Publicado originalmente el 20 de enero de 2021, actualizado el 22 de mayo de 2023
Los cilindros de doble efecto son una alternativa al uso tradicional de cilindros simples para una variedad de aplicaciones.
Cilindros de doble efecto
Estos cilindros, también conocidos como levas, pueden ser más seguros, más fáciles de mantener y ofrecer mejor rendimiento que los cilindros simples. Estas características los hacen ideales para una variedad de operaciones, desde la manipulación de materiales hasta el soporte en los procesos productivos.
En el mundo industrial, mecánico y de la producción en masa, los dispositivos neumáticos como los cilindros de doble efecto son una de las bases del rendimiento, la seguridad y la eficiencia en los procesos de producción. Estos dispositivos resultan indispensables en aplicaciones donde el flujo de materiales es un factor clave, como en líneas de montaje automatizadas.
Por otro lado, un pistón de doble efecto también es útil en operaciones más pequeñas y de bajo riesgo, como el movimiento del equipo para la limpieza y la manutención.
Para entender cómo funciona un cilindro neumático de doble efecto y para qué sirve, echemos un vistazo brevemente a la historia de la neumática.
Historia de la neumática
Como ya hemos adelantado, el primero del que podemos estar seguros que ha estudiado el tema de la neumática con la posibilidad de convertirlo en una herramienta útil, aunque sea con un fin únicamente bélico, fue el griego Ktesibios (285 A.C.– 222 A.C.), quien escribió numerosos tratados sobre el tema, aunque muchos de ellos perdidos, y es considerado aún hoy en día como el padre de la neumática.
Luego es cierto que durante los primeros siglos de nuestra era, hubo una especie de vacío en este tema, fuera de los fuelles utilizados en la fundición, y la elaboración de instrumentos musicales; pero sí es cierto, que se exploraron diversas formas de aprovechar la energía del aire en su estado natural, en otras palabras, la energía eólica. Nos referimos a los molinos de la edad media que permitían convertir la energía del viento en movimiento en energía mecánica, y por supuesto, las velas de los barcos en la navegación.
No es hasta el siglo XVII, que se comienza a hacer un estudio sistemático sobre las reglas de la neumática, y por ende se comienza a comprender su verdadero potencial, dando pie así al desarrollo tecnológico de las distintas aplicaciones para el uso del aire comprimido. Es por esto que alrededor de 1776, se crea el primer compresor mecánico, el cual sería clave para los posteriores desarrollos de las tecnologías y herramientas neumáticas.
A partir de ese momento, se empezaron a desarrollar sistemas neumáticos para ferrocarriles, frenos, el martillo para remachar, perforadoras de percusión y muchas otras herramientas, que participaron activamente en el desarrollo industrial del siglo XIX. Y conseguirían un último gran empujón con la necesidad de automatización y racionalización del trabajo en las industrias, después de la Segunda Guerra Mundial.
En los años 60, la precisión de los sistemas neumáticos permitió el avance de la robótica y los mecanismos articulados, demostrando el potencial de los cilindros neumáticos y de los cilindros de doble efecto en aplicaciones industriales de alta complejidad.
Tipos de cilindros en la neumática
1. Cilindros neumáticos
Como podemos ver, hoy en día la neumática está presente en casi todos los ámbitos de la producción acompañada de la hidráulica, forman el “trascámara” de la mayoría de los procesos de manufactura que se realizan en la actualidad. Lo mismo sucede con la construcción, con el transporte, y con la minería; y muchas de estas aplicaciones son consecuencia de un elemento sencillo a simple vista, pero de gran importancia: el cilindro neumático.
También conocidos como actuadores neumáticos, se basan en un elemento, normalmente extruido y metálico, de sección cilíndrica continua, el cual, está sellado de forma hermética a cada uno de sus extremos. En el interior de estos cilindros se desliza de forma rectilínea una pieza conocida como Émbolo, este elemento unido a un vástago, se encarga de transformar el aire a presión inyectado en el cilindro en energía mecánica con su movimiento de un extremo hacia el otro del cilindro.
Los espacios a cada lado del émbolo, son conocidos como cámaras, y son los que reciben el aire a presión; según la capacidad de las cámaras, el diámetro y la carrera que pueda tener el émbolo dentro de ellas, resultará la capacidad de trabajo del cilindro neumático, y por lo tanto del sistema neumático en sí.
Aunque dentro de sus particularidades, nos podamos encontrar con muchas formas y tipos de cilindros dentro de la industria, podemos dividirlos esencialmente en dos tipos de cilindros neumáticos.
2. Cilindro de simple efecto
En este tipo de cilindro neumático el desplazamiento del émbolo, generado por el aire comprimido, se desarrolla en un solo sentido, es decir, solo en avance. Eso implica que el trabajo también se realiza únicamente en un sentido. El retroceso se logra generalmente con un muelle o resorte ubicado al interior del cilindro, rodeando el vástago; aunque hay casos donde el retroceso simplemente se produce por efecto de la gravedad (cuando está posicionado verticalmente).
3. Cilindros de doble efecto
Contrariamente a lo que sucede en los cilindros de efecto simple, en los cilindros de doble efecto existen dos tomas de aire (una a cada extremo del cilindro). Permitiendo que el movimiento del émbolo se lleve a cabo en 2 direcciones: avance y retroceso. Una de las ventajas, es que la carrera del émbolo puede ser mucho más larga que un cilindro de simple efecto, siempre teniendo en cuenta que el pandeo puede ser altamente perjudicial y se debe evitar a todo coste.
Adicionalmente, en los cilindros de doble efecto se hacen necesarios, cuando la velocidad es muy alta, amortiguadores para reducir el impacto en cada uno de los extremos y evitar daños. Es muy importante tener en cuenta que la velocidad jamás va a poder ser igual en el retroceso y en el avance, debido a que el espacio que ocupa el vástago en una de las cámaras, cambia por completo la superficie efectiva a ocupar por el aire comprimido.
Funcionamiento de un cilindro neumático de doble efecto
Como ya hemos visto, un cilindro neumático es capaz de convertir la energía neumática (aire comprimido) en movimiento lineal. Como su nombre indica, es un cilindro que puede realizar trabajo en ambas direcciones: hacia adelante y hacia atrás.
El cilindro neumático de doble efecto tiene dos puertos de entrada de aire:
- Cuando se suministra aire comprimido al puerto de entrada, el aire entra en la cámara de presión del cilindro, empujando el pistón hacia un extremo del cilindro. Este movimiento activa cualquier carga conectada al pistón.
- Cuando se suministra aire comprimido al segundo puerto, el aire entra en la cámara opuesta del cilindro, empujando el pistón hacia el otro extremo del cilindro, lo que desactiva la carga. Este proceso puede repetirse varias veces para producir un movimiento de avance y retroceso controlado.
Este ciclo puede repetirse indefinidamente, proporcionando un movimiento controlado en ambas direcciones.
¿Qué diferencia hay entre los cilindros neumáticos de simple efecto y los de doble efecto?
Imaginemos que un cilindro es como el «brazo» de una máquina. Dependiendo de su diseño, ese brazo puede moverse de una manera más limitada o mucho más versátil. Esa es justamente la diferencia entre los cilindros neumáticos de simple efecto y los de doble efecto: la manera en que generan y controlan el movimiento.
Cilindros de simple efecto:
- Solo realizan trabajo en una dirección (avance).
- El retroceso se consigue gracias a un muelle interno o mediante la fuerza de la gravedad.
- Son más económicos y sencillos, pero tienen limitaciones de fuerza y recorrido.
- Se utilizan en aplicaciones básicas donde solo se requiere un movimiento de empuje.
Cilindros de doble efecto:
- Realizan trabajo en ambas direcciones (avance y retroceso).
- Tienen dos entradas de aire comprimido, una para cada extremo del émbolo.
- Ofrecen mayor fuerza, control y precisión.
- Son ideales para procesos industriales, automatización y maquinaria que requiere movimientos continuos o repetitivos.
¿Qué son mejores, los cilindros neumáticos de simple o doble efecto?
La elección depende de la aplicación:
- Los cilindros de simple efecto son más sencillos, económicos y adecuados para tareas donde solo se requiere un movimiento en una dirección.
- Los cilindros de doble efecto ofrecen mayor control, precisión y fuerza, lo que los convierte en la mejor opción para líneas de producción, automatización y maquinaria pesada.
En contextos donde se manejan grandes cargas o movimientos continuos, incluso se utilizan combinados con un cilindro hidráulico de doble efecto, que ofrece mayor potencia en entornos donde el aire comprimido no es suficiente.
Conclusión
Los cilindros neumáticos de doble efecto son una herramienta clave en la automatización industrial y la producción moderna. Gracias a su capacidad para trabajar en ambas direcciones, aportan versatilidad, precisión y seguridad a los procesos.
Ya sea comparando cilindros de simple efecto y doble efecto o considerando aplicaciones más exigentes con un cilindro hidráulico de doble efecto, queda claro que estos dispositivos forman parte esencial de la industria actual y seguirán evolucionando junto con la robótica y la automatización.
