Guía de selección de cilindros neumáticos

Los cilindros neumáticos son fundamentales en muchos sistemas industriales, ya que proporcionan movimiento lineal y fuerza para diversas aplicaciones. Elegir el cilindro neumático adecuado para una aplicación específica es esencial para garantizar un rendimiento y una fiabilidad óptimos. Este artículo analiza algunos factores clave que deben tenerse en cuenta al seleccionar un cilindro neumático.

Cómo elegir un cilindro neumático

Lea nuestro artículo descripción general de los cilindros neumáticos para obtener más información sobre la construcción, el funcionamiento y los tipos de cilindros neumáticos. Nuestro glosario de neumática proporciona una referencia para términos relacionados con sistemas neumáticos.

La elección de un cilindro neumático requiere definir claramente las especificaciones de rendimiento del sistema, como la capacidad de carga, la longitud de carrera, la velocidad de funcionamiento y la presión y temperatura máximas de funcionamiento. A continuación se exponen los factores más importantes que deben tenerse en cuenta durante el proceso de selección.

1. Factor de forma y normas ISO
2. Tipo de cilindro neumático
3. Fuerza y calibre
4. Longitud de la carrera
5. Amortiguación
6. Opciones de montaje
7. Velocidad

1. Factor de forma y normas ISO

El factor de forma de un cilindro neumático se refiere a su tamaño físico, forma y dimensiones. Incluye factores como:

• Tipo de cilindro
• Tamaño de la perforación
• Longitud de la carrera
• Estilo de montaje
• Forma general

El factor de forma de un cilindro neumático determina si el cilindro cabe en el espacio disponible en la aplicación y si puede mover la carga con eficacia. Si el cilindro es demasiado grande o demasiado pequeño, es posible que no proporcione la fuerza o la velocidad necesarias para mover la carga o que no quepa en el espacio disponible, respectivamente. Obtener un cilindro neumático que se adhiera a una norma permite que sea fácilmente intercambiable entre marcas si es necesario. Estas normas definen las dimensiones, prestaciones y requisitos de ensayo de los cilindros neumáticos. Los cilindros más comunes son los de cuerpo redondo, los compactos y los guiados.

• Cilindros neumáticos ISO 15552 (32 - 320 mm): Estos cilindros neumáticos cumplen la norma ISO 15552 para cilindros perfilados con diámetros de 32 a 320 mm. Las opciones incluyen cilindros de simple y doble efecto, con varias configuraciones de diámetro de vástago, longitud de carrera, fuerza, presión, pistón magnético y amortiguación ajustable.
• Cilindros neumáticos redondos (32 - 63 mm): Los cilindros de cuerpo redondo tienen forma cilíndrica y son uno de los cilindros neumáticos más comunes. Están disponibles en varios tamaños de agujero y longitudes de carrera y pueden proporcionar una gran fuerza y velocidad. Estos cilindros son adecuados para diversas aplicaciones y están disponibles en diferentes configuraciones de diámetro de vástago, longitud de carrera, fuerza y presión.
• Cilindros neumáticos compactos ISO 21287 (20-100 mm): Los cilindros neumáticos compactos ISO 21287 tienen diámetros comprendidos entre 20 y 100 mm. Son más pequeños que los cilindros de cuerpo redondo e ideales para aplicaciones en las que el espacio es limitado. Tienen una carrera más corta y un diámetro menor que los cilindros redondos. Los cilindros compactos pueden ser de simple o doble efecto y se utilizan habitualmente en aplicaciones de automatización y robótica.
• Cilindros neumáticos sin vástago: Los cilindros sin vástago proporcionan un movimiento lineal en el que la carga se desplaza junto al pistón. Esto ofrece la ventaja principal de disponer de la misma longitud de carrera en mucho menos espacio. Los cilindros sin vástago se utilizan habitualmente en la manipulación de materiales, carga, elevación, corte de bandas y otras aplicaciones.
• Minicilindros neumáticos ISO 6432 (8 - 25 mm): Los cilindros neumáticos que cumplen la norma ISO 6432 para cilindros redondos (minicilindros) tienen diámetros comprendidos entre 8 y 25 mm.
• Cilindros guiados: Los cilindros guiados disponen de mecanismos de guiado adicionales que ayudan a evitar que el vástago se doble o retuerza durante el funcionamiento. Son adecuados para aplicaciones con riesgo de que el vástago se vea sometido a fuerzas laterales. Los cilindros guiados pueden ser de cuerpo redondo o compacto y se utilizan habitualmente en operaciones de pick-and-place y manipulación de materiales.

2. Tipo de cilindro neumático

Existen varios tipos de cilindros neumáticos, cada uno con sus propias ventajas e inconvenientes. Los tres tipos más comunes son los cilindros de simple efecto, doble efecto y sin vástago.

• Los cilindros de simple efecto utilizan aire comprimido para extender o retraer el vástago y un muelle u otra fuerza externa para devolver el vástago a su posición original.
• Los cilindros de doble efecto utilizan aire comprimido para extender y retraer el vástago.

Lea nuestro artículo sobre cilindros neumáticos de simple efecto frente a los de doble efecto para obtener más información sobre las características de cada tipo.

3. Fuerza y calibre

Un cilindro neumático debe producir la fuerza suficiente para mover la carga. Utiliza la fórmula F = m × a para calcular la fuerza necesaria para mover un objeto de masa "m" con una aceleración "a". Es fundamental realizar este cálculo tanto para la carrera de entrada como para la de salida y elegir un cilindro neumático con una fuerza nominal ligeramente superior a la calculada.

Elegir el tamaño correcto del orificio es fundamental para garantizar que el cilindro pueda proporcionar la fuerza suficiente para la aplicación. Seleccionar un cilindro sobredimensionado puede suponer un aumento de los costes debido a su mayor tamaño, mientras que tener un cilindro infradimensionado puede hacer que sea incapaz de mover la carga prevista. Una regla general es elegir un tamaño de orificio entre 1,5 y 2 veces el diámetro de la carga que se va a mover. Lea nuestro artículo sobre la calculadora de fuerza de cilindros neumáticos para obtener más información sobre los cálculos de fuerza en cilindros neumáticos de simple y doble efecto.

4. Longitud de la carrera

La longitud de la carrera es la distancia que recorre linealmente el pistón cuando es accionado por aire comprimido. Para elevar una carga de 1 metro de altura, la longitud de carrera del cilindro debe ser de al menos 1 metro para que pueda desplazar la carga desde el punto inicial hasta el final. Estimar correctamente la longitud de la carrera es crucial, ya que el cilindro puede encarecerse a medida que aumenta la longitud de la carrera. Un cilindro con una carrera demasiado corta no podrá desplazar la carga a la posición prevista. Por otra parte, una carrera demasiado larga puede sobrepasar la posición objetivo, y una carga pesada colocada en el extremo de un pistón totalmente extendido puede provocar tensiones y flexiones en el pistón.

5. Amortiguación

La amortiguación frena el movimiento del cilindro al final de la carrera para evitar daños. Existen varios tipos de amortiguación, como los amortiguadores, los cojines mecánicos y los de ajuste, entre otros.

• Amortiguadores: Los amortiguadores son dispositivos externos que absorben la energía cinética y reducen las fuerzas de impacto. Son adecuados para aplicaciones con cargas pesadas y fuerzas de alto impacto, pero requieren más espacio y disposiciones de montaje.
• Amortiguación mecánica: La amortiguación mecánica es un elastómero incorporado dentro del cilindro y proporciona una amortiguación consistente. Es una opción sencilla y fiable adecuada para aplicaciones con fuerzas de impacto moderadas y espacio limitado.
• Amortiguación ajustable: La amortiguación ajustable permite un control preciso de las fuerzas de desaceleración e impacto. Ofrece personalización y flexibilidad, pero puede ser más complejo que la amortiguación mecánica o los amortiguadores.

Lea nuestro artículo sobre amortiguación de cilindros neumáticos para un análisis más profundo de cada tipo de amortiguación.

6. Opciones de montaje

El tipo de montaje del cilindro neumático depende de los requisitos específicos de la aplicación, como el espacio disponible y la dirección de la carga. Los cilindros neumáticos pueden montarse de varias formas, como en horquilla, muñón, brida y pie.

• Soportes de horquilla: Un soporte de horquilla se fija a la horquilla del cilindro (un soporte en forma de U en el extremo del cilindro) a la máquina o sistema. Los soportes de horquilla son adecuados para aplicaciones en las que la carga está en tensión o compresión, y el cilindro necesita moverse en línea recta.
• Soportes de muñón: Los soportes de muñón utilizan un soporte de muñón para fijar el cilindro a la máquina o al sistema. Los soportes de muñón son adecuados para aplicaciones en las que la carga está descentrada o el cilindro necesita pivotar.
• Soportes de brida: Los montajes de brida utilizan un soporte de brida para fijar el cilindro a la máquina o al sistema. Los soportes de brida se utilizan habitualmente en aplicaciones en las que el cilindro debe estar fijo.
• Soporte de pie: Un soporte de pie se fija a la parte inferior del cilindro mediante pernos o tornillos y fija el cilindro a una superficie plana de la máquina o el sistema. Los soportes de pie se utilizan normalmente cuando la carga es vertical y el cilindro debe colocarse sin ningún movimiento lateral.

7. Velocidad

La velocidad de un cilindro neumático es la longitud de su carrera dividida por el tiempo que tarda en desplazar la carga hasta la posición final. Tenga en cuenta los requisitos de la aplicación al seleccionar la velocidad; por ejemplo, una velocidad más lenta para tareas de montaje y una velocidad más alta para procesos de embalaje. La velocidad del cilindro neumático puede controlarse ajustando la presión de suministro de aire, instalando una válvula de control de caudal y utilizando controles electrónicos o un regulador de presión. Lea nuestro artículo sobre el tiempo de respuesta y la velocidad de los cilindros neumáticos para obtener más detalles sobre la velocidad de los cilindros neumáticos y los distintos factores que los controlan.

Ejemplo

Consideremos una aplicación en la que se utiliza un cilindro neumático para elevar una carga que pesa 1000 kg y debe elevarse hasta una altura de 2 metros en 2 segundos. El cilindro se montará verticalmente y la carga se fijará al vástago. El cilindro funciona con aire comprimido a una presión de 7 bares.

Elegir un cilindro neumático adecuado

1. Tipo de cilindro y norma ISO: Un cilindro de simple efecto es adecuado para esta aplicación, ya que sólo necesita extenderse en una dirección para elevar la carga. También se puede utilizar un cilindro de doble efecto, pero sería más complejo y caro. Para garantizar la compatibilidad y la intercambiabilidad, se recomienda elegir un cilindro que cumpla las normas ISO 6431 o ISO 15552.
2. Longitud de la carrera: La longitud de carrera necesaria es la distancia a la que debe elevarse la carga, que es de 2 metros.
3. Fuerza

Fuerza = ma

La aceleración es la derivada de la velocidad en carrera completa (v/t) o ((L/t)/t)

a = 0,5 ^m/s2

Fuerza = 1000 ✕ 0,5 = 500 N

El cilindro debe ser capaz de producir un mínimo de 500 N para mover la carga.

4. Opciones de montaje: Dado que el cilindro se montará verticalmente, una opción de montaje adecuada sería una horquilla o un soporte de muñón.
5. Amortiguación: Elija cualquier cojín amortiguador, ya que la aplicación implica una carga importante y un movimiento relativamente rápido.
6. Velocidad

Velocidad = Longitud de carrera / Tiempo de elevación = 2/2 =1 m/s.

El cilindro debe poder levantar la carga a una velocidad mínima de 1 m/s.

Según los cálculos anteriores, un cilindro neumático adecuado para esta aplicación sería un cilindro normalizado ISO 6431 o ISO 15552 de simple efecto con una fuerza nominal mínima de 500 N, una carrera mínima de 2 m y una velocidad nominal de 1 m/s. El cilindro puede montarse con horquilla o muñón.

Preguntas frecuentes

¿Qué factores debo tener en cuenta al elegir un cilindro neumático?

Tenga en cuenta el diámetro del cilindro, la carrera, la presión de funcionamiento y el tipo de montaje. Además, también hay que tener en cuenta el tipo de aplicación y los requisitos de carga.

¿Cómo puedo determinar el diámetro interior de un cilindro neumático para mi aplicación?

Seleccione el tamaño del orificio del cilindro neumático en función de la fuerza necesaria para mover la carga, la presión de aire disponible y la velocidad de funcionamiento requerida.