💣 Cilindros
✌ El cilindro hidráulico o neumático es un ejemplo de actuador lineal. Los principios y configuración son los mismos para la versión hidráulica y la neumática, la diferencia es el tamaño como consecuencia de las presiones más altas usadas en las versiones hidráulicas. El cilindro pistón consiste en un tubo cilíndrico por el que se desplaza un pistón/émbolo. Existen dos tipos básicos, los cilindros de simple acción y los cilindros de doble acción.
Cilindro pistón de simple acción
👌 El término cilindro de simple acción se utiliza cuando la presión se aplica sólo en uno de los extremos del pistón; en general se utiliza un muelle resorte para oponerse al desplazamiento del pistón. El otro lado del pistón se abre a la atmósfera. La siguiente figura muestra un cilindro con un muelle resorte de compresión.
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| Cilindro de acción simple |
El fluido es aplicado a un lado del pistón a una presión manométrica ρ con el otro lado a la presión atmosférica y así se produce una fuerza en el pistón de ρA, donde A es el área del pistón. La fuerza real que actúa en la barra del pistón será menos que ésta debido a la fricción.
Para el cilindro de acción sencilla que se muestra en la figura siguiente, cuando las corrientes pasan por el solenoide, la válvula cambia la posición y la presión es aplicada para mover el pistón a lo largo del cilindro.
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| Control de un cilindro de acción sencilla con a) no corriente a través del solenoide, b) una corriente a través del solenoide |
👊 Cuando la corriente a través del solenoide cesa, la válvula vuelve a su posición inicial y el aire se
desfoga del cilindro. Como consecuencia, el muelle resorte regresa al pistón hacia atrás a lo largo del cilindro 😉.
Cilindro pistón de doble acción
👌 El término cilindro de doble acción se utiliza cuando se aplica presión de control a los dos lados de un pistón (como vemos en ésta otra imagen).
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| Cilindro de doble acción |
La diferencia de presión entre ambos lados produce el movimiento del pistón, el cual se puede mover en cualquier dirección por el cilindro como resultado de las señales de alta presión. En el cilindro de doble acción de la figura siguiente, la corriente que pasa por un solenoide causa que el pistón hidráulico se mueva en una dirección y la corriente por el otro solenoide invierte la dirección del movimiento.
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| Control de un cilindro de doble acción con solenoide, a) no activado, b) activado |
👉 La selección del cilindro dependerá de la fuerza y velocidad que se requieran para desplazar la carga.
Los cilindros hidráulicos vs neumáticos
💅 Los cilindros hidráulicos tienen mayor capacidad de fuerza que los neumáticos, sin embargo, estos son mas veloces.
La fuerza que produce un cilindro es igual al área de la sección transversal del cilindro multiplicada por la presión de trabajo, es decir, la diferencia entre las presiones en ambos lados del pistón en el cilindro.
Si se utiliza un cilindro pistón con presión neumática de trabajo de 500 kPa y diámetro de 50 mm, se obtiene una fuerza de 982 N. Un cilindro hidráulico del mismo diámetro con presión de trabajo de 15000 kPa produce una fuerza de 29.5 kN.
Si el gasto de un liquido hidráulico que fluye por un cilindro tiene un volumen Q por segundo, el volumen que abarca el pistón en un tiempo de 1 s debe ser igual a Q. Pero para un pistón con un área de sección transversal A, se trata de un movimiento que recorre una distancia igual a v en un 1 s, por lo que
Q = Av. Por lo tanto, la velocidad v de un cilindro pistón hidráulico es igual al gasto del liquido Q que pasa por el cilindro dividido entre el área de la sección transversal A del cilindro. Si un cilindro hidráulico tiene un diámetro de 50 mm y un flujo hidráulico de 7.5 x 10-3 m3/s, la velocidad es 3.8 m/s. No es posible calcular de esta manera la velocidad de un cilindro neumático dado que esta velocidad depende de la velocidad de desfogue del aire que precede al pistón que se desplaza. Para regular la velocidad se puede utilizar una válvula neumática.
👏 Como ejemplo considere el problema de un cilindro hidráulico que va a transportar una pieza de trabajo en una operación de manufactura a lo largo de 250 mm en 15 s. Si se necesita una fuerza de 50 kN para mover la pieza, ¿ cuál será la presión de trabajo y el gasto del líquido hidráulico, si el cilindro tiene un diámetro de 150 mm ? El área de la sección transversal del pistón es 1/4π x 0.1502 = 0.0177 m2. La fuerza que produce el cilindro es igual al producto del área de la sección transversal del cilindro y la presión de trabajo. Por lo tanto, la presión de trabajo es 50 x 103/0.0177 = 2.8 MPa. La velocidad de
un cilindro hidráulico es igual al gasto del líquido a través del cilindro dividido entre el área de la sección transversal del cilindro. Por lo tanto, el gasto necesario es (0.250/15) x 0.0177 = 2.95 x 10-4 m3/s.
Escrito por Archie Tecnology
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