¿Cómo determino el tamaño del diámetro de un cilindro neumático para mi aplicación?

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

¿Cómo dimensionar actuadores lineales?

Para dimensionar un actuador lineal, determine los requisitos de carga, la longitud del recorrido, la velocidad, la fuente de energía y el tipo de actuador, luego consulte las especificaciones del fabricante para asegurarse de que cumpla con las necesidades de la aplicación.

Cómo seleccionar un cilindro neumático

Q: ¿Qué factores debo considerar al elegir un cilindro neumático?

Considere el tamaño del diámetro del cilindro, la longitud del recorrido, la presión de operación y el estilo de montaje. Además, también se deben tener en cuenta el tipo de aplicación y los requisitos de carga.

Figura 1: Cilindro neumático

Los cilindros neumáticos son críticos para muchos sistemas industriales, proporcionando movimiento lineal y fuerza para diversas aplicaciones. Elegir el cilindro neumático adecuado para una aplicación específica es esencial para asegurar un rendimiento óptimo y fiabilidad. Este artículo discute los factores clave a considerar al seleccionar un cilindro neumático.

Errores comunes a evitar al seleccionar un cilindro neumático

Tabla 1: Errores comunes al seleccionar un cilindro neumático y cómo evitarlos

Descripción	Cómo evitarlo	Consecuencias
No considerar factores como la masa de la carga, la longitud del recorrido y el entorno operativo	Evaluar cuidadosamente todos los detalles de la aplicación antes de la selección	Pobre rendimiento, fallo prematuro o incapacidad para completar la tarea
Elegir un cilindro con salida de fuerza insuficiente	Asegurarse de que la salida de fuerza del cilindro sea al menos el doble de la carga requerida	El cilindro puede detenerse o moverse demasiado lento, lo que lleva a ineficiencias en el proceso
No calcular la velocidad de actuación requerida	Determinar la velocidad necesaria y verificar las especificaciones del cilindro	Tiempos de ciclo lentos, productividad reducida o incapacidad para cumplir con los requisitos del proceso
No tener en cuenta el suministro y consumo de aire	Calcular el consumo de aire y asegurar un suministro adecuado	Caídas de presión del sistema, operación inconsistente o fallo completo durante la demanda máxima
Seleccionar cilindros demasiado grandes o pequeños para la aplicación	Ajustar el tamaño del cilindro a los requisitos de la aplicación y las limitaciones de espacio	Energía desperdiciada, costos aumentados o interferencia física con otros equipos
Elegir cilindros con configuraciones de montaje incompatibles	Considerar cómo se conectará el cilindro al equipo adyacente	Instalación difícil, desalineación o incapacidad para asegurar adecuadamente el cilindro
No tener en cuenta los requisitos de temperatura, corrosión o limpieza	Seleccionar materiales y sellos apropiados para el entorno operativo que puedan tolerar la temperatura de operación sin fallar	Desgaste acelerado, contaminación o fallo prematuro en condiciones adversas
No considerar el impacto al final del recorrido	Evaluar si se necesita amortiguación para prevenir daños mecánicos	Operación ruidosa, vibración excesiva o daño a las tapas de los extremos del cilindro y al equipo adyacente
Elegir cilindros no reparables para aplicaciones de trabajo pesado	Seleccionar cilindros reparables para aplicaciones que requieren mantenimiento frecuente	Costos a largo plazo más altos, mayor tiempo de inactividad para reemplazos o vida útil reducida del equipo
No considerar las necesidades de detección de posición	Elegir cilindros magnéticos si se requiere retroalimentación de posición	Falta de control de precisión, incapacidad para automatizar procesos o problemas de seguridad en aplicaciones críticas

Cómo elegir un cilindro neumático

Elegir un cilindro neumático requiere definir claramente las especificaciones de rendimiento del sistema, como la capacidad de carga, la longitud del recorrido, la velocidad de operación y la presión y temperatura máximas de operación. Los factores más cruciales a considerar durante el proceso de selección se discuten a continuación.

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

1. Factor de forma y estándares 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 del orificio
Longitud del recorrido
Estilo de montaje
Forma general

El factor de forma de un cilindro neumático determina si el cilindro puede caber en el espacio disponible en la aplicación y si puede mover la carga de manera efectiva. Si el cilindro es demasiado pequeño o demasiado grande, puede que no proporcione la fuerza o velocidad necesaria para mover la carga o puede que no encaje en el espacio disponible, respectivamente. Obtener un cilindro neumático que se adhiera a un estándar permite que sea fácilmente intercambiable entre marcas si es necesario. Estos estándares definen las dimensiones, el rendimiento y los requisitos de prueba de los cilindros neumáticos. Los cilindros comunes incluyen cuerpos redondos, compactos y guiados.

Cilindros neumáticos ISO 15552 (32 - 320 mm): Estos cilindros neumáticos siguen la ISO 15552 para cilindros de perfil con diámetros de 32 - 320 mm. Las opciones incluyen cilindros de simple y doble efecto, con varias configuraciones para el diámetro de la varilla, longitud del recorrido, fuerza, presión, pistón magnético y amortiguación ajustable.
Cilindros neumáticos redondos (32 - 63 mm): Los cilindros de cuerpo redondo tienen una forma cilíndrica y son uno de los cilindros neumáticos más comunes. Están disponibles en varios tamaños de orificio y longitudes de recorrido y pueden proporcionar alta fuerza y velocidad. Estos cilindros son adecuados para diversas aplicaciones y vienen en diferentes configuraciones para el diámetro de la varilla, longitud del recorrido, fuerza y presión.
Cilindros neumáticos compactos ISO 21287 (20-100 mm): Los cilindros neumáticos compactos ISO 21287 tienen diámetros que van de 20-100 mm. Son más pequeños que los cilindros de cuerpo redondo e ideales para aplicaciones donde el espacio es limitado. Tienen una longitud de recorrido más corta y un tamaño de orificio más pequeño que los cilindros de cuerpo redondo. Los cilindros compactos pueden ser de simple o doble efecto y se utilizan comúnmente en aplicaciones de automatización y robótica.
Cilindros neumáticos sin varilla: Los cilindros sin varilla proporcionan movimiento lineal con la carga moviéndose junto al pistón. Esto ofrece la ventaja principal de tener la misma longitud de recorrido en un espacio significativamente menor. Los cilindros sin varilla se utilizan comúnmente en la manipulación de materiales, carga, elevación, corte de web y otras aplicaciones.
Cilindros neumáticos mini ISO 6432 (8 - 25 mm): Los cilindros neumáticos que siguen la ISO 6432 para cilindros redondos (mini cilindros) tienen diámetros en el rango de 8 - 25 mm.
Cilindros guiados: Los cilindros guiados tienen mecanismos de guía adicionales que ayudan a prevenir que la varilla del pistón se doble o tuerza durante la operación. Son adecuados para aplicaciones con riesgo de que la varilla del pistón esté sujeta a fuerzas laterales. Los cilindros guiados pueden ser de cuerpo redondo o compacto y se utilizan comúnmente en operaciones de recogida y colocación y manipulación de materiales.

2. Tipo de cilindro neumático

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

Los cilindros de simple efecto utilizan aire comprimido para extender o retraer la varilla del pistón y un resorte u otra fuerza externa para devolver la varilla del pistón a su posición original.
Los cilindros de doble efecto utilizan aire comprimido para extender y retraer la varilla del pistón.

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

3. Fuerza y tamaño del orificio

Un cilindro neumático debe producir suficiente fuerza para mover la carga. Utilice la fórmula F = m × a para calcular la fuerza requerida para mover un objeto de masa 'm' con una aceleración de 'a.' Es crucial realizar este cálculo tanto para los golpes hacia adentro como hacia afuera y elegir un cilindro neumático con una clasificación de fuerza ligeramente por encima de la fuerza calculada.

Elegir el tamaño de orificio correcto es crítico para asegurar que el cilindro pueda proporcionar suficiente fuerza para la aplicación. Seleccionar un cilindro sobredimensionado puede resultar en costos aumentados debido a su mayor tamaño, mientras que tener un cilindro subdimensionado puede hacerlo incapaz de mover la carga prevista. Una regla general es elegir un tamaño de orificio de 1.5 a 2 veces el diámetro de la carga que se está moviendo. Lea nuestro artículo sobre el calculador de fuerza de cilindros neumáticos para obtener más información sobre los cálculos de fuerza en cilindros neumáticos de simple y doble efecto.

4. Longitud del recorrido

Longitud del recorrido es la distancia que el pistón viaja linealmente cuando es accionado por aire comprimido. Para levantar una carga a 1 metro de altura, la longitud del recorrido del cilindro debe ser al menos de 1 metro para que pueda mover la carga desde el punto de inicio hasta el final. Estimar correctamente la longitud del recorrido es crucial, ya que el cilindro puede volverse costoso a medida que la longitud del recorrido aumenta. Un cilindro con una longitud de recorrido que es demasiado corta no podrá mover la carga a la posición deseada. Por otro lado, una longitud de recorrido que es demasiado larga puede exceder la posición objetivo, y una carga pesada colocada al final de un pistón completamente extendido puede causar estrés y flexión del pistón.

5. Amortiguación

La amortiguación ralentiza el movimiento del cilindro al final del recorrido para prevenir daños. Existen varios tipos de amortiguación, como amortiguadores, amortiguación mecánica y amortiguación ajustable, entre otros.

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

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

6. Opciones de montaje

El estilo 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 maneras, como montajes de horquilla, muñón, brida y pie.

Montajes de horquilla: Un montaje de horquilla se conecta a la horquilla del cilindro (un soporte en forma de U en el extremo del cilindro) a la máquina o sistema. Los montajes de horquilla son adecuados para aplicaciones donde la carga está en tensión o compresión, y el cilindro necesita moverse en línea recta.
Montajes de muñón: Los montajes de muñón utilizan un soporte de muñón para conectar el cilindro a la máquina o sistema. Los montajes de muñón son adecuados para aplicaciones donde la carga está descentrada o el cilindro necesita pivotar.
Montajes de brida: Los montajes de brida utilizan un soporte de brida para conectar el cilindro a la máquina o sistema. Los montajes de brida se utilizan comúnmente en aplicaciones donde el cilindro debe estar fijo.
Montaje de pie: Un montaje de pie se conecta a la parte inferior del cilindro usando pernos o tornillos y asegura el cilindro a una superficie plana en la máquina o sistema. Los montajes de pie se utilizan típicamente cuando la carga es vertical y el cilindro necesita colocarse sin ningún movimiento lateral.

7. Velocidad

La velocidad de un cilindro neumático es su longitud de recorrido dividida por el tiempo que tarda en mover la carga a la posición final. Considere los requisitos de la aplicación al seleccionar la velocidad; por ejemplo, velocidad más lenta para tareas de ensamblaje y 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 flujo y utilizando controles electrónicos o un regulador de presión. Lea nuestro artículo sobre tiempo de respuesta y velocidad de cilindros neumáticos para más detalles sobre la velocidad de los cilindros neumáticos y los diversos factores que los controlan.

Ejemplo

Considere una aplicación en la que se utiliza un cilindro neumático para levantar una carga que pesa 1000 kg y necesita ser levantada a una altura de 2 metros en 2 segundos. El cilindro se montará verticalmente, y la carga se conectará a la varilla del pistón. El cilindro se opera utilizando aire comprimido a una presión de 7 bar.

Elegir un cilindro neumático adecuado

Tipo de cilindro y estándar ISO: Un cilindro de simple efecto es adecuado para esta aplicación ya que solo necesita extenderse en una dirección para levantar la carga. También se puede utilizar un cilindro de doble efecto, pero sería más complejo y costoso. Para asegurar la compatibilidad e intercambiabilidad, se recomienda elegir un cilindro que cumpla con los estándares ISO 6431 o ISO 15552.
Longitud del recorrido: La longitud del recorrido requerida es la distancia que la carga necesita ser levantada, que es de 2 metros.
Fuerza:

Fuerza = ma

La aceleración es la derivada de la velocidad de recorrido completo (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.

Opciones de montaje: Dado que el cilindro se montará verticalmente, una opción de montaje adecuada sería una horquilla o un muñón.
Amortiguación: Elija cualquier amortiguador, ya que la aplicación involucra una carga significativa y un movimiento relativamente rápido.
Velocidad:

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

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

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

Preguntas frecuentes

¿Qué factores debo considerar al elegir un cilindro neumático?

Considere el tamaño del orificio del cilindro, la longitud del recorrido, la presión de operación y el estilo de montaje. Además, el tipo de aplicación y los requisitos de carga también deben tenerse en cuenta.

¿Cómo determino el tamaño del orificio de un cilindro neumático para mi aplicación?

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

¿Qué factores influyen en los tamaños de los actuadores lineales para diferentes aplicaciones?

Los tamaños de los actuadores lineales están influenciados por factores como la capacidad de carga, la longitud del recorrido, los requisitos de velocidad y las condiciones ambientales específicas de la aplicación.

¿Cómo dimensionar los actuadores lineales?

Para dimensionar un actuador lineal, determine los requisitos de carga, longitud del recorrido, velocidad, fuente de energía y tipo de actuador, luego consulte las especificaciones del fabricante para asegurarse de que cumpla con las necesidades de la aplicación.