Un actuador neumático es un dispositivo mecánico que aprovecha la energía del aire comprimido y la convierte en energía mecánica (fuerza o par) para mover elementos de máquinas, dispositivos industriales y sistemas de control de automatización. Este tipo de accionamiento es mucho más respetuoso con el medio ambiente que los accionamientos hidráulicos debido al medio utilizado.
El diseño del accionamiento neumático es sencillo, el aire comprimido está fácilmente disponible y no supone ningún peligro si el sistema presenta fugas. También se puede utilizar en cualquier lugar donde no haya acceso a electricidad y funciona bien en temperaturas muy bajas y muy altas.
Estructura de un accionamiento neumático: elementos básicos y ventajas para la industria y la automatización.
Un actuador neumático es un dispositivo mecánico que utiliza la energía del aire comprimido y la convierte en energía mecánica (fuerza o par) para mover elementos de máquinas, dispositivos industriales y sistemas de control de automatización. Debido al medio utilizado, este tipo de accionamiento es mucho más respetuoso con el medio ambiente que los accionamientos hidráulicos.
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La estructura de un accionamiento neumático está compuesta por un cilindro, pistón, sellos, válvula de retención, válvula reguladora de presión y líneas de aire que transportan aire comprimido. No es complicado, el aire comprimido está fácilmente disponible y no supone ningún peligro en caso de fugas en el sistema.
También se puede utilizar en cualquier lugar donde no haya acceso a electricidad y funciona bien tanto en temperaturas muy bajas como muy altas.
Normas de producción para actuadores y sus aplicaciones.
El ámbito de aplicación más habitual de los accionamientos neumáticos es la industria, pero también se utilizan en automóviles, en puertas y puertas y en plataformas de descarga. Apoyan a los bomberos en su trabajo, asegurando el correcto funcionamiento de los equipos de corte y esparcimiento. También se encuentran en todos los hogares, por ejemplo en puertas de entrada automáticas, puertas de armarios, puertas y sillas de oficina.
Los accionamientos neumáticos deben cumplir determinadas normas que estandaricen sus dimensiones y materiales de instalación. Se trata de los llamados actuadores neumáticos estandarizados, que permiten el uso intercambiable de actuadores de diferentes fabricantes. Curiosamente, este es uno de los pocos grupos de elementos neumáticos cuyas dimensiones están fijadas en las normas.
En Polonia se aplican, entre otras, las siguientes normas:
- ISO6432, que especifica actuadores redondos con diámetros de 8 a 25 mm, también cubre las dimensiones del actuador, incluidos los elementos de montaje;
- ISO15552, que especifica actuadores de perfil con diámetros de fi 32 a fi 125 mm, también incluye versiones de actuadores de manguito perfilado con canales para sensores de posición del pistón;
- ISO21287, que especifica actuadores compactos con diámetros de fi 16 a fi 100 mm;
- UNITOP define actuadores compactos con diámetros de fi 16 a fi 100 mm.
Parámetros técnicos que describen los actuadores.
Uno de los parámetros básicos que describen los accionamientos neumáticos es el diámetro. Varía de 8 mm a 320 mm, y los más grandes se consideran poco comunes. Luego viene el rango de carrera de trabajo, que varía de 1 mm a alrededor de 3000 mm debido a la disponibilidad de manguitos.
El rango de presión de funcionamiento del actuador está entre 0,05 MPa y 1,6 MPa. Las temperaturas de funcionamiento pueden variar mucho según los sellos utilizados, oscilando entre -20 °C y +180 °C. Las fuerzas útiles pueden estar entre 5 daN y 5000 daN. El medio de trabajo, es decir, el aire comprimido, se limpia y lubrica con niebla de aceite (al menos 40 μm), mientras que el aire purificado y no lubricado requiere una filtración más precisa, de aproximadamente 20 μm.
Estructura de un actuador neumático en detalle.
La estructura de un actuador neumático típico consta de:
- Frente;
- contraportada;
- camisa de cilindro;
- Pistones;
- Anillo de sellado de junta de movimiento del pistón;
- vástagos de pistón;
- manguito guía;
- un anillo de sellado en la tapa frontal;
- Anillo limpiador.
La estructura del actuador neumático se compone de varios elementos importantes, entre ellos cubiertas resistentes a la corrosión gracias al recubrimiento de pintura epoxi. La sección transversal del actuador neumático incluye, entre otros, orificios roscados para montar conexiones neumáticas o válvulas de estrangulación, así como un tornillo para ajustar la amortiguación.
Al apretar se cierra el canal de ventilación de la cámara del actuador y se dirige el aire al canal del acelerador. Esto crea un colchón de aire, que es un elemento clave en la construcción de un accionamiento neumático.
Las camisas de cilindros se encuentran comúnmente en aplicaciones de construcción, automoción e industriales. Son un elemento neumático imprescindible para el buen funcionamiento de los actuadores.
El siguiente elemento importante en la construcción de un accionamiento neumático son las juntas. Generalmente están fabricados en poliuretano, pero para condiciones difíciles, como el funcionamiento a temperaturas muy altas, se deben elegir juntas de otros materiales.
La estructura de un actuador neumático consta de varios elementos importantes. El pistón neumático es uno de los elementos más importantes de todo el sistema de accionamiento neumático. De serie está fabricado en POM (polioximetileno), pero en condiciones de trabajo difíciles también se pueden utilizar pistones de aluminio.
Ambos tipos están equipados con imanes que permiten el uso de sensores de posición de láminas, denominados BSPT (señalización de posición del pistón sin contacto), en la construcción de un actuador neumático. El vástago del pistón del actuador debe cumplir varias normas. Los modelos estándar están fabricados en acero cromado y diseñados para soportar condiciones duras como: Cuando se trabaja con sustancias corrosivas o alimenticias, por ejemplo, se debe utilizar una varilla de acero inoxidable.
Por eso también es resistente a la corrosión. Para los accionamientos neumáticos utilizados en sistemas de automatización donde se requiere confirmación del ciclo de trabajo del accionamiento, se utilizan accionamientos equipados con un imán integrado en el pistón.
Esto permite el uso de sensores de posición de pistón sin contacto, es decir, elementos que utilizan un campo magnético para generar señales eléctricas que proporcionan información sobre el estado de un objeto en los sistemas de control y regulación.
Accionamiento neumático: estructura y tipo
Uno de los criterios para clasificar los accionamientos neumáticos es su estructura, que los divide según el tipo de movimiento de trabajo (lineal, angular, curvilíneo), el tipo de elemento de trabajo (pistón, membrana, fuelle, pistón, bolsa y tubo) y el tipo de movimiento de trabajo Presencia de vástago (con vástago y sin vástago).
Construcción de un actuador neumático de simple efecto.
Los accionamientos lineales son el grupo más común. Se dividen en cilindro neumático de simple efecto (con un vástago) y cilindro neumático de doble efecto (con dos vástagos). En el primero, el medio de trabajo, es decir, el aire comprimido, se sustituye por un resorte. El pistón se mueve en la dirección de mayor carga mediante aire comprimido.
Si no hay carga, el resorte asegura que la varilla regrese a su posición original. En accionamientos de este tipo, el retroceso también puede deberse a la fuerza resultante del peso de la carga montada. Un actuador neumático de simple efecto accionado por resorte permite consumir menos aire y, por tanto, menos electricidad y no provoca mucho estrés.
Construcción de un accionamiento neumático de doble efecto.
El actuador de doble efecto es uno de los elementos más populares de este tipo. El elemento móvil es el vástago del pistón. El aire se suministra alternativamente a una cámara y a la otra, mientras se produce una ventilación paralela de las cámaras opuestas del cilindro. El medio suministrado actúa sobre el pistón y hace que el vástago se extienda. Para ocultar el actuador, se suministra aire desde el otro lado del actuador.
La fuerza de actuación de este actuador depende de su tamaño nominal y presión de suministro. Un actuador neumático de doble efecto típico consta de los siguientes elementos estructurales:
- portadas y contraportadas;
- manguito de accionamiento;
- funcionamiento del vástago del pistón;
- Pistón con juntas e imán;
- manguito guía del vástago del pistón;
- anillo guía del pistón;
- Sellos del vástago del pistón.
La fuerza efectiva ejercida por un cilindro de vástago simple de doble efecto se calcula a partir de las siguientes ecuaciones:
Fuerza de empuje del actuador F1: F1=Π x D2/4 x p1 (kG)
Fuerza de tracción del actuador F2: F2=Π x (D2-d2)/4 x p1 (kG)
- p1 – presión de suministro (bar)
- D – diámetro nominal (pistón) (cm)
- d – diámetro del vástago del pistón (cm)
En un accionamiento por vástago unilateral, la fuerza de empuje es mayor que la fuerza de tracción.
La fuerza efectiva ejercida por un cilindro de doble vástago de doble efecto se calcula mediante la siguiente ecuación:
Fuerza de compresión y tracción F1(F2)= Π x(D2-d2)/4 x p1 (kG)
- p1 – presión de suministro (bar)
- D – diámetro nominal (pistón) (cm)
- d – diámetro del vástago del pistón (cm)
Estructura de un actuador de freno neumático.
Un freno de aire es un freno que utiliza la presión del aire como medio de trabajo. Se utiliza en vehículos en los que una válvula de control conecta los tanques de aire comprimido a los actuadores de freno.
Actuador – estructura y división
Los accionamientos neumáticos también se pueden clasificar según otros criterios. Uno de ellos es la distinción según el tipo de movimiento del elemento de trabajo (vástago o eje del cilindro):
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- Actuadores con movimiento de varilla alternativo;
- Actuadores con movimiento de eje giratorio.
De la primera de las especies anteriores se pueden distinguir las siguientes variedades:
- accionamientos de pistón;
- actuador de pistón;
- unidades de membrana;
- Unidades de bolsa (tubo).
Están disponibles las siguientes variantes de accionamiento con movimiento de eje giratorio:
- Accionamientos giratorios (movimiento en el rango de 90° a 360°);
- Accionamientos giratorios (neumáticos).
Debido a las condiciones de funcionamiento, como las fluctuaciones de temperatura, las cargas o los lugares de instalación, los actuadores neumáticos pueden estar fabricados de diferentes materiales. Uno de ellos son los actuadores fabricados en acero inoxidable resistente a los ácidos. Pueden estar compuestos enteramente de éste o de elementos individuales como, por ejemplo, vástagos, casquillos, pernos de fijación o tuercas. Se utilizan principalmente en la industria, en contacto con sustancias corrosivas, en contacto con alimentos y en zonas potencialmente explosivas. Los casquillos y cubiertas de accionamiento también pueden estar hechos de plástico.
En temperaturas extremadamente bajas o altas o en condiciones climáticas extremas, es necesario instalar juntas especiales en los accionamientos que puedan soportar las condiciones reinantes. El tipo de caucho sintético más utilizado es el Viton o el Teflón. Se encuentran principalmente en cámaras frigoríficas de la industria alimentaria, metalurgia ferrosa y no ferrosa, tratamiento térmico y superficial de metales, criogenia, vehículos militares, ferrocarriles, vehículos de construcción de carreteras y en fábricas de masa bituminosa.
También hay actuadores con cubiertas de acero que funcionan bien en condiciones donde existe un alto riesgo de daño mecánico al actuador, en altos niveles de polvo y en atmósferas explosivas. Se utilizan principalmente en la extracción de carbón, gas y petróleo, en plataformas de perforación, en acerías y en la construcción e ingeniería de carreteras.
Los actuadores especiales no estándar son un tipo de actuadores neumáticos destinados a soluciones específicas de máquinas y equipos. Deben cumplir todos los requisitos excepcionales, incluidas las dimensiones generales, las soluciones constructivas y las juntas utilizadas. El accionamiento neumático también puede equiparse con dispositivos externos adicionales, como válvulas de distribución o válvulas para regular la velocidad del vástago del pistón.
