El manómetro de la planta indica 6 bar. ¿Cuatro mordazas neumáticas seguirán amarrando en 0.3 segundos? El manómetro por sí solo no puede responder. Indica la presión en un lugar y un momento concretos. No muestra cuánto aire requiere cada movimiento ni cuánto cae la presión mientras funcionan otras cargas.
Utilice tres valores independientes. El aire por ciclo, multiplicado por la frecuencia de ciclos, determina la demanda media del ramal y del compresor. El caudal durante el movimiento más corto dimensiona filtro, regulador, válvula, tubo, racores y escape. La presión mínima en el utillaje durante el movimiento es el resultado final de aceptación.
Regla de aprobación:
Putillaje,mín ≥ Pdispositivo,mín + margen aprobado del proyecto, y el movimiento de amarre o liberación también debe terminar dentro de su tiempo límite. Si falla cualquiera de las dos condiciones, el circuito de aire no se acepta.
Tres valores de aire responden a tres preguntas distintas
| Valor | Cómo obtenerlo | Qué determina |
|---|---|---|
| Aire de referencia por ciclo | Sume el aire de llenado y escape de cada amarre y liberación, más el volumen de las líneas que se llena y vacía en cada ciclo. | Dato para la demanda media del ramal y la estimación energética. |
| Caudal requerido medio durante la carrera | Divida el aire de referencia de un movimiento entre su tiempo permitido. Sume las cargas que coinciden. | Objetivo inicial de caudal para el circuito de aire local. |
| Presión dinámica mínima en el utillaje | Registre la presión en la entrada del utillaje durante la peor coincidencia prevista. | Aceptación o rechazo frente al requisito exacto del dispositivo de amarre. |
No llame al segundo valor pico instantáneo exacto. El caudal real varía durante la carrera mientras aumenta la presión. Utilice la curva de caudal del componente seleccionado o los datos ISO 6358 para la selección final. La calculadora de ingeniería de SMC también distingue el consumo por ciclo del caudal requerido.
FRL significa filtro, regulador y lubricador. Las letras designan tres funciones, no una regla que obligue a utilizar las tres en cada circuito. Los manuales de los dispositivos determinan la clase de aire necesaria y si el aceite es obligatorio, admisible o está prohibido.
La hoja de dimensionamiento necesita ocho datos exactos
Complete esta hoja para la célula real. Un campo vacío obliga a detener el dimensionamiento; no autoriza a copiar un valor de otra máquina.
| Dato | Qué registrar | Evidencia |
|---|---|---|
| Dispositivo de amarre | Modelo exacto de mordaza, placa, cilindro o multiplicador y tipo de circuito. | Plano y manual vigentes. |
| Datos del actuador | Aire por operación del proveedor, o diámetro del cilindro, vástago, carrera y presión de trabajo de cada cámara accionada. | Ficha técnica del modelo. |
| Objetivo de movimiento | Tiempo permitido de amarre y liberación, medido desde la orden hasta la confirmación requerida. | Secuencia de la célula y plan de aceptación. |
| Cronología de la demanda | Ciclos por minuto, cantidad que se mueve simultáneamente y tiempos de inicio y fin de cada carga neumática. | Cronograma del controlador lógico programable (PLC) o registro de ciclos en vacío. |
| Alimentación | Presión mínima de la red principal mientras funcionan la planta y esta célula. | Presión registrada, no presión nominal del compresor. |
| Circuito de aire | Filtro, regulador, válvula, silenciador, acoplamiento rápido y racor exactos, diámetro interior y longitud del tubo. | Referencias y disposición. |
| Otras cargas | Pinza del robot, control de asiento, purga de aire, soplado de virutas, fugas y demanda de multiplicadores en el mismo ramal. | Curvas del proveedor y tiempo real de funcionamiento medido. |
| Límites de aceptación | Presión mínima del dispositivo, menor presión máxima admisible, tiempo de movimiento permitido, margen aprobado y clase de pureza del aire. | Revisión del diseño y manual del dispositivo exacto. |
Por qué deben calcularse por separado las dos cámaras del cilindro
Utilice el valor de aire por operación publicado por el proveedor cuando corresponda al modelo y la presión exactos. Si el dispositivo utiliza un cilindro conocido de doble efecto y vástago simple, calcule por separado el lado sin vástago y el lado con vástago. El vástago ocupa volumen, por lo que multiplicar una cámara por dos es incorrecto.
La presión absoluta es la lectura manométrica más la presión atmosférica local: Pabs = Pgauge + Patm,local. La temperatura absoluta se expresa en kelvin: T(K) = T(°C) + 273.15. Utilice kelvin para ambas temperaturas en la relación siguiente. Con diámetro del cilindro D, diámetro del vástago d y carrera L en milímetros:
Vextend = π × D² × L ÷ (4 × 1,000,000)
Vretract = π × (D² − d²) × L ÷ (4 × 1,000,000)
Ambos resultados son el volumen geométrico de la cámara en litros. Convierta una cámara a litros de referencia mediante Vref = Vchamber × (Pabs ÷ Pref) × (Tref ÷ Tabs). Utilice presión absoluta y temperatura absoluta.
El ejemplo siguiente define un litro de referencia como la cantidad de aire a 1.00 bar absolutos y 20°C. Registre el criterio de humedad utilizado por el proveedor del componente. Si otra ficha utiliza pies cúbicos estándar por minuto (SCFM), litros normales por minuto (Nl/min) o L/min en su estado de referencia ANR (volumen normalizado a la presión, temperatura y humedad indicadas en el catálogo), copie esas condiciones antes de convertir el valor. ISO 8778 define una atmósfera de referencia estándar para datos neumáticos.
Ejemplo de cálculo: un actuador pequeño de doble efecto
Es un ejemplo de planificación, no una especificación de un producto NEXTAS. El cilindro tiene 50 mm de diámetro, vástago de 20 mm y carrera de 25 mm. La presión de alimentación es 6 bar manométricos. Se consideran 1 bar absoluto tanto para la referencia como para la atmósfera local. Las temperaturas de alimentación y referencia son iguales.
- Volumen geométrico del lado sin vástago: 0.0491 L.
- Volumen geométrico del lado con vástago: 0.0412 L.
- Aire de avance en el estado de referencia: 0.3436 L.
- Aire de retroceso en el estado de referencia: 0.2886 L.
- Un ciclo completo de avance y retroceso: 0.6322 L de referencia, antes de añadir el volumen de las líneas o las fugas.
A seis ciclos completos por minuto, el actuador consume de media unos 3.8 L/min de referencia. Si el avance debe terminar en 0.25 segundos, el caudal medio requerido durante la carrera es de unos 82.5 L/min de referencia. El retroceso en 0.25 segundos requiere unos 69.3 L/min de referencia. El evento de 82.5 L/min, y no la media por ciclo de 3.8 L/min, es el caso inicial de dimensionamiento.
Añada únicamente el volumen de tubo o volumen muerto que se llena y vacía durante ese movimiento. Añada la purga continua o las fugas como caudal multiplicado por su tiempo real de funcionamiento. No sume directamente un volumen en litros a un caudal en litros por minuto.
La ventana de coincidencia determina la demanda máxima
Una célula puede tener poca demanda media y una demanda intensa de un cuarto de segundo. Sitúe todas las cargas en un único cronograma. Sume después el caudal únicamente en las ventanas que coincidan.
| Ventana temporal | Carga activa | Caudal utilizado en la hoja |
|---|---|---|
| 0.00–0.25 s | Dos cilindros del ejemplo avanzan a la vez. | 2 × 82.5 = 165 L/min de referencia. |
| 0.10–0.60 s | Funciona una boquilla de soplado de virutas. | Añada el caudal exacto de la boquilla según su curva de presión y caudal. Denomínelo Qblow. |
| 0.10–0.25 s | Ambas acciones coinciden. | 165 + Qblow. Es el evento de mayor demanda de la hoja. |
| 0.25–0.60 s | Solo queda el soplado de virutas. | Qblow. |
Retrasar la orden de soplado para que empiece a los 0.25 segundos cambiaría el caso combinado de 165 + Qblow al mayor de 165 o Qblow. Ese cambio temporal puede reducir el caudal máximo requerido sin cambiar la mordaza. Compruebe que no perjudica la evacuación de virutas, el asiento ni la lógica del ciclo.
Un presostato normal apenas consume aire de proceso. Un circuito de detección neumática o una boquilla abierta pueden consumir aire continuamente. Utilice la curva exacta del detector o la boquilla. Un multiplicador también tiene consumo y tiempo de reposición propios. No los trate como un suplemento fijo.
El tamaño de conexión no determina el caudal
Una conexión de 1/4 de pulgada indica el tamaño de la rosca. No indica cuánta presión queda a la salida a 165 L/min. Dos reguladores con la misma conexión pueden tener curvas de caudal y pérdidas de presión diferentes.
- Filtro: tome la clase de pureza del aire exigida por el dispositivo aguas abajo más sensible. En la curva del filtro exacto, determine la pérdida al caudal combinado del evento. Un filtro más fino añade resistencia; no lo especifique sin una necesidad del dispositivo o del proceso.
- Regulador: utilice la menor presión de entrada medida, la presión de ajuste elegida y el caudal del evento. La curva debe mantener la salida por encima de la presión mínima del utillaje más el margen aprobado.
- Válvula: compruebe amarre y liberación a sus presiones reales de entrada y salida. Utilice la curva de caudal del fabricante o sus datos declarados de capacidad, incluidos los datos ISO 6358 cuando se faciliten. Incluya el efecto de la conexión de escape y del silenciador.
- Tubo y racores: utilice diámetro interior, longitud, curvas, racores orientables, acoplamientos rápidos y colectores reales. Compruebe los datos de pérdida de presión del proveedor o ensaye el circuito montado.
- Lubricador: instálelo solo si todos los componentes aguas abajo afectados requieren o permiten ese aceite. Si algún componente lo prohíbe, no es admisible un lubricador común.
La guía de aire comprimido del Departamento de Energía de EE. UU. identifica los componentes infradimensionados en el punto de uso como causa de pérdidas de presión y recomienda utilizar los datos del fabricante. La guía de funcionamiento de Festo también señala que cada filtro añade resistencia y que el tamaño de la unidad de mantenimiento depende del consumo total de aire.
Registre la clase exacta de pureza del aire exigida por el manual del dispositivo según ISO 8573-1. Defina inspección y sustitución a partir del manual del filtro seleccionado o su indicador de estado. No imponga un grado de filtración o intervalo de calendario universal.
Un depósito de aire solo cubre un déficit calculado
Un depósito de aire almacena aire comprimido; es distinto de un receptor de punto cero que posiciona y amarra un palé. Solo puede compensar una falta breve de caudal si dispone de suficiente margen de presión utilizable y tiempo para recargarse. La primera estimación siguiente supone un comportamiento casi isotérmico: la temperatura del aire permanece casi constante durante el evento.
Vreceiver ≈ Qnet × t × Pref ÷ (Phigh,abs − Plow,abs), donde Qnet es la demanda aún no cubierta después de contar el caudal aguas arriba, en L/s de referencia; t es el tiempo en segundos; Pref es la presión absoluta de referencia; y Phigh,abs − Plow,abs es la caída permitida de presión del depósito entre el inicio y el fin del evento. Utilice la misma unidad para las tres presiones.
Revise el resultado considerando temperatura, respuesta de la válvula, tiempo de recarga y registro real del evento. El depósito también necesita presión nominal válida, protección de alivio, drenaje, aislamiento y cumplimiento de la normativa local sobre recipientes a presión. No corrige un racor obstruido ni un escape restringido.
Un multiplicador neumohidráulico también depende del modelo. Registre relación, consumo de aire, desplazamiento de aceite, entrada máxima de aire, salida hidráulica máxima, tiempo de reposición y estado seguro ante pérdida de aire. Nunca deduzca esos valores de una relación genérica. Si el dispositivo de amarre seleccionado ya indica el consumo por accionamiento, utilice esos datos.
Tres registros de presión localizan la restricción
Utilice un registrador de presión en tres puntos: P0 antes de la unidad local de preparación de aire, P1 después de su último filtro, regulador o lubricador, y P2 en la entrada del utillaje. Registre el intervalo de muestreo. Repita el peor evento con un intervalo menor hasta que la presión mínima medida sea estable dentro de la tolerancia de ensayo aprobada. Utilice el tubo real más largo, la válvula y el silenciador instalados, la menor presión prevista de la red y la peor coincidencia permitida.
| Qué muestra el registro | Primer punto que investigar |
|---|---|
| P0 cae durante el evento. | Red principal de la planta, capacidad del ramal, almacenamiento aguas arriba u otra carga compartida. |
| P0 es estable, pero P1 cae demasiado. | Filtro, regulador o lubricador local si existe, ajuste de presión, contaminación o estado del drenaje. |
| P1 es estable, pero P2 cae demasiado. | Restricción en válvula, colector, acoplamiento, racor, tubo o entrada del utillaje. |
| P2 cumple, pero el movimiento se retrasa. | Carga del actuador, rozamiento mecánico, orden de válvula, restricción de escape o sensor de confirmación. |
En cada ensayo, registre mínimos P0, P1 y P2, instante de orden, confirmación de amarre, confirmación de liberación y recuperación de presión. Los criterios de aceptación son explícitos:
P2 mínima ≥ mínimo del dispositivo + margen aprobado;tiempo real de movimiento ≤ tiempo permitido;máxima presión observada ≤ menor presión máxima nominal de los componentes;- la presión se recupera antes de la siguiente demanda prevista; y
- ningún fallo de amarre, asiento, baja presión o secuencia queda oculto por un reintento automático.
Si el proyecto no ha aprobado el margen de presión o el tiempo límite, el ensayo carece de criterio de aceptación. No eleve el ajuste del regulador para ocultar una pérdida. Localícela primero con P0, P1 y P2. Después cambie el componente restrictivo o la secuencia y repita el mismo ensayo.
Límite de seguridad: un presostato normal es una señal de proceso. No demuestra asiento de pieza, bloqueo mecánico ni una función con clasificación de seguridad. Defina la respuesta de la célula ante baja presión, pérdida de aire, parada de emergencia y rearranque. Antes del mantenimiento, aísle y bloquee la alimentación, descargue la presión almacenada y compruebe presión cero.
ISO 4414 recoge requisitos generales de seguridad de sistemas neumáticos. El fabricante de la máquina debe seguir aplicando la evaluación de riesgos de la célula y validar sus funciones de seguridad.
Qué debe incluir una documentación de dimensionamiento revisable
Envíe hoja de dimensionamiento completa, cronograma de demanda, curvas de caudal del proveedor y registro P0/P1/P2 del peor evento. Identifique cada archivo con referencia, revisión y fecha de ensayo. NEXTAS puede revisar la interfaz de amarre indicada y los datos aportados del circuito de aire. El dimensionamiento final de la célula y su aceptación de seguridad siguen dependiendo de los componentes seleccionados y del ensayo medido.
Fuentes para cálculo y selección
- Calculadora SMC de consumo de aire y caudal requerido — consumo por ciclo y caudal de movimiento por separado.
- Condiciones generales de funcionamiento de Festo — cálculo de cámaras de cilindro, preparación de aire y límites de lubricación.
- Guía de aire comprimido del Departamento de Energía de EE. UU. — pérdidas de presión en el punto de uso y selección de componentes.
- ISO 8778, ISO 8573-1e ISO 4414 — atmósfera de referencia, clases de pureza del aire y seguridad neumática.
Preguntas frecuentes sobre dimensionamiento neumático
¿Por qué no basta el tamaño de conexión para dimensionar un FRL?
El tamaño de conexión indica qué rosca une el componente. No muestra la pérdida de presión con sus presiones de entrada y salida y su caudal. Seleccione el filtro y regulador exactos a partir de las curvas del fabricante y compruebe después la presión en el utillaje.
¿Qué diferencia hay entre aire por ciclo y caudal durante una carrera?
El aire por ciclo es el volumen total de referencia que se llena y descarga en un ciclo. Ayuda a estimar capacidad media y consumo energético. El caudal durante la carrera divide el aire de un movimiento entre su tiempo permitido. Ese evento más corto suele determinar el tamaño de filtro, regulador, válvula y tubo.
¿Puede un depósito local corregir cualquier pérdida de presión?
No. Un depósito puede cubrir una demanda breve calculada si tiene suficiente margen de presión utilizable y puede recargarse antes del evento siguiente. No corrige una válvula, racor o escape restrictivo ni una alimentación insuficiente durante una demanda prolongada.
¿Por qué deben incluir SCFM y Nl/min sus condiciones de referencia?
Ambos expresan el aire como volumen de referencia, pero los proveedores pueden utilizar presiones, temperaturas y humedades distintas. Registre la definición de cada ficha antes de comparar o convertir valores.
¿Cómo demuestro que un utillaje neumático recibe suficiente aire?
Registre la presión antes de la unidad local de preparación de aire, después de su último componente y en el utillaje durante la peor coincidencia prevista. Acepte solo si la presión del utillaje supera el mínimo del dispositivo seleccionado más el margen aprobado, el movimiento termina dentro del tiempo permitido y la presión se recupera antes de la demanda siguiente.
