CURSO: SISTEMAS NEUMATICOS RUBRICA 2CALCULOS DE CILINDROS, COMPRESOR, PLC Y LADEER

Alumno (s):Jesus Quispe Calla

Alex Ochoa Perez

Fred Calderon Garcia

Elvis Villavicencio Vichata

Richard Ticona Casa

Programa: PFRNota:

Profesor:MIGUEL LEON MOZO

Fecha de entrega :090615Hora:

CALCULO DE PRESION DE DISEO.

La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende de la presin del aire, del dimetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza terica del mbolo en cilindros de simple efecto se calcula con la siguiente frmula:

En la prctica es necesario conocer la fuerza real.Para determinarla hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 4 a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza calculada.

Para los cilindros de doble efecto es necesario conocer la fuerza de salida y de retorno, esto se calcula de la siguiente manera:

distribucin de fuerzas que se muestran a continuac in (el equilibrio de fuerzas se plantea sobre el mbolo):

Fig. 2. 1 - Distribucin de fuerzas en actuadores l ineales de simple efecto.

Donde:

P: Presin en la cmara posterior

Pc: Presin en la cmara anterior

S: superficie del mbolo en la cmara posterior

S: Superficie del mbolo en la cmara anterior

Sv: Superficie de la seccin del vstago

Pe: Peso del mbolo

R1 y R2: Reacciones del mbolo con la camisa debidas a Pe.

Fr: Fuerza de rozamiento en el mbolo debida a R1y R2.

Fn: Fuerza a vencer

Fm: Reaccin del muelle

Tenemos, planteando el equilibrio en el mbolo:

Siendo:

,

Para ello los cilindros requieren un esfuerzo de 4.025 MPa. Ejercida sobre un rea, (largo de100 mm. y ancho de 12.7 mm.), durante 5 segundos con una presin de trabajo de 6 bar. y una carrera de 300

am. Para el conformado perfecto.

a. Seleccin de los cilindros:

Dimetro del mbolo:

Mtodo analtico:

Mtodo grafico:

Con y presin de trabajo

Dimetro del vstago:

Con la = N. y carrera de 300 mm.

d=20mm.

300

7302.5 N

Dimetro normalizado del embolo: 125 mm.

Dimetro normalizado del vstago: 20 mm.

Carrera: 300 mm.

CILINDRO NORMALIZADO DNC-125-320-PPV-163520

b. Seleccin de vlvulas:

Anlisis de caudal:

Teniendo en consideracin:

El modelo de cilindro DNC-125-320-PPV-163520 (doble efecto). La Presin absoluta de trabajo 6 bar.

Numero de ciclos 1 ciclo cada 20 segundos.

320 mm

125 mm

20

=>0.59 litros por cm. de

x 32 cm. de recorrido.

Presin de trabajo:

La presin de trabajo escogida para que satisfaga las necesidades requeridas de dicha aplicacin es de 6 bares (presin absoluta), la cual es un valor en el cual la mayora de industrias trabajan.

Trabajo:

De acuerdo a la aplicacin a realizar, se tomo la decisin de adquirir una vlvula de 5 vas, ya q nos permite extender y retraer el vstago del cilindro a accionar sin ningn problema ni percance; de 2 posiciones ya que en cada ciclo de trabajo es indispensable que el vstago se encuentre en alguna de las dos posiciones de final de carrera (totalmente extendido o totalmente retrado), con la finalidad de no causar accidente alguno.

Accionamientos:

El accionamiento de dichas vlvulas se realizara por accionamiento elctrico. Considerando la seguridad del operado, el retorno se llevar a cabo por la reaccin de un resorte retorno por muelle ya que esto permitir que la vlvula conmute inmediatamente a su posicin de reposo al dejar de recibir la seal elctrica de accionamiento.

Vlvula distribuidora 5/2, con accionamiento elctrico y retorno por muelle.

Electrovlvula CPE10-M1BH-5L-M5-196881.

Tamaos normalizados de cilindros y longitudes de carreras

Segn los datos de nuestro cilindro se escogi dichos valores de la tabla

CALCULO DE LA CARGA CRITICA DE PANDEO

Valores de la longitud de pandeo segn el tipo de fijacin

1. K=2

2. Le= K*L

Le=(2*3.2) = 6.4m

3. Calculo del radio de giro

R =

4. Calculo de la constante de la columna del cilindro

5. Calculo de la razn de Esbeltez

6. Carga critica

7. Carga Admisible

CONSUMO DE AIRE PARA CILINDROS NEUMTICOS

Para nuestro dimetro de 21.4 este es el valor quemas se asemeja en la tabla

Frmulas para calcular el consumo del aire

Cilindro doble efecto:

Donde: V= Cantidad de aire (l/min) s = Longitud de carrera (cm)

CALCULO DE PERDIDAS EN COMPONENTES Y ACCESORIOS.

En todo componente de un circuito neumtico se tien perdidas, ya sea que estas se produzcan por rozamiento y los accesorios de conexin; tales como vlvulas, acoples, reguladores de velocidad, codos, etc.

Las prdidas en los accesorios varan dependiendo del fabricante, quienes proporcionan en sus catlogos de productos las curvas caractersticas de cada uno de estos.

MANGUERAS

Para la alimentacin de los componentes neumticos en los circuitos industriales se disean lneas de tuberas rgidas con dimetros considerables debido a que la cantidad de aire que los componentes de trabajo requieren es elevada.

Para el caso de mquinas con control neumtico y rosot diseos en los que los componentes requieren pequeas cantidades de aire para su funcionamiento se utilizan mangueras flexibles.

Por lo tanto el hacer un diseo para mangueras, no es viable, debido a que cuando se trabaja con caudales pequeos los dimetros de esto elementos resultan ser de un dimetro tal que no existen en el mercado, es por esto que se proceder directamente a la seleccin de las mangueras del banco neumtico.

A continuacin presentamos las tablas que utilizare mos para la seleccin de las mangueras.

Con los valores de caudal y presin definidos para la seleccin de mangueras se ingresa a la grafica 6.1 produciendo un punto, el cual se ubica por debajo de la lnea caracterstica de la manguera tipo 1(7.5 mm o 0.30 In) lo que indica que se puede seleccionar la inmediata superior. Por tal razn se selecciona la manguera de , que es usada comnmente en el mercado nacional. Los valores de las prdidas o cada de presin en las tuberas son de un 10% por cada 100 pies de tubera.

Otro criterio para la seleccin de mangueras es la relacin presin longitud, la que no aplica el en caso particular del banco neumtico, ebido a que las longitudes son cortas. A continuacin se muestra la tabla, para la selecci n de las mangueras bajo los parmetros de presin-longitud

Se presenta adems un cuadro resumen con los flujos de aire mximos recomendados para diferentes dimetros de tuberas.

Clculo de prdidas en conductos lineales

Ya conociendo los datos sobre el caudal que llega a cada actuador y teniendo definidas del mismo.

As mismo se debe considerar las fugas de caudal, perdidas de carga, los posibles cambios de temperatura en todo el tramo de la instalacin ya que interfiere en la modificacin del aire requerido.Para el clculo de prdidas para perdidas lineales se puede usar la siguiente formula

Donde:

L: longitud de la tubera

V: Velocidad del fluido

D: Dimetro de la tubera

g: aceleracin de la gravedad

f: coeficiente de friccin

Para calcular el coeficiente de friccin se usa la siguiente formula

Para encontrar el nmero de Reynolds para el flujo en conductos circulares es:

Determinar la viscosidad dinmica, se suele utilizar la expresin (Temperatura en Kelvin):

Para iniciar y mantener el flujo de gas en una tubera, es necesario la diferencia de presin, para poder vencer el rozamiento de las p aredes de la tubera y acoplamientos . La frmula es:

Dnde :

o : es la cada de presin en bar o f: es el factor de rozamientoo V: es flujo de volumen en l/s (aire libre)

o d: es el dimetro interior de la tubera de mm o m: es la presin media absoluta en bar

Para tuberas convencionales de acero como las utilizadas para el aire comprimido a presiones y temperaturas normales f 500 con las unidades elegidas.

CLCULO DEL CONSUMO DE AIRE

Otra caracterstica importante es la cantidad de aire a presin necesaria (caudal) para el funcionamiento de un cilindro. La energa del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume en forma de trabajo y, una vez usado, el aire se expulsa a la atmsfera por el escape. El consumo terico de aire de un cilindro es el volumen consumido por ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo se refiere al desplazamiento del mbolo desde su posicin inicial hasta el final de su carrera de trabajo, ms el retorno a su posicin inicial. Dimensionado el actuador o actuadores del circuito, se podr definir la cantidad de aire requerida. Esta cantidad de aire es funcin del tiempo de duracin de cada fase o de la frecuencia de realizacin 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 se encuentra a una cierta presin. Por tanto, se habla de cantidad de aire en Condiciones Normales (subndice 0, como se defini al principio del captulo). As se unifica el criterio, pasando el aire a presin atmosfrica. Para este clculo, se usa la ecuacin de los gases perfectos de la frmula 1.3. De hecho, esta frmula tiene bastante ms inters en neumtica si se dividen ambos trminos por la variable tiempo, quedando:

Tambin se ha de considerar que la densidad del aire vara en funcin de la presin y de la temperatura de trabajo. En cualquier libro de termodinmica podemos encontrar tablas que recoge dicha evolucin.

CONVERSIN DE LITROS DE AIRE A PRESIN EN LITROS DE AIRE LIBRE

Con la siguiente frmula pasamos a las condiciones estndar una cantidad de aire a presin para calcular consumos, ya que este valor s e usa para dimensionar componentes.

Dnde:Q1= Litros de aire comprimido a presin P.Q = Litros de aire libre.P = Presin del aire comprimido en Kg/cm2.

GASTO DE CILINDROS NEUMTICOS

Q= 184.98 l/mm

Dnde:Q= Litros de aire libre en l/mn.

D = Dimetro del mbolo en mm. L = Carrera del cilindro en mm.P = Presin del aire en Kg/cm2.t = Tiempo en realizarse la carrera.

Finalmente, cada fabricante acaba proponiendo la forma de calcular el caudal o cantidad de aire requerida en funcin de la geometra y cara ctersticas de sus productos. En la tabla vemos el consumo de aire en un cilindro en funcin de la presin de trabajo y el dimetro del mbolo.

CONSUMO DE AIRE PARA CILINDROS NEUMATICOS

Para disponer de aire y conocer el gasto de energa, es importante conocer el consumo de la instalacin. Para una presin de trabajo, un dimetro y una carrera de mbolos determinados, el consumo de aire se calcula como sigue: Relacin de compresin Superficie del mbolo Carrera La relacin de compresin e2/e1 se calcula de la forma siguiente:

(101.3+600)/101.3 = 6.92 ppm

Dnde:

El resultado se da en KPa (referido al nivel del mar)

Con ayuda de la tabla de la figura siguiente, se pueden establecer los datos del consumo de aire de una manera ms sencilla y rpida.

Los valores estn expresados por cm de carrera para los dimetros ms corrientes de cilindros y para presiones de 200 a 1.500 kPa (2 15 bar). El consumo se expresa en los clculos en litros (de aire aspirado) por minuto.

LONGITUD DE CILINDROS NEUMTICOS

La longitud de carrera en cilindros neumticos no debe exceder de 2000 mm. Con mbolos de gran tamao y carrera larga, el sistema neumtico no resulta econmico por el elevado consumo del aire. Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecnico del vstago y de los cojinetes de gua es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, s las carreras son grandes deben adoptarse vstago de dimetro superior a lo normal. Adems, al prolongar la carrera la distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora la gua del vstago.