Guía completa: Tipos de cilindros neumáticos

Prefacio

Ésta es nuestra guía detallada sobre cilindros neumáticos, y nos complace compartirla con usted. Esta guía se ha creado para mejorar sus conocimientos sobre los cilindros neumáticos y su importancia en muchas industrias, tanto si es usted un ingeniero experimentado como un novato en el campo de la automatización. A través de la lectura de esta guía, comprenderá no sólo los aspectos básicos sino también los intrincados de los cilindros neumáticos, con lo que podrá tomar las decisiones correctas en sus proyectos y aplicaciones.

¿Qué es un cilindro neumático?

Un cilindro neumático es un dispositivo creado para transformar la energía del aire comprimido en movimiento lineal. A diferencia de los cilindros hidráulicos, que se basan en el aceite hidráulico, los cilindros neumáticos son los mejores para aplicaciones en las que la limpieza y la seguridad son los factores más importantes, ya que utilizan presión de aire. Su simplicidad hace que haya menos fugas y contaminación, por lo que pueden utilizarse en diversas industrias, como la fabricación, el envasado y la automatización.

El cilindro neumático se compone de un cuerpo cilíndrico, que suele ser de acero inoxidable o aluminio, y un pistón que se mueve hacia delante y hacia atrás a lo largo del cilindro. El diámetro del pistón y el tamaño del orificio son los factores principales, ya que son los que determinan la fuerza que puede ejercer el cilindro. La presión del aire se aplica sobre el vástago del pistón, que se extiende o se retrae en línea recta, con lo que el posicionamiento y el control del movimiento del objeto resultan muy precisos. Los cilindros tienen características como la amortiguación ajustable que frena el pistón en los extremos de la carrera para evitar el impacto y el ruido.

¿Qué es un sistema neumático?

Es un sistema que utiliza aire comprimido para transmitir y controlar energía. Un sistema neumático utiliza eficazmente la energía del aire comprimido para realizar trabajos mecánicos mediante una serie de componentes interconectados. En el centro del sistema hay un compresor que transforma la energía mecánica en energía neumática comprimiendo el aire. A continuación, este aire comprimido pasa por las unidades de tratamiento del aire, que suelen incluir filtros para eliminar las impurezas, reguladores para controlar la presión y lubricadores para reducir el desgaste de los componentes. A continuación, el aire acondicionado pasa por un sistema de tuberías y accesorios que dirigen su caudal y dirección a diferentes válvulas que regulan su caudal y dirección. Por último, el aire comprimido llega a los actuadores, como los cilindros neumáticos, donde su energía se transforma en fuerza mecánica para realizar las tareas necesarias.

Ventajas de los sistemas neumáticos

El diseño del sistema neumático es sencillo y sus componentes son principalmente cilindros, válvulas y tuberías, lo que facilita su instalación y mantenimiento. Cuanto menos complejas son las piezas que pueden funcionar mal o romperse, más sencillo es este diseño y aumenta su fiabilidad, con lo que se reducen los tiempos de inactividad y aumenta la productividad . Además, los sistemas neumáticos tienen fama de ser fiables y duraderos. El aire comprimido es la principal fuente de energía en este caso y esto implica que los componentes no están sometidos al mismo nivel de desgaste que los componentes de los sistemas hidráulicos o eléctricos. Estos factores, junto con la sencillez de mantenimiento, hacen de los sistemas neumáticos una solución de automatización barata a largo plazo.

Normas ISO y factores de forma de los cilindros neumáticos

Normas ISO

Las normas ISO para cilindros neumáticos son las reglas mundiales que describen el diseño, el rendimiento y los ensayos de estas piezas. El principal objetivo de estas normas es garantizar que los productos de los distintos fabricantes sean coherentes, compatibles y seguros de usar. Estas son algunas de las principales normas ISO relacionadas con los cilindros neumáticos.

ISO 6432: Esta norma incluye los cilindros de simple vástago y doble efecto con diámetros interiores de 8 a 25 mm. Es la que especifica las dimensiones, tolerancias y características de funcionamiento para estos cilindros compactos.

ISO 15552 (antes ISO 6431): Esta norma cubre los cilindros de simple vástago y doble efecto con diámetros interiores de 32 a 320 mm. Especifica las dimensiones, las tolerancias y los requisitos de rendimiento de estos cilindros de mayor tamaño que se utilizan principalmente en aplicaciones industriales.

ISO 21287: Esta norma trata de los cilindros compactos de vástago único con diámetros interiores de 20 a 100 mm. Trata de las dimensiones, tolerancias y especificaciones de rendimiento de estos cilindros compactos.

ISO 15524: La norma trata de los cilindros sin vástago, que son los que tienen un carro deslizante en lugar de un vástago extensible. Indica las dimensiones, tolerancias y características de funcionamiento de estos cilindros, que suelen utilizarse en aplicaciones en las que el espacio es un problema.

ISO 4393: Esta norma cubre los cilindros de simple vástago y doble efecto con fijaciones desmontables. Establece las dimensiones y tolerancias de las interfaces de montaje, por lo que los cilindros y los accesorios de montaje de distintos fabricantes serán compatibles.

ISO 10099: Esta norma trata de los cilindros neumáticos con pistones magnéticos que pueden utilizarse para la detección de posición sin contacto. Establece las dimensiones y las normas de rendimiento para estos cilindros y los sensores magnéticos que los acompañan.

Estas normas ISO tratan sobre el diseño de cilindros neumáticos y abarcan muchos aspectos, como los diámetros interiores y de vástago, las longitudes de carrera, las dimensiones de montaje y los tamaños de rosca, las juntas de pistón y vástago, los tamaños y ubicaciones de los puertos, los requisitos de amortiguación, las características de rendimiento, como la presión máxima de funcionamiento, la fuerza de salida y el consumo de aire.

Factores de forma

Los factores de forma de los cilindros neumáticos son las opciones de montaje, que incluyen soportes de brida, pie, horquilla y muñónDe este modo, los cilindros pueden aplicarse e instalarse fácilmente en distintos lugares.

Montaje en brida: De esta forma, el cilindro queda firmemente sujeto a la estructura de la máquina por las tapas o cabezales que están directamente conectados al cilindro. Las fijaciones de brida son perfectas para aplicaciones que requieren gran estabilidad y el menor movimiento en los puntos de montaje. Las fijaciones de brida ayudan a distribuir la carga uniformemente, reduciendo así la tensión y el desgaste del cilindro. Este tipo de montaje es especialmente útil cuando es necesario un posicionamiento exacto y se utiliza sobre todo en sistemas de automatización industrial y manipulación de materiales.

Montaje de la horquilla: El punto de giro en el extremo del cilindro es el montaje de horquilla que se utiliza para las aplicaciones en las que el cilindro debe moverse en arco. Este tipo de montaje es adecuado para las aplicaciones en las que el cilindro debe oscilar, que es el componente principal de los brazos robóticos o de las operaciones de compuertas en las que es necesario el movimiento angular. Es de gran ayuda para mantener la alineación y reducir las cargas laterales que pueden ser la causa del desgaste prematuro del cilindro.

Pies de montaje: Los soportes de pie son la mejor opción si necesita instalar los cilindros vertical u horizontalmente. Se utilizan para proporcionar una base y un soporte sólidos. Este tipo está especialmente diseñado para casos en los que el cilindro tiene que estar en posición vertical o en posición horizontal, por lo que es el mejor en estas situaciones para garantizar la estabilidad y la alineación. Los soportes de pie se suelen encontrar en prensas o aplicaciones de elevación en las que el cilindro ejerce fuerza en línea recta contra la gravedad.

Montaje en muñón: El cilindro puede pivotar alrededor del eje de los pasadores del muñón, lo que le confiere un movimiento oscilante muy importante en las aplicaciones que requieren que el cilindro siga una trayectoria curva. Este tipo de montaje es perfecto para maquinaria en la que el cilindro debe estar en línea con las demás piezas móviles que no son perfectamente lineales.

Tipos de cilindros neumáticos

Existen algunos tipos comunes de cilindros neumáticos.

Cilindros de simple efecto

Características

Los cilindros neumáticos de simple efecto funcionan con aire comprimido que empuja el pistón en una dirección y un muelle lo devuelve a la posición original. El diseño del cilindro reduce la estructura del cilindro y el consumo de aire porque el aire solo se utiliza para mover el pistón en una dirección, por lo que resulta más eficiente energéticamente para algunas aplicaciones que el cilindro de doble efecto.

Ventajas y desventajas

Las principales ventajas de los cilindros de simple efecto son su sencillez, bajo coste y menor número de componentes, lo que facilita su instalación y mantenimiento, y su diseño más ligero y compacto los hace perfectos para aplicaciones con espacio limitado o en las que sólo se necesita una fuerza unidireccional. No obstante, la dependencia de un muelle para la carrera de retorno puede ser un inconveniente, ya que la fuerza ejercida por el muelle suele ser menor que la del aire comprimido, lo que limita la cantidad que puede retornar, y este mecanismo de muelle también puede influir en la velocidad y la consistencia de la carrera de retorno, lo que a su vez puede afectar a la precisión de las operaciones.

Aplicaciones

• Fabricación (por ejemplo, sujeción y retención, mecanismos de alimentación)
• Industria del automóvil (por ejemplo, equipos de líneas de producción, mantenimiento de vehículos)
• Productos de consumo (por ejemplo, electrodomésticos y aparatos)

Cilindros de doble efecto

Características

Los cilindros neumáticos de doble efecto son los dispositivos versátiles que se utilizan para controlar el movimiento en ambas direcciones de extensión y retracción mediante la presión de aire aplicada alternativamente en ambos lados del pistón. La combinación de acción bidireccional hace posible un control más preciso y una mayor aplicación de fuerza que los cilindros de simple efecto que sólo utilizan presión de aire en un lado y suelen depender de un muelle para la acción de retorno.

Ventajas y desventajas

Las principales ventajas de los cilindros de doble efecto son que pueden ejercer fuerza en ambas direcciones, lo que aumenta el control y la eficacia en distintas aplicaciones, permite mover cargas más pesadas y utilizarlos en secuencias más complejas en sistemas automatizados, con un control preciso de la velocidad y la fuerza de retracción que es muy importante para la sincronización y el posicionamiento preciso. No obstante, presentan algunos inconvenientes, como la necesidad de una disposición más complicada y costosa debido a las válvulas de control adicionales y a las intrincadas tuberías que se utilizan para controlar el flujo de aire a ambos lados del pistón, y el hecho de que consumen más aire que los cilindros de simple efecto porque el aire se utiliza tanto para extender como para retraer el pistón, lo que podría suponer mayores costes operativos

Aplicaciones

• Industria del automóvil (por ejemplo, montaje de automóviles, equipos de ensayo)
• Entretenimiento y artes escénicas (por ejemplo, maquinaria teatral)
• Agricultura (por ejemplo, equipos de cosecha, sistemas automatizados de alimentación)

Cilindros giratorios

Características

Los cilindros rotativos, también llamados actuadores rotativos, convierten el aire comprimido en movimiento rotativo y son famosos por su diseño compacto y eficaz. Estos cilindros funcionan mediante un sistema de paletas o cremallera dentro de una cámara sellada; el aire comprimido empuja la paleta o el engranaje para que gire, convirtiendo así la fuerza lineal del aire en movimiento giratorio. Este mecanismo es el que hace posible el posicionamiento angular exacto, lo que supone una gran ventaja en los campos en los que se necesita el movimiento de rotación.

Ventajas y desventajas

La principal ventaja de los cilindros giratorios es su elevado par en un tamaño reducido, por lo que son perfectos para aplicaciones con poco espacio. Además, también proporcionan un buen control sobre la rotación, que puede ajustarse fácilmente según el ángulo de movimiento deseado. No obstante, sus aspectos negativos son el limitado rango de rotación -normalmente inferior a 360 grados- y la posibilidad de desgaste en el sistema de paletas o engranajes, que puede afectar al rendimiento con el paso del tiempo.

Aplicaciones

• Sector manufacturero (por ejemplo, robots de montaje, piezas giratorias durante el mecanizado)
• Industrias de envasado (por ejemplo, cilindros giratorios en taponadoras)

Cilindros sin vástago

Características

Los cilindros sin vástago son un tipo especial de cilindros neumáticos que presentan una clara ventaja en situaciones en las que el espacio es limitado. A diferencia de los cilindros neumáticos convencionales que extienden un vástago fuera del cuerpo del cilindro, los cilindros sin vástago tienen el pistón dentro de un tubo sellado, con el pistón acoplado a un carro externo. Este diseño tiene la misma carrera que los cilindros de vástago, pero sin extenderse más allá de la longitud del cilindro, por lo que son perfectos para los espacios compactos.

Ventajas y desventajas

La forma principal de los cilindros sin vástago suele ser el sistema de acoplamiento magnético o mecánico que conecta el émbolo al carro que se desplaza por el exterior del cilindro. Esto permite el movimiento rectilíneo sin que sobresalga el vástago, por lo que el perfil es compacto. Además, las ventajas de los cilindros sin vástago consisten en su diseño compacto y en que pueden soportar la carga directamente sobre el carro, lo que facilita mucho el diseño del sistema mecánico. Además, también pueden realizar carreras más largas que los tradicionales porque no tienen el riesgo de que el vástago se pandee.

No obstante, los cilindros sin vástago suelen ser más caros que los cilindros con vástago y pueden ser más vulnerables a las fugas debido a la junta larga y continua que se necesita a lo largo del cilindro. Además, la guía externa para el carro móvil puede complicar el proceso y aumentar las necesidades de mantenimiento.

Aplicaciones

• Fabricación (por ejemplo, enroscar tapones en botellas, cambiadores de máquinas herramienta )
• Maquinaria de envasado (por ejemplo, rotación de mercancías para etiquetado, tapado o inspección)
• Industria del automóvil (por ejemplo, instalaciones de motores y salpicaderos)

Cilindros telescópicos

Características

Los cilindros telescópicos, también llamados cilindros multietapa, son los que tienen un diseño de los vástagos de émbolo anidados unos dentro de otros y que se extienden secuencialmente. La peculiar estructura de estos cilindros les permite tener una extensión mucho mayor que su longitud retraída, por lo que son perfectos para los casos en los que las limitaciones de espacio no permiten utilizar los cilindros estándar pero se necesita una carrera larga.

Ventajas y desventajas

Los cilindros telescópicos tienen la ventaja de su gran alcance manteniendo un tamaño retraído compacto, lo que es importante en aplicaciones en las que el espacio de instalación es limitado. Además, son capaces de generar una gran fuerza, lo que resulta perfecto para levantar objetos pesados. Sus desventajas son que su diseño es muy complicado, lo que conlleva mayores costes y mantenimiento. También suelen ser más lentos de extender y retraer que los cilindros de una etapa, y la estabilidad puede disminuir cuando están totalmente extendidos, sobre todo si la carga no está distribuida uniformemente.

Aplicaciones

• Transporte (por ejemplo, volquetes y camiones de reciclaje)
• Construcción (por ejemplo, carretillas elevadoras y elevadores hidráulicos)
• Agricultura (por ejemplo, plumas en pulverizadores o cosechadoras)
• Servicios de emergencia (por ejemplo, camiones escalera, escaleras de habilitación)

Cilindros compactos

Características

Los cilindros compactos se crean para tener la misma funcionalidad que los cilindros neumáticos estándar, pero en un formato más pequeño y que ocupa menos espacio. Estos cilindros suelen tener una carrera más corta y un diámetro menor, lo que los convierte en los mejores para aplicaciones en las que el espacio es limitado.

Ventajas y desventajas

Los cilindros compactos tienen la ventaja de ser muy pequeños, por lo que pueden instalarse en espacios reducidos sin perder rendimiento. Son ligeros, lo que es bueno para casos en los que se quiere reducir el peso de la máquina. Además, tienen tiempos de respuesta rápidos debido a la pequeña cantidad de aire necesaria para llenar el cilindro, por lo que son buenos para aplicaciones de alta velocidad.

Los contras de este tipo de cilindros son que suelen tener una fuerza de salida inferior a la de los cilindros estándar debido al pequeño diámetro de su pistón. Además, pueden tener una longitud de carrera restringida, lo que puede ser un problema en situaciones que requieran movimientos más grandes. El diseño compacto también puede implicar que no sean tan resistentes bajo cargas mecánicas elevadas.

Aplicaciones

• Automatización y robótica (por ejemplo, movimientos precisos y controlados)
• Fabricación de electrónica de consumo (por ejemplo, teléfonos inteligentes y tabletas)
• Maquinaria de envasado (por ejemplo, máquinas de llenado, sellado y etiquetado a pequeña escala)

Cilindros guiados

Características

Los cilindros guiados por vástagos, también llamados cilindros deslizantes o guiados por vástagos, se fabrican para proporcionar un movimiento lineal exacto y estable mediante el uso de vástagos guía paralelos al vástago del pistón. Estos vástagos guía, que son ayudantes, hacen que la carga sea más estable y evitan los movimientos de rotación. De este modo, la alineación es más precisa y se mejora la capacidad de carga.

Ventajas y desventajas

Los cilindros guiados tienen varias ventajas. En primer lugar, permiten que el movimiento lineal sea más preciso, Y son más resistentes a las cargas laterales y a las fuerzas de torsión. Esto los hace apropiados para su uso en casos en los que se necesita un posicionamiento preciso y la manipulación de cargas más pesadas o desiguales, lo que podría ser una fuente de inestabilidad para los cilindros estándar. Además, los cilindros guiados suelen tener superficies de apoyo más largas, lo que reduce el desgaste y aumenta la durabilidad del sistema.

Las desventajas pueden ser el mayor espacio que ocupan los cilindros neumáticos guiados en comparación con los estándar, ya que los componentes adicionales para el guiado necesitan más espacio de instalación. La complejidad y el coste de estos carros pueden ser mayores debido a las piezas mecánicas adicionales, como los vástagos de guía y los cojinetes.

Aplicaciones

Industria del envasado (por ejemplo, llenado, tapado y etiquetado）

Consideraciones sobre el diseño del cilindro neumático

El diseño del cilindro neumático es un conjunto de elementos que se incluyen en la construcción del cilindro neumático.

Tipo de cilindro: Las de simple efecto son adecuadas para aplicaciones sencillas y que ocupan poco espacio y necesitan la fuerza en una sola dirección. Por otra parte, la doble acción es la mejor para el control y la fuerza tanto para la extensión como para la retracción, por lo que es la mejor para aplicaciones fuertes.

Material: Los aceros inoxidables se utilizan sobre todo para los cuerpos de los cilindros y los vástagos de los pistones para evitar la corrosión y garantizar la durabilidad.

Tamaño del agujero: El factor que decide la fuerza de salida es al que nos referimos aquí. Cuanto mayor es el diámetro interior, mayor es la fuerza que puede soportar.

Longitud de la carrera: La distancia de la carga que hay que mover debe ser la misma que la del tractor que la arrastra. La longitud ideal es la que no es ni demasiado larga ni demasiado corta, pero es suficiente para lograr el objetivo sin desperdiciar espacio.

Presión del aire: Debe ser compatible con la presión máxima de funcionamiento del sistema. La presión más alta puede hacer frente a las cargas más altas.

Amortiguación ajustable: La función principal del pistón al final de su carrera es reducir el desgaste de los componentes amortiguando el pistón.

Temperatura: Las juntas y los materiales deben resistir las temperaturas de funcionamiento.

Exposición: Rechazo de productos químicos o partículas si son relevantes.

Operativo Medio ambiente: La compatibilidad medioambiental es una cuestión importante que incluye el problema del uso de juntas especiales en entornos fríos o corrosivos.

¿Cómo elegir el cilindro adecuado?

Criterios de selección	Consideraciones clave
Tipo de cilindro	Simple efecto: Lo mejor para aplicaciones de fuerza de dirección simple.
	Doble efecto: Adecuado para aplicaciones que necesitan fuerza en ambas direcciones.
	Sin vástago: Ahorra espacio a la vez que proporciona la misma longitud de carrera.
	Telescópica: Ideal para necesidades de carrera larga en espacios compactos.
	Compacto: Cabe en espacios pequeños sin sacrificar potencia.
Material y construcción	Cilindros de acero inoxidable: Preferidos para entornos difíciles o requisitos de limpieza.
	Amortiguación ajustable: Reduce el impacto en los extremos de la carrera, beneficioso para las operaciones a alta velocidad.
Tamaño del orificio y longitud de la carrera	Tamaño del agujero: Más grande para más fuerza; coincide con el requisito de carga.
	Longitud de carrera: Coincide con la distancia de movimiento requerida; asegúrese de que se ajusta al espacio de instalación.
Presión de funcionamiento y suministro de aire	Asegúrese de la compatibilidad con la presión de aire disponible en el sistema. Las presiones más altas son adecuadas para tareas más pesadas.
Factores medioambientales	Temperatura: Elija cilindros con juntas y lubricantes que puedan soportar las temperaturas de funcionamiento.
	Exposición: Considerar cilindros con revestimientos protectores si se van a utilizar en ambientes corrosivos o polvorientos.
Requisitos de carga y velocidad	Determinar la fuerza y la velocidad necesarias para el funcionamiento del cilindro. Seleccione especificaciones que se ajusten a estas exigencias operativas para garantizar la eficiencia y la durabilidad.

Conclusión

En el futuro, los cilindros neumáticos serán sinónimo de mayor precisión, eficiencia y adaptabilidad. Este nuevo desarrollo se basará en tecnologías inteligentes, como sensores y conectividad IoT, que ayudarán a predecir las necesidades de mantenimiento y a mejorar la eficiencia operativa. Además, a medida que avance la ciencia de los materiales, los cilindros serán más ligeros y duraderos, lo que reducirá el consumo de energía y prolongará la vida útil de los sistemas neumáticos. Estas innovaciones en materiales y técnicas de fabricación mejorarán tanto el rendimiento como la sostenibilidad. Liderando fabricantes de cilindros neumáticos están a la vanguardia de estos avances, impulsando la innovación en el sector. Además, las mejoras en la tecnología de válvulas y tratamiento del aire aumentarán aún más la eficiencia y fiabilidad de los sistemas neumáticos, garantizando que sigan siendo un componente clave de la automatización industrial moderna.

Problemas comunes de los cilindros neumáticos

¿Existen cilindros neumáticos que puedan adaptarse a usos particulares?

Sí, los cilindros neumáticos pueden adaptarse a las necesidades específicas, que incluyen los cambios en la longitud de carrera, el tamaño del orificio, los materiales y las opciones de montaje. Se pueden añadir juntas personalizadas, sensores e incluso posiciones de puerto especializadas a los entornos operativos y funciones exclusivos para adaptarse a las necesidades de cada usuario.

¿Qué es el tamaño del orificio y cómo influye en el rendimiento de un cilindro neumático?

El tamaño del orificio de un cilindro neumático es el factor determinante de su fuerza de salida; cuanto mayor sea el tamaño del orificio, más fuerza se puede generar porque tiene un área mayor sobre la que actúa la presión del aire. No obstante, los diámetros mayores necesitan más aire comprimido para moverse, lo que a su vez afectará a la eficiencia y a los costes operativos.

¿En qué se diferencian los cilindros neumáticos de simple y doble efecto?

Los cilindros de simple efecto funcionan con presión de aire para mover el pistón en una dirección y un muelle para devolverlo, por lo que son los mejores para las tareas más sencillas que requieren fuerza en una sola dirección. Los cilindros de doble efecto son los que utilizan la presión del aire tanto para la extensión como para la retracción, por lo que proporcionan un control y una potencia más exactos para operaciones complejas o pesadas.