Calculo De Actuadores

Cálculo de actuadores
Circuitos hidráulicos y neumáticos

CÁLCULO DE ACTUADORES
Las fases de cálculo y diseño de los actuadores neumáticos que se deben considerar son:
1) Selección del actuador (lineal o rotativo), en función de la carga problema y dimensionamiento.
2) Determinación del flujo másico (normalmente caudal) requerido. Este paso implica una
descripción en cuanto a tiempos delas distintas fases.
3) Obtención de la presión de trabajo de la instalación en sus distintas partes.
4) Tipo y velocidad de giro del accionamiento del compresor.
5) Selección del acumulador.
6) Descripción detallada del resto de equipos auxiliares.
7) Consideraciones adicionales (ruido, pérdidas de caudal,…).

Dimensionado de los actuadores
Para el dimensionado de los actuadores serequiere conocer el valor de la carga o efecto útil a realizar. Se
puede tener una carga lineal, en cuyo caso se debe conocer o poder estimar el valor de la fuerza que dicha
carga opone al movimiento.
Para el caso de actuadores lineales de simple efecto con retorno por muelle posicionado horizontalmente,
tendríamos la distribución de fuerzas que se muestran a continuación:

Tenemos, planteando elequilibrio en el émbolo:

Siendo:

De otra parte, si el cilindro es de doble efecto (no existe Fm) y suponemos que Pc es
despreciable, experimentalmente se obtiene que Fn ~ 0,95 P*S.
Asimismo, para obtener la tensión a la que está sometido el vástago:

Cálculo de carga crítica de pandeo
Conocido el valor de la fuerza (o par) que se necesita en el actuador, se dimensiona el
mismoatendiendo a criterios estructurales. En general se usa el criterio de
minimización (actuador más pequeño que soporta la carga existente), con el fin de
ahorrar costos, con lo que se debe calcular el límite de uso de cada actuador, fijado
por su carga de pandeo.
Las principales razones para la limitación de las carreras son la disponibilidad
comercial de los materiales para la fabricación de piezaslargas y la proporción entre
la longitud del vástago y su diámetro. Si esta es grande, existe el riesgo de pandeo en
compresión, y por esta razón es necesario calcular el valor del pandeo para el vástago
y, consecuentemente, la longitud máxima permisible del vástago. Para el cálculo de la
carga crítica de pandeo debe tomarse por base la fórmula de Euler:

Donde:
- Lk = Longitud libre depandeo (cm). Depende
de las ligaduras del cilindro.
- E = Módulo de elasticidad (kp/cm2).
- I = Momento de inercia (cm2).

Es decir, con cargas iguales o superiores a esta, el vástago pandea. Con lo que
definimos la máxima carga de servicio como sigue:

Cálculo del consumo de aire
Otra característica importante es la cantidad de aire a presión necesaria para el funcionamiento
de uncilindro. La energía del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume en forma
de trabajo y, una vez usado, el aire se expulsa a la atmósfera por el escape. El consumo teórico
de aire de un cilindro es el volumen consumido por ciclo de trabajo.
Un ciclo de trabajo se refiere al desplazamiento del émbolo desde su posición inicial hasta el
final de su carrera de trabajo, más el retorno a suposición inicial.
Dimensionado el actuador o actuadores del circuito, se podrá definir la cantidad de aire
requerida. Esta cantidad de aire es función del tiempo de duración de cada fase o de la
frecuencia de realización de una determinada tarea (movimiento lineal de una carga) o la
velocidad de giro requerida (movimiento rotativo).
Se debe tener en cuenta que la cantidad de aire requerido seencuentra a una cierta presión. Por
tanto, se habla de cantidad de aire en “Condiciones Normales” (subíndice 0, como se definió al
principio del capítulo). Así se unifica el criterio, pasando el aire a presión atmosférica. Para este
cálculo, se usa la ecuación de los gases perfectos de la fórmula 1.3. De hecho, esta fórmula tiene
bastante más interés en neumática si se dividen ambos...