Actuadores Neumáticos

Los actuadores convierten la energía del aire comprimido en movimiento mecánico. Son los "músculos" de cualquier sistema neumático.

Tipos de Actuadores

1. Actuadores Lineales (Cilindros)

Los cilindros producen movimiento en línea recta y son los actuadores neumáticos más comunes.

Cilindro de Simple Efecto:
┌─────────────────────────┐
│ ←─────── Carrera ──────→ │
│  ┌───┐              ┌─┐ │
│  │   │══════════════│●│→│ Extender (presión de aire)
│  │   │              └─┘ │
│  └───┘   Resorte ────→   │ Retraer (retorno por resorte)
└─────────────────────────┘

Cilindro de Doble Efecto:
┌─────────────────────────┐
│  Puerto A           Puerto B│
│    ↓                 ↓  │
│  ┌───┐              ┌─┐ │
│ →│   │══════════════│●│→│ Extender (presión en A)
│ ←│   │══════════════│●│←│ Retraer (presión en B)
│  └───┘              └─┘ │
└─────────────────────────┘

Tipos de Cilindro

Tipo	Descripción	Aplicación
Simple efecto	El aire extiende, el resorte retorna	Trabajo ligero, sujeción
Doble efecto	El aire extiende y retrae	La mayoría de las aplicaciones industriales
Sin vástago	El pistón viaja dentro de un tubo sellado	Carreras largas, limitaciones de espacio
Tándem	Dos pistones en serie	Doble fuerza en el mismo diámetro
De impacto	Diseñado para golpes de alta velocidad	Remachado, estampado
Guiado	Guías lineales incorporadas	Aplicaciones con alta carga lateral

Cálculo de Fuerza

$$F = P \times A$$

Donde:

• $F$ = Fuerza (lbs o N)
• $P$ = Presión (PSI o bar)
• $A$ = Área del pistón (in² o cm²)

Ejemplo: Cilindro de 4" de diámetro @ 80 PSI

$$A = \pi \times r^2 = \pi \times 2^2 = 12.57 \text{ in}^2$$ $$F_{extend} = 80 \times 12.57 = 1{,}006 \text{ lbs}$$

Fuerza de Retracción

La fuerza de retracción es menor debido al área del vástago:

$$F_{retract} = P \times (A_{piston} - A_{rod})$$

Consumo de Aire

$$Q = \frac{A \times S \times n \times (P + 14.7)}{14.7}$$

Donde:

• $Q$ = Consumo de aire (CFM)
• $A$ = Área del pistón (in²)
• $S$ = Carrera (pulgadas)
• $n$ = Ciclos por minuto
• $P$ = Presión de operación (PSIG)

2. Actuadores Rotativos

Convierten el aire comprimido en movimiento rotacional.

Tipo de Paleta

        ┌───────────┐
       ╱     ═══    ╲
      │    ╱───╲     │
      │   │  ●  │←───│── Paleta
      │    ╲───╱     │
       ╲     ═══    ╱
        └───────────┘

• Rotación: 90° a 360°
• Torque: Bajo a medio
• Construcción simple

Piñón y Cremallera

     Piñón
       ●
      ╱│╲
─────═══════───── Cremallera (movimiento lineal)
      ↓
  Salida rotativa

• Rotación: 90° a 720°+
• Torque: Medio a alto
• Posicionamiento preciso

Tipo	Rango de Rotación	Torque	Ideal Para
Paleta	90-360°	Bajo-Med	Actuación de válvulas
Piñón y Cremallera	90-720°	Med-Alto	Indexación, posicionamiento
Horquilla Escocesa	90°	Muy Alto	Válvulas grandes, dampers

3. Pinzas

Actuadores especializados para sujetar y manipular objetos.

Pinza Paralela:        Pinza Angular:
    ┌─┐    ┌─┐              ╲    ╱
    │ │←──→│ │               ╲  ╱
    │ │    │ │                ╲╱
    └─┘    └─┘                ╱╲
   Abrir   Cerrar             Abrir

Tipo	Movimiento	Aplicación
Paralela	Las mordazas se mueven paralelas	Posicionamiento preciso
Angular	Las mordazas pivotan	Manipulación general
Tres mordazas	Auto-centrado	Objetos redondos
Vacío	Ventosas	Superficies planas y lisas

Criterios de Selección de Actuadores

1. Requisitos de Carga

Factor	Consideración
Fuerza necesaria	Dimensionar el cilindro en consecuencia
Requisitos de velocidad	Afecta las necesidades de control de flujo
Ciclo de trabajo	Continuo vs. intermitente
Longitud de carrera	Determina el tamaño del cilindro

2. Factores Ambientales

Condición	Solución
Corrosivo	Acero inoxidable, sellos especiales
Alta temperatura	Sellos de alta temperatura (Viton, PTFE)
Sala limpia	Diseños de baja emisión de partículas
Lavado a presión	Clasificación IP69K

3. Opciones de Montaje

Montaje de pie:    Montaje de brida:   Montaje de horquilla:   Muñón:
  ┌───┐          ╭───╮            ◇              ○──┐
  │   │          │   │           ╱│╲            ════│
══╧═══╧══        ╰═══╯          ╱ │ ╲           ○──┘

Amortiguación

Los cilindros que se mueven a alta velocidad necesitan desaceleración para evitar daños por impacto.

Tipos de Amortiguación

1. Amortiguación fija - Incorporada, no ajustable
2. Amortiguación ajustable - La válvula de aguja controla la tasa de desaceleración
3. Amortiguadores externos - Para cargas pesadas o altas velocidades

Detalle de Amortiguación Ajustable:
        ← El émbolo entra en la cámara de amortiguación
┌───────┬─────────────────┐
│░░░░░░░│                 │
│░░░░░░░│     Pistón      │→
│░░░░░░░│                 │
└───────┴─────────────────┘
   ↑
Cámara de amortiguación - el aire debe escapar a través de
la válvula de aguja, ralentizando el pistón

Buena Práctica

Use amortiguadores cuando la velocidad del pistón exceda 1-2 ft/seg o cuando detenga cargas pesadas.

Tamaños Comunes de Diámetro de Cilindro

Diámetro (pulgadas)	Diámetro (mm)	Fuerza Típica @ 80 PSI
3/4"	20	35 lbs
1"	25	63 lbs
1-1/2"	40	141 lbs
2"	50	251 lbs
3"	80	565 lbs
4"	100	1,006 lbs
6"	160	2,262 lbs

Mantenimiento del Actuador

Problema	Causa	Solución
Operación lenta	Sellos desgastados, baja presión	Verifique la presión, reemplace los sellos
Movimiento errático	Aire en el sistema, válvula pegajosa	Purgue el aire, revise la válvula
Fugas	Sellos desgastados	Reemplace el kit de sellos
No se mueve	No hay aire, válvula atascada, agarrotado	Solución de problemas sistemática

Vida Útil de los Sellos

Los sellos del cilindro tienen una vida útil finita. Planifique el reemplazo cada 1-5 millones de ciclos, dependiendo de las condiciones.