Vamos a abordar en este artículo, de una manera práctica, cómo medir la fuerza de un cilindro neumático.
Para ello montaremos una célula de carga en la punta del vástago, correctamente atornillada.
Probablemente debamos mecanizar una pieza para adaptar roscas. Puede ser un redondo de hierro con una rosca en cada extremo. Por un lado un taladro roscado para encajar en el vástago del cilindro y por el otro lado un vástago roscado para atornillar la célula de carga.
El primer dato que se necesita es saber la fuerza máxima que va a soportar el cilindro. Se puede calcular con un sencillo cálculo
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.
De ese modo la fuerza desarrollada por un cilindro estará en función del
diámetro del pistón , de la presión del aire de alimentación y
de la resistencia producida por el rozamiento.
De ese modo, la fuerza teórica sin considerar rozamiento se calcula por la expresión:
Fteorica = Area x Presion
Siendo
Fteorica = Fuerza teórica del émbolo.
Area = Area del émbolo. También se puede calcular a partir del diámetro interno del cilindro.
Presión = Presión del aire comprimido (bar)
El área efectiva de un cilindro dependera si
se considera en avance o en retroceso, dado que en retroceso tenemos que
descontar el diámetro del vástago
En el caso del avance, se calcula el área del cilindro
siendo esta una circunferencia, mientras que para el retroceso, el área
es el de una corona circular.
Entonces, el cálculo del área efectiva puede realizarse mediante las siguientes dos fórmulas:
Por lo tanto, si aplicamos esto a la fórmula de fuerza, obtendremos:
Teniendo en cuenta que:
Por último, para determinar la fuerza real, hay que tener
en cuenta los rozamientos. Para presiones que oscilan entre los 4 y 8
bar las fuerzas de rozamiento suelen representar entre un 5% y un 10% de
la fuerza calculada.
Ejemplo
Dado un cilindro de 100 mm de diámetro con un vástago de 25mm y una presión de aire de 6 bar.
Las fuerzas serían:
Ahora, teniendo en cuenta que estas son las fuerza teóricas, podríamos suponer una pérdida del 10% por rozamiento.
calculos a partir de datos de:
http://www.intor.com.ar/novedades/
Una vez conocida la fuerza, buscaremos una célula de carga tipo S como minimo del doble de la capacidad máxima. De ese modo la célula de carga nunca llegará a trabajar por encima del 50 % de carga nominal. Entre ese tipo de células de carga tenemos
SX1,
SX2,
SX3 Entre los tres modelos abarcamos capacidades entre 30 y 10000 kg
Para un caso práctico, si calculamos que el cilindro ejercera una fuerza de 400 kg, lo correcto es buscar una célula de carga de 1000 kg, por ejemplo la célula de carga
SX2 de 1000 kg.
La lectura la hacemos conectando directamente la célula a un indicador. Un indicador de peso
VN1 además de dar lectura de peso nos permitirá hacer ensayos de rotura (el indicador marca el máximo valor de peso alcanzado) y registrar los datos en un ordenador o imprimirlos directamente en una impresora.
