Todo lo que necesitas saber sobre los cilindros neumáticos: tipos, principios de funcionamiento y usos

Al igual que cualquier otra tecnología, los cilindros neumáticos (actuadores neumáticos) han experimentado una gran evolución gracias a las innovaciones. Los ingenieros han desarrollado diferentes diseños de cilindros neumáticos, adaptándolos a diversas aplicaciones. Este artículo es una guía completa para aprender todo sobre los cilindros neumáticos (actuadores neumáticos) de forma sencilla y comprensible. Descubra cómo funcionan, sus tipos, aplicaciones, ventajas y ejemplos reales de cilindros neumáticos industriales.

1. ¿Cómo funcionan los cilindros neumáticos en los sistemas de automatización?

1.1 Principio de funcionamiento básico

¿Alguna vez has usado una bomba de bicicleta? Al presionar la manivela, el aire sale del tubo e infla la llanta. Ahora imagina que es al revés: introduces aire a alta presión en el tubo, lo que hace que la manivela se mueva. Esto se debe a que el aire empuja un disco dentro del tubo. El disco está conectado a la manivela, lo que provoca su movimiento.

Los cilindros neumáticos funcionan de manera similar, pero su diseño es mucho más sofisticado, concebido para ofrecer fiabilidad, durabilidad y repetibilidad. Utilizan aire comprimido a alta presión, con una presión típica de 0,1 MPa a 1,0 MPa (aproximadamente de 14,5 PSI a 145 PSI). El aire entra por el puerto y empuja el pistón. Este está conectado a una varilla que se mueve junto con el pistón, generando un movimiento rectilíneo. Dos tapas se sujetan firmemente al cuerpo o tubo del cilindro mediante tirantes.

En caso de que necesitemos que se mueva en la dirección opuesta, suministramos aire comprimido al otro puerto para el movimiento inverso. Consta de las siguientes partes:

• Pistón

• Vara

• Tubo de barril o cilindro

• focas

• Tapas de extremo

• Tirantes

1.2 Mecanismos de acción simple frente a mecanismos de acción doble

El ejemplo que mostramos anteriormente es el mecanismo de doble efecto de un cilindro neumático. En el caso del simple efecto, solo hay un orificio. Mientras se introduce aire comprimido en el orificio, el cilindro mantiene su posición, forzando al resorte desde su posición extendida a la comprimida. Tan pronto como liberamos la presión, el pistón regresa a su posición neutra o inicial. Todo este movimiento se denomina mecanismo de simple efecto.

2. ¿Cuáles son los diferentes tipos de cilindros neumáticos de uso común?

2.1 Cilindros estándar

Existen dos tipos principales de cilindros estándar. La principal diferencia entre ellos radica en su conformidad y relevancia con las normas de la Organización Internacional de Normalización (ISO) o de la Asociación Nacional de Sistemas de Potencia Fluida (NFPA). Esto hace que cada tipo sea adecuado para determinadas regiones del mundo. A continuación se detallan sus características:

2.1.1 Cilindros estándar con tirantes

Los cilindros estándar con tirantes cumplen con las normas ISO 15552, ISO 6431 o VDMA 24562, comunes en Europa y otras partes del mundo. Se caracterizan por su facilidad de reparación y su menor peso. Su diseño les permite operar a velocidades más altas con diámetros de cilindro que varían entre 32 mm y 200 mm.

Elija los cilindros estándar con tirantes para una mejor compatibilidad con otros sistemas en todo el mundo. Son ideales para aplicaciones de precisión y versátiles.

Ejemplo: Cilindros estándar ISO de Titan Automation - Cilindros neumáticos de tirantes serie DNG

2.1.2 Cilindros estándar NFPA

Los cilindros neumáticos que cumplen con la norma NFPA (NFPA T3.6.7) están diseñados para el mercado norteamericano. Su construcción es de tirantes con montaje estándar. Ofrecen dimensiones de montaje estándar y diseños intercambiables con marcas como Parker, Festo y Bimba. Su robusta construcción los hace ideales para trabajos pesados. La norma garantiza el uso de materiales resistentes a la corrosión y ofrecen un colchón de aire ajustable.

Ejemplo: Cilindros neumáticos profesionales NFPA de Titan Automation

2.2 Cilindros compactos

En aplicaciones con limitaciones de espacio, como la automatización y la robótica, los cilindros compactos pueden resultar muy útiles. Existen cilindros neumáticos compactos especializados que ofrecen especificaciones únicas para diversas aplicaciones. A continuación, se presentan los dos tipos principales de cilindros compactos:

2.2.1 Diseños compactos de bajo perfil

Para ahorrar espacio, los cilindros neumáticos compactos de bajo perfil son ideales. Estos pueden tener carreras de 5 a 50 mm. Su perfil redondo y su reducida altura total los hacen perfectos para instalaciones en espacios reducidos. Son excelentes para robótica y líneas de montaje donde el movimiento es más importante que la fuerza.

Ejemplo: Serie LP/LPM de Titan Automation con montaje de orificio pasante

2.2.2 Variantes compactas multifuerza

Cuando se requiere mayor fuerza en un tamaño compacto y con carreras cortas, las variantes compactas multifuerza son ideales. Estos cilindros neumáticos pueden incorporar varios pistones en serie o en paralelo para amplificar la fuerza. Su gran fuerza los hace ideales para trabajos de prensado de alta exigencia.

Ejemplo: Titan AutomationSDAT, ADVU ySDAP Serie

2.3 Cilindros redondos

Los cilindros redondos son compactos y ofrecen un diseño minimalista. Son fáciles de reparar y limpiar, lo que los hace ideales para aplicaciones ligeras donde la limpieza es fundamental.

2.3.1 Mini cilindros redondos de acero inoxidable

Estos mini cilindros neumáticos redondos de acero inoxidable cumplen con la norma ISO 6432. Los materiales resistentes a la corrosión permiten su uso en entornos alimentarios o médicos. Generalmente se ofrecen con opciones de montaje con pie, brida o giratorio. Su diseño sencillo también los hace económicos.

2.3.2 Cilindros de cuerpo redondo reparables

Para movimientos lineales simples, los cilindros cilíndricos redondos son ideales. Para que estos cilindros neumáticos sean reparables, se prefiere una construcción ligera con aluminio. Son excelentes para embalaje y manipulación de materiales.

Ejemplo: Cilindros neumáticos pequeños de aluminio con montaje frontal de Titan Automation

Aquí están las especificaciones de un cilindro neumático de cuerpo redondo reparable:

2.4 Cilindros de dos y tres bielas

A menudo se requiere el uso de dos o tres vástagos para accionar los movimientos. En la industria de la automatización de alta tecnología, el uso de movimientos tan estables puede ser fundamental. El uso de vástagos dobles o múltiples en un cilindro neumático elimina la rotación, lo que permite movimientos lineales precisos. Estos cilindros pueden tener una carrera de entre 10 y 200 mm. Con un diseño compacto, ofrecen resistencia a la fuerza cortante.

2.5 Cilindros sin vástago

El uso de cilindros sin vástago permite carreras más largas sin necesidad de vástagos salientes. Se utilizan habitualmente en transportadores para movimientos lineales. Emplean un acoplamiento magnetomecánico para los movimientos rectos. Su diseño permite una construcción compacta e incorporan soportes con rieles para un funcionamiento estable. No requieren lubricación y soportan más de 20 millones de ciclos. Una sola carrera puede desplazar un objeto 6000 mm.

3. Aplicaciones comunes de los cilindros neumáticos

4. ¿Cuáles son los principales beneficios de utilizar un cilindro neumático?

Los ingenieros pueden inducir movimiento lineal mediante motores eléctricos, pero el proceso es ineficiente y lento. Por ello, decidieron utilizar el movimiento ultrarrápido de los cilindros neumáticos. Son excelentes para una amplia gama de aplicaciones gracias a su robusta construcción. Estas son las principales razones por las que los cilindros neumáticos son un actuador ideal:

4.1 Rentabilidad y eficiencia

El uso de motores para inducir movimientos requiere grandes cantidades de cableado eléctrico y fuentes de alimentación. De igual modo, el uso de sistemas hidráulicos también requiere suministro de aceite, lo que conlleva un elevado coste inicial y de funcionamiento. Además, son pesados ​​y difíciles de manejar. Los cilindros neumáticos también pueden producir movimiento lineal, pero solo requieren un tubo con aire comprimido para su funcionamiento. Estas características hacen que los cilindros neumáticos sean:

• Mantenimiento bajo

• Potencia densa

• Eficiente energéticamente

4.2 Seguridad y fiabilidad

Utilizan tuberías neumáticas para garantizar un funcionamiento limpio. No presentan riesgo de incendio en comparación con las conexiones de aceite o eléctricas de alta potencia. Los cilindros neumáticos ofrecen las siguientes ventajas en seguridad y fiabilidad:

• Operación limpia con aire

• Reducción de la carga de fuego

• Amortiguador para paradas suaves

• Más de 20 millones de ciclos de fiabilidad

4.3 Versatilidad y personalización

Los ingenieros tienen a su disposición una gran variedad de cilindros neumáticos. Su versatilidad y capacidad de personalización se pueden observar en:

• Amplia gama de tamaños

• Variación en el material

• Sistemas de montaje

• Operaciones con múltiples varillas o sin varillas

• Carreras ajustables

Ejemplo: Ajustes de carrera personalizables de Titan Automation

4.4 Ventajas ambientales

El uso de fluidos perjudiciales para el medio ambiente, como en los sistemas hidráulicos, puede dañar la reputación de la empresa. En algunos casos, puede acarrear acciones legales por parte del gobierno. Los cilindros neumáticos utilizan aire comprimido, lo que los hace ideales para industrias limpias como la medicina, la hostelería, la alimentación y bebidas, y la fabricación de productos electrónicos.

Conclusión

Los cilindros neumáticos utilizan aire comprimido para su funcionamiento. Son dispositivos que producen movimiento lineal al suministrarles aire comprimido a sus puertos. Los ingenieros han desarrollado diferentes formas, diseños y mecanismos de funcionamiento para ofrecer versatilidad en sus aplicaciones. Los tipos principales son: cilindros estándar, cilindros compactos, cilindros de dos y tres vástagos, cilindros NFPA, cilindros totalmente de acero inoxidable, cilindros de cuerpo redondo reparables, cilindros no giratorios con vástagos guía y cilindros sin vástago. Su funcionamiento limpio y seguro los hace ideales para la automatización industrial, equipos médicos, procesamiento de alimentos y maquinaria pesada.

Si busca un proveedor confiable, explore todas las opciones de Titan Automation. Ofrecen una amplia gama de productos y garantizan el cumplimiento de las normas internacionales, incluidas ISO, NFPA y VDMA. Su compatibilidad global y sus diseños especializados demuestran su capacidad y experiencia en la fabricación. Estos son algunos de los tipos de cilindros neumáticos que produce Titan Automation:

• DNG: Guía de doble efecto no giratoria (serie de cilindros estándar con tirante, conforme a ISO 6431).

• NTA NFPA: NTA (Ningbo Titan Automation) Cilindros de tirantes conformes a la norma NFPA (North American Fluid Power Association).

• NTP: Neumático de tirante no giratorio (serie de cilindros compactos de bajo perfil, también conocido como estilo plano).

• SDA: Cilindro cuadrado de doble efecto (serie de cilindros compactos de cuerpo cuadrado para aplicaciones que ahorran espacio).

• CXS:Compacto Extra Estable (Cilindro de doble vástago no giratorio, intercambiable con SMC CXS).

• HN: Cilindro de doble vástago de montaje libre en miniatura de alta estabilidad y sin rotación para alineación.

• ACK: Kit de abrazadera angular (cilindro angular neumático para rotaciones de 90°/180°).

• NFPA TR: Tirante NFPA (cilindro neumático de tirante NFPA estándar para intercambiabilidad de alta resistencia).

• SSDA: Cilindro compacto de acero inoxidable de doble efecto (para entornos corrosivos).

• NTR: Barra de acoplamiento redonda no giratoria (cilindro de cuerpo redondo reparable con aluminio anodizado).

• MAL: Mini cilindro neumático lineal de aluminio (pequeño cilindro neumático de montaje frontal para movimiento lineal).

• MGP: Actuador neumático multiguía (Actuador guiado compacto con doble varilla guía para mayor precisión).

• NTA R: Cilindro sin vástago NTA (serie de cilindros sin vástago para movimientos de carrera larga y que ahorran espacio).

Preguntas frecuentes

1. ¿Cómo dimensiono correctamente un cilindro?

Primero, analice sus requisitos. ¿Qué longitud de carrera necesita y qué fuerza se requiere? Utilice la fórmula simple F=PxA para calcular el área necesaria. Asegúrese de contar con una presión de aire estable en el cilindro neumático para obtener mediciones precisas.

2. ¿Puede un cilindro neumático detenerse a mitad de carrera?

Sí, los diseños modernos de pistones magnéticos permiten que el cilindro comunique su posición en tiempo real a un PLC o microprocesador. Mediante esta retroalimentación directa, se puede detener el cilindro neumático a mitad de carrera a través de la electroválvula.

3. ¿Cómo sé si mi cilindro neumático necesita reparación o reemplazo?

Si se observa una disminución de la fuerza, un fuerte silbido, rayaduras visibles en el vástago, una junta rota o claras fugas, es necesario reparar el cilindro neumático. Sin embargo, para realizar la reparación, se requiere un cilindro neumático reparable; de ​​lo contrario, solo se podrá reemplazar.