La diferencia entre un cilindro de simple efecto y doble efecto está en cómo vuelve. El de simple efecto tiene una sola toma de aire: sale empujado por el aire y vuelve gracias a un muelle. El de doble efecto tiene dos tomas: el aire lo saca y el aire lo devuelve. Por eso el de doble efecto empuja en los dos sentidos, y el de simple efecto gasta casi la mitad de aire.
➜ Las diferencias, en una tabla · ¿Cuánta fuerza hace? · Pruébalo en el simulador
⏱ 11 min · Por Jaime Aniorte, profesor de Tecnología
En este artículo 16 apartados
- La puerta del autobús y la grapadora del taller
- Qué es un cilindro neumático y cuáles son sus partes
- Cilindro de simple efecto: sale con aire, vuelve con un muelle
- Pruébalo antes de seguir leyendo
- Cilindro de doble efecto: aire para salir y aire para entrar
- Cilindro de simple efecto y doble efecto: las diferencias, en una tabla
- ¿Cuánta fuerza hace un cilindro neumático?
- Por qué el doble efecto retrocede con menos fuerza
- ¿Y la fuerza del simple efecto?
- Cuánto aire gasta cada uno
- Qué válvula mueve cada cilindro: 3/2 o 5/2
- Cómo se dibujan: el símbolo de cada cilindro
- Cómo elegir entre simple y doble efecto: tres preguntas
- Pruébalo en el simulador: tres experimentos
- Aprende el tema completo: Sistemas neumáticos
- Preguntas frecuentes
La puerta del autobús y la grapadora del taller
Cuando un autobús abre las puertas se oye un «pssshh». Es aire comprimido saliendo de un cilindro neumático, el mismo tipo de pieza que, en una fábrica, sujeta una pieza mientras la taladran, empuja botes fuera de una cinta o aprieta una prensa. Todos hacen lo mismo, mover una barra en línea recta con aire a presión, pero no todos son iguales por dentro.
La puerta del autobús tiene que abrirse y cerrarse con fuerza: si la empujas desde fuera, no puede ceder. Una grapadora neumática solo tiene que golpear, y la vuelta da igual cómo se haga. Esa diferencia, «necesito fuerza en los dos sentidos o solo en uno», es justo la que separa un cilindro de doble efecto de uno de simple efecto.
Qué es un cilindro neumático y cuáles son sus partes
Un cilindro neumático es un tubo cerrado con un disco dentro, el émbolo. Cuando el aire a presión empuja el émbolo, una barra unida a él, el vástago, sale o entra en línea recta. Es el actuador de un circuito neumático: la pieza que hace el trabajo, como los motores en un robot (si la palabra no te suena, está explicada en sensor, control y actuador).
- La camisa es el tubo, cerrado por la tapa trasera y la tapa delantera.
- El émbolo es el disco que se mueve dentro. Lleva una junta de goma para que el aire no pase de un lado al otro.
- El vástago es la barra unida al émbolo: sale por un agujero de la tapa delantera y es lo que empuja.
- El émbolo parte el tubo en dos cámaras: la trasera y la delantera, que es por donde pasa el vástago.
- Las tomas son los agujeros por donde entra y sale el aire.
Lo que cambia entre simple y doble efecto es qué se hace con esas dos cámaras.
Cilindro de simple efecto: sale con aire, vuelve con un muelle
El cilindro de simple efecto tiene una sola toma de aire, en la cámara trasera. Cuando entra aire, el émbolo avanza, comprime un muelle que hay en la cámara delantera y el vástago sale. Cuando se deja escapar ese aire, el muelle se estira y devuelve el vástago adentro.
¿Y la cámara delantera? No lleva aire comprimido: respira aire de la calle por un agujerito, el respiradero. Si no lo tuviera, al salir el vástago ese aire se comprimiría y frenaría el émbolo.
Lo bueno y lo malo del simple efecto:
- ✅ Gasta casi la mitad de aire, porque solo llena una cámara.
- ✅ Le basta una válvula sencilla, una 3/2 (la verás enseguida).
- ✅ Si se corta el aire, el muelle lo lleva solo a su posición de reposo.
- ❌ Solo empuja en un sentido. La vuelta depende del muelle, que da poca fuerza.
- ❌ El muelle le resta fuerza al salir, porque el aire tiene que vencerlo, y ocupa sitio, así que sus carreras son cortas.
Por eso se usa para sujetar, marcar, expulsar o golpear: trabajos en los que la fuerza solo hace falta a la ida.
El muelle también puede ir en la cámara trasera. Entonces, en reposo, el vástago está fuera y el aire lo mete. Sirve, por ejemplo, para un freno que tiene que quedarse puesto si falla el aire.
Pruébalo antes de seguir leyendo
Este es el circuito más sencillo que se puede montar con un cilindro de simple efecto. Pulsa para abrir el simulador:
En el circuito hay tres piezas: el compresor abajo, una válvula P1 de pulsador en medio y el cilindro A, de simple efecto, arriba. Mantén pulsado P1 (o usa el botón 🔒 retener) y mira: los tubos que se ponen azules llevan aire. Al soltar, el aire se va por el escape de la válvula y el muelle hace el resto.
Cilindro de doble efecto: aire para salir y aire para entrar
El cilindro de doble efecto tiene dos tomas, una en cada cámara, y ningún muelle:
- Si entra aire por la toma trasera, el vástago sale, y el aire de la cámara delantera se va al escape.
- Si entra aire por la toma delantera, el vástago entra, y el de la trasera se va al escape.
Como el aire hace el trabajo en los dos sentidos, empuja con fuerza al salir y al entrar; y como no hay muelle que ocupe sitio, sus carreras pueden ser largas. El precio: llena dos cámaras en cada ciclo, así que gasta casi el doble de aire, y necesita una válvula más complicada, una 5/2.
Es el cilindro de la puerta del autobús, de la prensa que tiene que apretar y soltar, de la compuerta que abre y cierra. Siempre que haya que empujar y tirar, es de doble efecto.
Cilindro de simple efecto y doble efecto: las diferencias, en una tabla
| Simple efecto | Doble efecto | |
|---|---|---|
| Tomas de aire | Una | Dos |
| Cómo vuelve | Con un muelle | Con aire |
| Empuja | En un solo sentido | En los dos (al volver, algo menos) |
| Carrera | Corta | Corta o larga |
| Aire por ciclo | Casi la mitad | Casi el doble |
| Válvula que lo mueve | 3/2 | 5/2 (o 4/2) |
| Si se corta el aire | El muelle lo devuelve a reposo | No vuelve solo: no tiene muelle |
| Ejemplo | Sujetar una pieza para taladrarla | Abrir y cerrar una puerta |
¿Cuánta fuerza hace un cilindro neumático?
La fuerza sale de una idea muy sencilla: la presión es fuerza repartida sobre una superficie. Si el aire está a una presión p y empuja un émbolo de área A, la fuerza es:
F = p · A
Y como ninguna máquina es perfecta (las juntas rozan), se multiplica por el rendimiento, η, que en los cilindros ronda entre 0,85 y 0,95:
F = p · A · η con A = π · D²4
El cilindro del simulador: émbolo de 32 mm de diámetro, aire a 6 bar y rendimiento 0,9.
Área del émbolo: A = π · 32²4 = 804,25 mm²
La presión en N/mm²: 1 bar = 0,1 N/mm², así que 6 bar = 0,6 N/mm².
Fuerza teórica: F = 0,6 · 804,25 = 482,5 N
Fuerza real: F = 482,5 · 0,9 = 434,3 N
Unos 434 newtons: más o menos lo que pesan 44 kilos. No está mal para un tubo de 3 centímetros de ancho.
Por qué el doble efecto retrocede con menos fuerza
Esta es la pregunta trampa del examen. En un doble efecto, al entrar, el aire empuja desde la cámara delantera… pero en esa cámara está el vástago, ocupando sitio. El aire no empuja el disco entero, sino un anillo: el émbolo menos el agujero del vástago.
El mismo cilindro, con un vástago de 12 mm.
Área del anillo: A = π · (32² − 12²)4 = 691,15 mm²
Fuerza teórica: F = 0,6 · 691,15 = 414,7 N
Fuerza real: F = 414,7 · 0,9 = 373,2 N
| Superficie | Fuerza real | |
|---|---|---|
| Avance (sale) | 804,25 mm² (el círculo) | 434,3 N |
| Retroceso (entra) | 691,15 mm² (el anillo) | 373,2 N |
El mismo cilindro, con el mismo aire, tira un 14 % menos de lo que empuja. No es que se «gaste» el aire ni que haya un muelle: es pura superficie. Cuanto más grueso sea el vástago comparado con el émbolo, mayor es la diferencia.
Y una curiosidad que sale de la misma cuenta: al volver, el doble efecto va más rápido. El compresor mete el mismo caudal de aire, pero tiene que llenar una cámara más pequeña, así que el vástago recorre la carrera antes. Con el compresor del simulador (200 l/min a 6 bar) sale a unos 599 mm/s al salir y a unos 697 mm/s al entrar.
¿Y la fuerza del simple efecto?
Al salir, el simple efecto empuja con p · A · η, igual que el de doble efecto… menos lo que le cuesta comprimir el muelle. La fuerza del muelle la da el fabricante en su catálogo, y por eso, a igual tamaño, un simple efecto empuja algo menos que uno de doble efecto.
Al volver, la única fuerza es la del muelle: poca, y no se puede regular. Por eso no se usa un simple efecto si la vuelta tiene que hacer trabajo.
En el panel del simulador verás también 434,3 N para el simple efecto: es la fuerza del aire, p · A · η. El muelle no lo descuenta, porque su fuerza depende de cada cilindro.
Cuánto aire gasta cada uno
En cada ciclo (salir y entrar), un cilindro llena de aire las cámaras que usa. Ese volumen es área × carrera:
El mismo cilindro, con una carrera de 100 mm.
Simple efecto, solo la cámara trasera: 804,25 · 100 = 80 425 mm³ = 0,080 l
Doble efecto, la trasera al salir y el anillo al entrar: (804,25 + 691,15) · 100 = 149 540 mm³ = 0,150 l
Comparación: 80 425149 540 ≈ 0,54. El simple efecto gasta el 54 % de lo que gasta el doble: «casi la mitad», como dicen los libros.
Parece poco, pero un cilindro de una línea de envasado puede hacer 20 o 30 ciclos por minuto durante todo el día, y el aire comprimido es una de las formas más caras de usar la energía en una fábrica: el compresor gasta mucha electricidad para producirlo. Si no hace falta fuerza al volver, el simple efecto ahorra.
Los litros son a la presión de trabajo, que es como lo calcula la unidad y como lo piden los ejercicios.
Qué válvula mueve cada cilindro: 3/2 o 5/2
Un cilindro no se mueve solo: lo manda una válvula distribuidora, que decide por dónde va el aire. Su nombre son dos números: vías / posiciones.
- Al simple efecto le basta una 3/2 (3 vías, 2 posiciones): en una posición une el compresor con el cilindro, y sale; en la otra, une el cilindro con el escape, y el muelle lo devuelve.
- El doble efecto necesita una 5/2: cuando llena una cámara tiene que vaciar la otra a la vez. Por eso lleva dos salidas, la 4 y la 2, una para cada cámara, y dos escapes, la 5 y la 3.
En el simulador son el mando directo (simple efecto y 3/2 de pulsador) y el mando indirecto (doble efecto y 5/2 pilotada por una 3/2). Qué significa cada casilla y cada flecha del símbolo de una válvula está explicado con calma en la unidad de neumática de 4.º ESO.
Cómo se dibujan: el símbolo de cada cilindro
En un esquema neumático los cilindros no se dibujan como son, sino con un símbolo normalizado (la norma ISO 1219-1), como en la figura de arriba:
- Simple efecto: un rectángulo (la camisa) con el émbolo y el vástago, una sola toma abajo y un muelle en zigzag dibujado dentro.
- Doble efecto: el mismo rectángulo, dos tomas, una en cada extremo, y ningún muelle.
Cuenta las tomas y busca el muelle. Una toma y un muelle: simple efecto. Dos tomas y nada dentro: doble efecto.
Y para escribir lo que hace, el cilindro se nombra con una letra: A+ es «el vástago de A sale» y A−, «entra».
Cómo elegir entre simple y doble efecto: tres preguntas
- ¿Tiene que hacer fuerza al volver? Si la tiene que hacer, doble efecto. Si la vuelta es solo quitarse de en medio, simple efecto.
- ¿La carrera es larga? Si pasa de unos pocos centímetros, doble efecto: el muelle no da para tanto.
- ¿Qué tiene que pasar si se corta el aire? Si tiene que volver solo a una posición segura, simple efecto: lo hace el muelle. Si no, doble efecto.
Ejemplos rápidos: expulsar botes de una cinta, simple efecto. Abrir y cerrar una puerta, doble efecto. Sujetar una pieza para taladrarla, simple efecto. Una prensa que aprieta y tiene que soltar con fuerza, doble efecto.
Pruébalo en el simulador: tres experimentos
El simulador de circuitos neumáticos de SoyTecnoTeacher funciona en el navegador, gratis y sin registrarse. Tres experimentos para ver con tus ojos todo lo de arriba:
- El simple efecto, el que tienes más arriba. Pulsa P1 y fíjate en que solo se pone azul un tubo, el que va a la cámara trasera. En el panel de la derecha tienes la fuerza de avance con la cuenta escrita: la misma del ejemplo 1.
- El doble efecto. Ahora hay dos tubos al cilindro: mientras uno se pone azul, el otro se vacía. El panel te da dos fuerzas, avance y retroceso. Cambia el diámetro del vástago de 12 a 20 mm: el avance no cambia, y el retroceso baja a 264,6 N, porque el anillo es más pequeño.
- El reto: ¿qué falla aquí? Pulsas, la válvula conmuta… y el cilindro no se mueve. Con lo que has leído sobre las dos cámaras, deberías encontrar el fallo. Pista: mira adónde llega el aire.
↗ Abrir el doble efecto en el simulador
↗ Abrir el reto: ¿qué falla aquí?
Y si quieres montarlo tú desde cero: en el modo ✏️ Montar colocas un compresor, una válvula y un cilindro, los unes con tubos y pasas a ▶ Probar. Con 🔗 Copiar enlace te llevas el circuito para entregarlo o enseñarlo.
Simple efecto: una toma y un muelle. Empuja en un solo sentido, gasta casi la mitad de aire y se mueve con una 3/2.
Doble efecto: dos tomas y sin muelle. Empuja en los dos sentidos, pero al volver, con menos fuerza, porque el vástago le quita superficie al aire. Se mueve con una 5/2.
La fuerza es F = p · A · η, con A = π · D²4 al salir y el anillo, A = π · (D² − d²)4, al entrar.
Aprende el tema completo: Sistemas neumáticos
En la unidad de neumática (4.º de ESO) tienes el aire comprimido y el compresor, todas las válvulas (3/2, 5/2, selectora, de simultaneidad, antirretorno y temporizador), los circuitos básicos, cómo encontrar averías y los cálculos de fuerza y consumo. Con ejercicios autocorregibles, un repaso y un proyecto con jeringuillas. Con el mismo simulador.
Ir a la unidad: Sistemas neumáticos →Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un cilindro de simple efecto y doble efecto?
El de simple efecto tiene una sola toma de aire: sale con aire y vuelve con un muelle, así que solo empuja en un sentido. El de doble efecto tiene dos tomas y ningún muelle: el aire lo saca y el aire lo devuelve, así que empuja en los dos sentidos.
¿Por qué un cilindro de doble efecto tiene menos fuerza al retroceder?
Porque al entrar el aire empuja desde la cámara del vástago, y el vástago ocupa sitio: la superficie útil es un anillo, no el círculo entero. A igual presión, menos superficie da menos fuerza. Con un émbolo de 32 mm y un vástago de 12 mm, a 6 bar, empuja 434,3 N al salir y 373,2 N al entrar.
¿Cómo se calcula la fuerza de un cilindro neumático?
Con F = p · A · η: la presión (en N/mm², 1 bar = 0,1 N/mm²) por el área del émbolo, A = π · D²4, por el rendimiento. Para el retroceso del doble efecto se usa el área del anillo, A = π · (D² − d²)4. En el simple efecto, además, hay que restar la fuerza del muelle.
¿Qué válvula se necesita para un cilindro de doble efecto?
Una 5/2 (o una 4/2): tiene que llenar una cámara y vaciar la otra a la vez, así que necesita dos salidas, una para cada cámara. Un cilindro de simple efecto, que solo tiene una toma, se maneja con una 3/2.
¿Qué gasta más aire, un cilindro de simple efecto o uno de doble efecto?
El de doble efecto, porque llena las dos cámaras en cada ciclo. Con el mismo cilindro (32 mm de diámetro y 100 mm de carrera), el simple efecto gasta 0,080 litros por ciclo y el doble efecto, 0,150: el simple efecto gasta algo más de la mitad.
¿Cómo se distinguen sus símbolos en un esquema?
Cuenta las tomas y busca el muelle. El simple efecto tiene una sola toma y un muelle en zigzag dibujado dentro; el de doble efecto tiene dos tomas, una en cada extremo, y ningún muelle.
¿Para qué sirve el respiradero de un cilindro de simple efecto?
Deja que la cámara delantera, la del muelle, respire aire de la calle. Si estuviera cerrada, al salir el vástago ese aire se comprimiría y frenaría el émbolo; y al volver, se haría el vacío.
¿Cuándo se usa un cilindro de simple efecto?
Cuando la fuerza solo hace falta en un sentido y la carrera es corta: sujetar una pieza, marcarla, expulsarla de una cinta o golpear. También cuando, si se corta el aire, el cilindro tiene que volver solo a una posición segura.
De dónde salen las cifras: del código del simulador de circuitos neumáticos, con los datos de sus circuitos (cilindro de 32 mm, vástago de 12 mm, carrera de 100 mm, 6 bar y rendimiento de 0,9). Los símbolos siguen la norma ISO 1219-1.
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