El segundo tipo emplea la fuerza hidrulica para efectuar ambas acciones.Motor hidrulicoEn los motores hidrulicos el movimiento rotatorio es generado por la presin. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presin, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la accin oscilatoria de un pistn o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.

Neumticos A los mecanismos que convierten la energa del aire comprimido en trabajo mecnico se les denomina actuadores neumticos. Aunque en esencia son idnticos a los actuadores hidrulicos, el rango de compresin es mayor en este caso, adems de que hay una pequea diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.ElctricosLa estructura de un actuador elctrico es simple en comparacin con la de los actuadores hidrulicos y neumticos, ya que slo se requieren de energa elctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables elctricos para transmitir electricidad y las seales, es altamente verstil y prcticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos. Pueden estar alimentados por corriente continua o alterna.

Segn el tipo de movimiento de salida del actuador

Multi-giro:El actuador va girando mltiples veces el eje roscado de la vlvula como a un tornillo, por lo que ste se desplaza linealmente.

Giro Parcial:El actuador hace girar el eje de la vlvula generalmente 90, por eso tambin en conocido porActuadores de Cuarto de giro.

Lineal. Leva

Actuadores neumticos

El trabajo realizado por un actuador neumtico puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de mbolo (stos tambin proporcionan movimiento rotativo con variedad de ngulos por medio de actuadores del tipo pin-cremallera). Tambin encontramos actuadores neumticos de rotacin continua (motores neumticos), movimientos combinados e incluso alguna transformacin mecnica de movimiento que lo hace parecer de un tipo especial.

Actuadores linealesLos cilindros neumticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores ms comunes que se utilizan en los circuitos neumticos. Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales. Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido. Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso. Ms adelante se describen una gama variada de cilindros con sus correspondientes smbolos.

Cilindros de simple efecto Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo slo en un sentido. El mbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algn otro medio externo como cargas, movimientos mecnicos, etc. Puede ser de tipo normalmente dentro o normalmente fuera.

Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc. Tienen un consumo de aire algo ms bajo que un cilindro de doble efecto de igual tamao. Sin embargo, hay una reduccin de impulso debida a la fuerza contraria del resorte, as que puede ser necesario un dimetro interno algo ms grande para conseguir una misma fuerza. Tambin la adecuacin del resorte tiene como consecuencia una longitud global ms larga y una longitud de carrera limitada, debido a un espacio muerto.La variedad constructiva de los cilindros de simple efecto es muy importante, pero todos ellos presentan la misma mecnica de trabajo.

Cilindros de doble efecto

Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por accin del aire comprimido. Su denominacin se debe a que emplean las dos caras del mbolo (aire en ambas cmaras), por lo que estos componentes s que pueden realizar trabajo en ambos sentidos.Sus componentes internos son prcticamente iguales a los de simple efecto, con pequeas variaciones en su construccin. Algunas de las ms notables las encontramos en la culata anterior, que ahora ha de tener un orificio roscado para poder realizar la inyeccin de aire comprimido (en la disposicin de simple efecto este orificio no suele prestarse a ser conexionado, siendo su funcin la comunicacin con la atmsfera con el fin de que no se produzcan contrapresiones en el interior de la cmara).El perfil de las juntas dinmicas tambin variar debido a que se requiere la estanqueidad entre ambas cmaras, algo innecesario en la disposicin de simple efecto.

El campo de aplicacin de los cilindros de doble efecto es mucho ms extenso que el de los de simple, incluso cuando no es necesaria la realizacin de esfuerzo en ambos sentidos. Esto es debido a que, por norma general (en funcin del tipo de vlvula empleada para el control), los cilindros de doble efecto siempre contienen aire en una de sus dos cmaras, por lo que se asegura el posicionamiento.Para poder realizar un determinado movimiento (avance o retroceso) en un actuador de doble efecto, es preciso que entre las cmaras exista una diferencia de presin. Por norma general, cuando una de las cmaras recibe aire a presin, la otra est comunicada con la atmsfera, y viceversa. Este proceso de conmutacin de aire entre cmaras nos ha de preocupar poco, puesto que es realizado automticamente por la vlvula de control asociada.En definitiva, podemos afirmar que los actuadores lineales de doble efecto son los componentes ms habituales en el control neumtico. Esto es debido ha: Se tiene la posibilidad de realizar trabajo en ambos sentidos (carreras de avance y retroceso). No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de muelle en oposicin. Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es mayor que en disposicin de simple, al no existir volumen de alojamiento.

Simblicamente, los cilindros de doble efecto muestran su doble punto de conexin. En el caso de los doble vstago (efecto compensador), tambin se puede apreciar su mecnica doble efecto.

Cilindros de doble vstago

Este tipo de cilindros tiene un vstago corrido hacia ambos lados. La gua del vstago es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre stos permanece constante. Por eso, este cilindro puede absorber tambin cargas laterales pequeas.

La fuerza es igual en los dos sentidos (las superficies del mbolo son iguales), al igual que sucede con la velocidad de desplazamiento. Este tipo de cilindros recibe tambin la denominacin de cilindro compensado y es importante recordar el equilibrio entre fuerzas y velocidad de lo que puede considerarse como tericos avances y retornos de vstago. Simblicamente, los cilindros de doble efecto muestran su doble punto de conexin. En el caso de los doble vstago (efecto compensador), tambin se puede apreciar su mecnica doble efecto.

Cilindros con amortiguamiento En los accionamientos neumticos que son ejecutados a velocidades importantes y la masa trasladada es representativa, se producen impactos del mbolo contra la camisa que liberan gran cantidad de energa que tiende a daar el cilindro. En estos casos, es evidente que la regulacin de velocidad alargara la vida del componente pero al mismo tiempo restara eficacia al sistema.Como solucin, se presentan los actuadores con amortiguacin interna. Estos disponen e unos casquillos de amortiguacin concebidos para ser alojados en las propias culatas del cilindro. Como particularidad, se observa que se dispone de forma integrada de unos pequeos reguladores de caudal de carcter unidireccional.Cuando el cilindro comienza a mover, el aire puede fluir por el interior del alojamiento de la culata y por el regulador. En estos momentos, la velocidad desarrollada es la nominal.

Cuando el casquillo de recrecimiento entra en contacto con el alojamiento, se obtura el punto de fuga ms importante y el poco aire que todava queda en el interior del cilindro, se ve obligado a escapar a travs del regulador de caudal. En consecuencia, se obtiene una regulacin de velocidad en los ltimos milmetros de carrera del cilindro.

La obturacin, genera una contrapresin en la cmara opuesta, originndose de este modo la regulacin de velocidad.Cuando se invierte el movimiento, el aire puede circular a travs del interior del alojamiento del casquillo y tambin por el anti-retorno, lo cual hace que el sistema tenga funcin unidireccional.

Los amortiguadores neumticos no son propios de los cilindros clsicos sino de prcticamente la totalidad de actuadores. De este modo encontramos unidades convencionales, unidades de doble vstago, unidades sin vstago e incluso actuadores de giro limitado que incorporan el recurso en sus mecnicas. Como ejemplo para la representacin simblica, tenemos:

Los lmites para el empleo de las amortiguaciones neumticas vienen establecidos por grficas y fabricante, haciendo referencia a la velocidad mxima de desplazamiento y la carga trasladada. Una curva delimitar con total claridad los lmites de funcionamiento para este tipo de amortiguaciones.En caso de no ser suficientes, se requerir la colocacin de amortiguadores hidrulicos exteriores (tambin en caso de limitar la carrera del cilindro mecnicamente).

Existen frmulas para el clculo de las velocidades mximas de los actuadores pero desde aqu siempre se recomienda el empleo de las tablas de fabricante, ya que las mismas hacen referencia a las series de actuadores especficas y no a las generalidades de la formulacin.*Sistemas antigiro Uno de los principales problemas que plantean los cilindros de mbolo convencionales es el movimiento de giro que puede sufrir el vstago sobre s mismo, ya que tanto el mbolo como el vstago, habitualmente son de seccin circular al igual que la camisa, y por ello ningn elemento evita la rotacin del conjunto pistn.En determinadas aplicaciones, esto puede tener efectos negativos y se hace necesaria la incorporacin de actuadores o elementos exteriores que realicen un efecto antigiro.Existen mltiples posibilidades, de las cuales detallamos las ms extendidas. Sistemas de seccin no circular (embolo camisa o vstago casquillo). Sistemas de gua (simple o doble). Sistemas doble vstago.Una de las primeras soluciones adoptadas, fue sustituir la clsica seccin del vstago (circular) por otros perfiles que no permitan el giro sobre s mismo. Algunos de estos perfiles fueron los cuadrados, ovales, etc., pero presentaban el problema de una difcil mecanizacin (y por ello precio un excesivo del componente), adems de presentar un grado de estanqueidad bastante bajo, ya que el perfil de la juntas dinmicas y estticas no es el ms adecuado.

Otra solucin corresponde al trabajo mediante secciones de vstago circulares (y en consecuencia del casquillo gua) pero marcando la funcin antigiro sobre el perfil interior de la camisa del cilindro (y en consecuencia del mbolo).

*Sistemas de guaLas unidades de guiado son elementos mecnicos exteriores que aseguran la funcin de guiado del vstago al mismo tiempo que protegen al vstago de las fuerzas de giro y flexin exteriores.

Se fabrican en acero y se acoplan sobre la culata anterior de los cilindros normalizados. En su interior se encuentran unos cojinetes de bronce sintetizado por los cuales se deslizan las varillas de guiado (en ocasiones pueden ser rodamientos lineales, los cuales aportan una mayor fiabilidad, reducen el rozamiento pero incrementan el coste de la unidad).Una de las ventajas adicionales que presentan los sistemas de gua es la posibilidad de limitar la carrera de un cilindro de forma rpida, sencilla y sin intervencin sobre el mismo. Esta limitacin suele ser muy frecuente ya que rara vez coincidir la carrera deseada en el diseo con las ofertadas comercialmente. Esta limitacin de carrera se ejecuta mediante un disco colocado directamente sobre la gua (golpeando antes de la ejecucin completa de la carrera). Se pueden colocar amortiguadores hidrulicos sobre el bloque si el fabricante lo ha previsto.

*Sistemas de doble vstago Algunos actuadores incorporan ya unas guas que le proporcionan funcin antigiro. En estos actuadores se dispone de un solo mbolo y vstago efectivos; los restantes vstagos tienen funcin exclusiva de antigiro, no siendo solidarios a ningn mbolo, y desplazndose exclusivamente por arrastre (no tienen contacto con la presin de alimentacin).Estos actuadores no deben confundirse con los denominados de vstago paralelo. En stos tambin se dispone de 2 vstagos pero la diferencia se encuentra en que cada uno de ellos dispone de su propio mbolo.Este tipo de actuadores tiene funcin antigiro, y presentan mayor prestacin en cuanto a la absorcin de cargas exteriores, si bien, la principal ventaja de estos actuadores es que al disponer de un doble mbolo, desarrollan el doble de fuerza que uno convencional de igual tamao.

Existen ms sistemas que aportan a los actuadores funciones antigiro, pero quiz los tres expuestos anteriormente constituyen los ms representativos.

Cilindros tndem

Est constituido por dos cilindros de doble efecto que forma una unidad.Gracias a esta disposicin, al aplicar simultneamente presin sobre los dos mbolos se obtiene en el vstago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal para el mismo dimetro.

Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espacio relativamente pequeo, no siendo posible utilizar cilindros de dimetros mayores. Sin ser unidades excesivamente comunes, vale la pena conocerlas ya que en ocasiones pueden resultar de inters para la resolucin de problemas muy concretos.

Cilindros multiposicionales

Los cilindros multiposicionales son una buena opcin en aquellos casos en los que se requiera alcanzar 3 4 posiciones diferentes y no se requiera una variabilidad frecuente de las mismas.Son no obstante, unidades sencillas ya que tan solo se componen de 2 unidades convencionales unidas por el extremo de los vstagos o bien por las culatas (mediante placa adaptadora comercial). Para 4 posiciones, se requiere que la carrera de las 2 unidades se han diferentes.Analizaremos un ejemplo de posibilidades de ejecucin de carrera con un par de cilindros convencionales de carreras 100 y 200 mm. Las posiciones totales a conseguir son 4;

Cilindros de vstago huecoAlgunos actuadores neumticos presentan la ventaja de tener el vstago o eje hueco, lo que los hace ideales para el trabajo con aplicacin de la tcnica de vaco, o bien, para pasar cables elctricos si fuera necesario.

La aplicacin de este tipo de actuadores permite y facilita el conexionado de elementos, ya que no ser necesario el guiado de tubos para vaco o cableado elctrico desde los puntos de generacin de energa hasta los consumidores (ventosas, electroimanes, etc.), sino que pueden pasar a travs del hueco que encontramos en el vstago, consiguiendo as una instalacin ms simple y por tanto ms econmica.En la siguiente figura comprobaremos una de las aplicaciones tpicas para este tipo de cilindros, y las ventajas que representa frente a la aplicacin de actuadores convencionales:

Cilindros de fuelleLos cilindros de fuelle o de lbulos, estn constituidos por dos tapas de cierre que actan a modo de culata unida entre s por medio de una membrana elstica (fabricada de material elastmero, como el neopreno).Su disposicin es siempre de simple efecto, deformndose la membrana axialmente ante la aplicacin de aire comprimido y recuperndose por accin de la gravedad o de fuerzas externas (previa liberacin del aire comprimido de la cmara de expansin).Presentan numerosas ventajas, como son: Son de larga duracin y estn exentos de mantenimiento, al no existir piezas internas (trabajo por expansin de lbulos). No se producen rozamientos en la maniobra. Tienen una instalacin simple y por tanto, econmica. Buena relacin de volumen ocupado entre compresin - expansin (son fabricados con 1, 2 3 lbulos). Buena absorcin de cargas radiales en los extremos. Pueden ser utilizados como amortiguadores debido a la facilidad con la que pueden absorber las vibraciones.

Hay que tener en cuenta que, al no disponer de vstago ni de guas, el cilindro es incapaz por s solo de alinearse, por lo que hay que instalarlos en alojamientos guiados si se pretende que el movimiento sea perfectamente axial.

Actuadores de giroLos actuadores rotativos son los encargados de transformar la energa neumtica en energa mecnica de rotacin. Dependiendo de si el mvil de giro tiene un ngulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar: Actuadores de giro limitado, que son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolucin, (exceptuando alguna mecnica particular como por ejemplo pin cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ngulos de giro de 90, 180..., hasta un valor mximo de unos 300 (aproximadamente). Motores neumticos, que son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado nmero de revoluciones por minuto.A continuacin se explican detalladamente los 3 principales actuadores de giro que podemos encontrar en el mercado.

Actuador de paleta El actuador de giro de tipo paleta quiz sea el ms representativo dentro del grupo que forman los actuadores de giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que rara vez supera los 270, incorporando unos topes mecnicos que permiten la regulacin de este giro.Estn compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cmaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de movimiento angular limitado. Tal y como podemos apreciar en la figura, el funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire comprimido a una de sus cmaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y cuando exista diferencia de presin con respecto a la cmara contraria (generalmente comunicada con la atmsfera). Si la posicin es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido contrario.Para realizar este control utilizaremos vlvulas de 4 5 vas y 2 posiciones para todo o nada (accionamiento hasta el tope). Si se requiere de posiciones intermedias ser necesaria la utilizacin de vlvulas de 3 posiciones.

Estos componentes presentan ventajas propias de los componentes de ltima generacin, tal y como amortiguacin en final de recorrido, posibilidad de deteccin magntica de la posicin (mecnica o magntica), etc.La deteccin mecnica se ejecuta mediante elementos mviles exteriores ajustables en grado mediante nonio graduado.

Este tipo de actuadores ha de recuperar siempre la posicin (ejecucin de retorno), por lo cual no son aptos para el marcado de pasos regulares a no ser que el fabricante incorpore una rueda libre (consiguindose un avance regular de pasos apto para un nmero importante de aplicaciones).

Este tipo de piones o ruedas libres son comercializadas por los propios fabricantes para el acople directo con sus productos y se presentan en versiones de giro a izquierdas o a derechas (para cubrir las necesidades del automatismo).

Actuador pin-cremalleraEn esta ejecucin de cilindro de doble efecto, el vstago es una cremallera que acciona un pin y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia la izquierda o hacia la derecha, segn el sentido del mbolo. Los ngulos de giro corrientes pueden ser de 45, 90, 180, 290 hasta 720. Es posible determinar el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste que ajusta la carrera del vstago.

El par de giro est en funcin de la presin, de la superficie del mbolo y de la desmultiplicacin. Los accionamientos de giro se emplean para voltear piezas, doblar tubos metlicos, regular acondicionadores de aire, accionar vlvulas de cierre, vlvulas de tapa, etc.Existen actuadores pin cremallera de doble cremallera, los cuales proporcionan mayor par y mejor guiado de la unidad.

*Motores de paletasLos motores neumticos son los encargados de la transformacin de la energa neumtica en energa mecnica (movimiento rotatorio constante).Dentro de la variada gama de motores neumticos, los ms representativos son los del tipo de paletas, tambin conocidos como de aletas. Debido a su construccin sencilla y peso reducido, su aplicacin se ha extendido bastante en los ltimos aos.Su constitucin interna es similar a la de los compresores de paletas, es decir, un rotor ranurado, en el cual se alojan una serie de paletas, que gira excntricamente en el interior del estator. En estas ranuras se deslizan hacia el exterior las paletas o aletas por accin de la fuerza centrfuga cuando se aplica una corriente de aire a presin.

En estos actuadores no tiene sentido la clasificacin de simple o doble efecto, si bien, dependiendo de la construccin de estas paletas el motor podr girar en uno o dos sentidos.Los motores de paletas son fabricados para potencias entre 0,1 y 20 CV. El nmero de revoluciones en vaco oscila entre 1000 y 5000 r.p.m., siendo frecuentemente utilizados en herramientas porttiles neumticas (como taladradoras, esmeriladoras, etc.).

BIBLIOGRAFA http://es.wikipedia.org/wiki/Actuadorhttp://www.valvias.com/tipos-de-actuadores.phphttp://www.aie.cl/files/file/comites/ca/abc/actuadores.pdf

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