neumatica


TEMA 7: DISEÑO COMPLETO DE UNA INSTALACIÓN: CASO PRÁCTICO.

1.- Introducción.
En este tema realizaremos un cálculo completo de una instalación neumática, así como del circuito de aire comprimido, correspondiente.

2.- Enunciado de la problemática.
En una instalación industrial, se desea desplazar unas cajas cuyo peso máximo es de 60 kg, a través de una rampa de rodillos, con un recorridode 25 cm. Según muestra la figura:









25 cm
El ciclo se debe repetir cada 2 segundos.

2.1.- Determinar la fuerza neta que debe poseer el actuador.
La fuerza máxima puntual que debe tener el elemento de trabajo, ha de ser como mínimo la fuerza que se opone al movimiento de la caja, es decir la fuerza de fricción, para ello, debemos determinar el coeficiente defricción estática, en este caso, para rodillos lubricados, podemos considerarla:

Por tanto la fuerza máxima puntual deberá ser:

2.2.- Determinar la fuerza teórica que debe ejercer el elemento de trabajo y diámetro del mismo.
La fuerza neta que sale del elemento de trabajo, es la teórica ejercida por el aire menos las fricciones internas del elemento de trabajo.
Podemos utilizar dos tiposde cilindro, o de simple efecto o de doble efecto, según sea uno u otro, deberemos utilizar las siguientes expresiones:
Para cilindro de simple efecto:

Para cilindro de doble efecto:

En nuestro caso, si escogemos un cilindro de doble efecto, para controlar las velocidades de salida y entrada, la fuerza debido a los rozamientos internos, varía entre los siguientes límites:
0,03 *fteórica< frozamiento interno < 0,2 * fteórica
En general se escoge un valor medio, como 0,11 * fteórica. Por tanto la fuerza teórica, valdrá:


Por tanto el diámetro del cilindro, sería:

Siendo:
- p, la presión en bar.
Por tanto escogeremos un cilindro de doble efecto con un diámetro nominal de 20 mm. Si vamos a catálogos con cilindros de doble efecto normalizados, vemos que lafuerza, que nos daría un émbolo de 20 mm de diámetro, sería de 170 N, y nos daría 198 N, con una presión de aire de 7 bar, como este no es nuestro caso, ya que el diseño lo haremos a la presión normalizada de 6 bar, por tanto, escogeríamos un cilindro de doble efecto de 25 mm de diámetro nominal, que para 6 bar, nos proporciona 265 N. (Pag. 1199).
2.3.- Cálculo del diámetro del vástago.
Mediante elnomograma de pandeo, entrando con la fuerza nominal de 265 N y la carrera en mm (250 mm), obtenemos, un diámetro de 7/8 mm. (Pag. 1200).
2.4.- Velocidad del émbolo.
La velocidad de los actuadores, cilindros, está recomendada que esté entre:
0,1 m/s < vémbolo < 1,5 m/s
En nuestro caso, tenemos 1 ciclo de trabajo (2 carreras) cada 2 segundos, por tanto la velocidad media del émbolo es de:0,5 (ciclos/s) * 2 * 0,25 (m) = 0,25 m/s. Por tanto está entre márgenes. Es correcto.
2.5.- Consumo de aire.
Debemos utilizar las siguientes expresiones, según sea un cilindro de simple efecto o de doble efecto.
Para cilindros de simple efecto:

Siendo:
- , el caudal volumétrico, en m3/s.
- C, la carrera en m.
- D, el diámetro del cilindro en m.
- n, el número de ciclos de trabajo porsegundo.
- rc, es la relación de compresión.

estando la presión en bar o atm.
Para cilindros de doble efecto:

En donde:
- d, es el diámetro del vástago en m.
En nuestro caso, tenemos:
- C = 0,25 m.
- D = 0,025 m.
- d = 0,007 m.
- n = 0,5 ciclos/s.
- rc = (6 + 1)/1 = 7.
Por tanto el caudal volumétrico será de:

Por lo tanto, tendremos 1,65 l/s o 99 l/min.
2.6.- Seleccióndel cilindro actuador.
Con los datos obtenidos, en los apartado anteriores, podemos ir a catálogo y seleccionar, el tipo de actuador adecuado. Las características que tenemos, son:
- Diámetro: 25 mm.
- Carga: 265 N.
- Diámetro vástago: 7 mm.
- Velocidad: 250 mm/s.
- Consumo: 99 l/min.
- Carrera: 250 mm.
Por catálogo escogeríamos un modelo sencillo, sin microinterruptores eléctricos: Tipo...