UNIDAD II:

ACTUADORES

2.1. Actuadores Neumáticos e Hidráulicos

• Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Pueden ser hidráulicos, neumáticos o eléctricos.

Actuador neumático e hidraulicos

• Son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa.

• Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos.

2.2 Cálculo de actuadores hidráulicos y neumáticos

• Las fases de cálculo y diseño de los actuadores neumáticos que se han de considerar son:

Dimensionado de los actuadores• Para el dimensionado de los actuadores se

requiere conocer el valor de la carga o efecto útil a realizar.

- P: Presión en la cámara posterior- Pc: Presión en la cámara anterior- S: superficie del émbolo en la cámara posterior- S´: Superficie del émbolo en la cámara anterior- Sv: Superficie de la sección del vástago- Pe: Peso del émbolo-R1 y R2: Reacciones del émbolo con la camisa debidas a Pe.-Fr: Fuerza de rozamiento en el émbolo debida a R1 y R2.- Fn: Fuerza a vencer- Fm: Reacción del muelle

Equilibrio en el émbolo:

Siendo:

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 mismo atendiendo a criterios estructurales

• 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 (caudal) para el funcionamiento de un cilindro. 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.

• Con la siguiente fórmula pasamos a las condiciones estándar una cantidad de aire a presión para calcular consumos, ya que este valor se usa para dimensionar componentes

Gasto de cilindros neumáticos

• Finalmente, cada fabricante propone la forma de calcular el caudal o cantidad de aire requerida en función de la geometría y características de sus productos. En la tabla vemos el consumo de aire en un cilindro en función de la presión de trabajo y el diámetro del émbolo.  

2.3. Selección de actuadores

• Cuando se trata de seleccionar un actuador, se realizan las siguientes operaciones básicas de cálculo:

• Cálculo de la fuerza

• Verificación del pandeo.

• Capacidad de amortiguación

• Consumos de aire comprimido

• Fuerza radiales

• Calculo de la fuerza

• La fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del émbolo, de la presión del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento.

• La fuerza teórica se calcula por la expresión:

Fteor = Fuerza teórica del émbolo en N.A = Área en m2.. P = Presión relativa en Pa (N/m2)

2.4. Determinación de la potencia y rendimiento en motores hidráulicos y

neumáticos.Para calcular un motor de aire se precisan dos datos de los tres siguientes:

•Potencia requerida

•Velocidad en RPM necesaria para arrastrar la carga determinada

•Par de trabajo expresado en Newton metro [Nm]