En los sistemas de cilindros neumáticos que normalmente manejamos o diseñamos, se requiere conocer de una forma rápida la fuerza que ejerce el cilindro, al igual que el aire consumido, para tener un mayor conocimiento del grado de desarrollo del trabajo para el que este que ha sido diseñado o instalado. En este artículo mostraremos como se calculan estos valores de fuerza y consumo, así como unas tablas resumen de fácil utilización y consulta.
El cilindro neumático de aire comprimido es por lo general el elemento productor de trabajo en un equipo neumático. Tiene por objetivo generar un trabajo durante su movimiento rectilíneo de avance o retroceso.
En los cilindros neumáticos de simple efecto, el émbolo recibe el aire a presión por una sola cámara. Estos cilindros sólo pueden ejercer el trabajo en un sentido (carrera de trabajo). La carrera de retorno del émbolo tiene lugar por medio de un muelle incorporado, o bien por fuerza externa.
En los cilindros neumáticos de doble efecto, el émbolo recibe aire a presión, alternativamente por ambos lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos (carrera de avance y carrera de retroceso). La fuerza producida por un cilindro de doble efecto en el sentido que consideramos avance, no es igual a la fuerza que produce en el sentido retroceso, ya que la superficie sobre la que actúa la presión del aire es diferente, debido al espacio ocupado por el vástago.
Cálculo de la fuerza de los cilindros neumáticos
La fuerza teórica que actúa sobre el pistón es:
F = P . S
Donde P es la presión en bar, S la superficie del pistón en metros cuadrados y F la fuerza en Newtons. También podemos usar la presión P en kg/cm2, la superficie S en cm2 y la fuerza F en Kg fuerza.
En la práctica, la fuerza real o necesaria es un poco mayor, ya que existen fuerzas de rozamiento con la estanqueidad del cilindro. Por ello se considera que la fuerza teórica del cilindro se ve reducida entre un 10-15 % para presiones normales de trabajo entre 4-8 bar.
En la tabla siguiente podemos conocer rápidamente la fuerza teórica de empuje expresada en Newtons, N. Si queremos conocer los Kg que es capaz de desplazar, basta dividir este valor entre 9,8 o de forma aproximada y para mayor comodidad entre 10.
Hay que recordar que debemos de aplicar una corrección del 10-15% menos al valor obtenido en la tabla, para conocer la fuerza real que puede ejercer el cilindro.
Para el cálculo de la fuerza de retroceso, habrá que multiplicar este valor por el valor obtenido de la siguiente tabla, Tabla 2, en la que se relaciona la superficie del pistón con la superficie del pistón por el lado del vástago.
Cálculo del consumo de aire de los cilindros neumáticos
El consumo de aire de un cilindro es el volímen de aire consumido para un cliclo completo, es decir avance y retroceso del vástago. Este valor va a ser proporcional a la presión del aire del sistema, a la carrera del cilindro y a la superficie por ambos lados del pistón, lado vástago y opuesto.
Consumo = Presión x Carrera x (Superficie lado empuje + Superficie lado retroceso o vástago)
Para obtener el consumo en Normales litros (litros de aire a presión atmosférica y 25 ºC), debemos de utilizar la presión en bar, la carrera en decímetros, dm, y las superficies en decímetros cuadrados, dm2, que podemos obtener de la tabla anterior, Tabla 1.
Una vez conocido el consumo por ciclo, bastará multiplicar este valor por el número de ciclos que opera el equipo.
