Energía de amortiguadores neumáticos internos: cálculo

Un amortiguador neumático interno solo puede detener la carga móvil de un cilindro dentro de los límites publicados de masa, velocidad, presión y ajuste del modelo seleccionado. Comience con la energía cinética del conjunto móvil al entrar en la zona de amortiguación y siga después el método de comparación de ese fabricante. Algunos catálogos especifican la energía cinética admisible; otros utilizan gráficos de carga-velocidad o índices de capacidad que ya tienen en cuenta la geometría del producto. Esta distinción importa porque un cálculo correcto puede compararse con un límite equivocado. El cálculo básico de la energía cinética de una carga móvil es solo el primer paso. El volumen de la cámara, el diámetro o una presión máxima estimada no sustituyen al catálogo exacto del cilindro.

Puntos clave

Las capacidades de amortiguación neumática SMC CA2 abarcan de 2.8 a 29 J en cinco diámetros.

Utilice la velocidad medida a la entrada del amortiguador, no automáticamente la velocidad media de la carrera.

Respete la definición de energía cinética, de colisión o absorbida del modelo seleccionado.

Elija una deceleración externa cuando se supere cualquier límite publicado.

¿Qué significa un límite publicado para un amortiguador neumático interno?

SMC indica 2.8, 4.6, 7.8, 16 y 29 J como energía cinética admisible con el amortiguador neumático activado en cilindros CA2 de 40 a 100 mm de diámetro (catálogo SMC CA2, consultado el 2026-07-23). Estos valores pertenecen a esa serie y a sus condiciones de funcionamiento especificadas.

Un límite de energía de un amortiguador neumático interno es una frontera de aceptación específica del producto para la energía, la combinación masa-velocidad o el índice definido por el fabricante. No es la cantidad de energía termodinámica que un volumen de aire sellado imaginario podría almacenar antes de alcanzar una presión supuesta.

En particular, la terminología del catálogo exige atención. Tres etiquetas que parecen similares pueden describir comprobaciones distintas:

Término del catálogo	Qué puede representar	Comparación correcta
Energía cinética admisible	Energía móvil permitida al entrar en el amortiguador bajo las condiciones indicadas	Compárela con $\frac{1}{2}mv_c^2$ salvo que el catálogo indique lo contrario
Energía de colisión admisible	Energía residual permitida cuando el pistón llega al extremo mecánico	No la considere como la capacidad total de absorción del amortiguador
Energía absorbida	Energía cinética más el trabajo de propulsión o gravedad definido	Utilice la ecuación completa de energía absorbida del fabricante
Gráfico de amortiguación carga-velocidad	Combinaciones aprobadas de masa móvil y velocidad de entrada	Represente ambas entradas en el gráfico; no convierta la curva en un límite genérico en julios
Índice de capacidad del amortiguador	Índice específico del catálogo vinculado a otra tabla	Compare índices únicamente dentro de ese método de catálogo

Por ejemplo, la diferencia resulta visible dentro de una sola familia de productos. Los datos del amortiguador neumático automático C55 de SMC separan la energía admisible a la entrada del amortiguador de la energía de colisión admisible en la posición final. Para un diámetro de 100 mm, los dos valores publicados son 13.2 J y 4.54 J, respectivamente (catálogo SMC C55, consultado el 2026-07-23).

Por tanto, trate cada etiqueta como una frontera de ensayo definida. Si un catálogo indica límites tanto de entrada como de colisión, superar una comprobación no demuestra el cumplimiento de la otra. Si solo proporciona una curva de carga-velocidad, esa curva es el límite.

Para conocer la secuencia de funcionamiento que sustenta la capacidad, consulte la guía sobre amortiguación neumática de cilindros de alta velocidad. Este artículo se centra en el cálculo y la frontera de aceptación.

¿Qué términos de energía deben incluirse en el cálculo?

El método de selección MY2 de SMC divide la energía absorbida en energía cinética y energía de empuje, y después cambia el término de empuje para el movimiento horizontal, vertical descendente y vertical ascendente (catálogo SMC MY2, consultado el 2026-07-23). Se trata de un método definido, no de una instrucción universal para todos los cilindros.

En concreto, comience por identificar qué pide calcular el catálogo seleccionado:

Método de energía cinética: calcule la energía móvil a la entrada del amortiguador y compárela con una tabla de energía cinética admisible.
Método de carga-velocidad: compare directamente la masa y la velocidad de entrada medidas con un gráfico de amortiguación.
Método de energía absorbida: sume los términos de energía indicados por el proveedor, como el empuje que continúa actuando o el trabajo de la gravedad durante la carrera de parada.
Método de índice de capacidad: convierta la masa y la velocidad en un índice del catálogo y compárelo después con la configuración seleccionada de diámetro, vástago y circuito.

Sin embargo, no añada términos solo porque estén presentes físicamente. La tabla de energía cinética admisible de un fabricante puede basarse ya en una presión, un diseño de amortiguador y un método de ensayo concretos. Añadir a ese límite una estimación independiente de presión-volumen puede contabilizar dos veces los efectos o crear una magnitud que el catálogo nunca define. A la inversa, no se detenga en la energía cinética cuando un proveedor exige explícitamente el trabajo de propulsión. El método de ACE para amortiguadores externos, por ejemplo, utiliza como magnitudes independientes la energía cinética por ciclo, la energía de la fuerza propulsora, la energía total por evento y la energía total por hora (ACE Controls, consultado el 2026-07-23). Ese método se aplica a la selección del amortiguador que documenta.

Por tanto, una hoja de cálculo útil comienza con un campo de método:

Campo de la hoja de cálculo	Prueba que debe registrarse
Serie y modelo completo del cilindro	Catálogo u hoja de datos configurada
Tipo de amortiguador	Neumático ajustable, neumático autoajustable, elastómero u otro
Tipo de límite	Tabla de energía, tabla de colisión, gráfico de carga-velocidad o índice de capacidad
Presión y circuito de referencia	Nota exacta del catálogo o condición del gráfico
Definición de masa móvil	Qué piezas del cilindro, carro, utillaje y carga se incluyen
Definición de velocidad	De entrada al amortiguador, de impacto, máxima o media
Términos de trabajo adicionales	Solo los exigidos por el método seleccionado

¿Cómo se calcula la energía cinética a la entrada del amortiguador?

Parker afirma que la velocidad del pistón al comenzar la amortiguación suele ser aproximadamente un 50% superior a la velocidad media en su guía de selección P1F-T (catálogo Parker P1F-T, consultado el 2026-07-23). Utilice esta afirmación únicamente como orientación de Parker cuando no se disponga de una medición directa de la velocidad de entrada.

Para un movimiento de traslación, la energía cinética a la entrada del amortiguador es:

E_k = \frac{1}{2}m v_c^2

$E_k$ es la energía cinética en julios, $m$ es la masa total en traslación en kilogramos y $v_c$ es la velocidad de entrada al amortiguador en metros por segundo. Los kilogramos y los metros por segundo producen directamente julios.

En concreto, calcule la masa móvil a partir del conjunto instalado:

m = m_{\mathrm{load}} + m_{\mathrm{tooling}} + m_{\mathrm{mount}} + m_{\mathrm{moving\ actuator}} + m_{\mathrm{coupled}}

Incluya el producto, el útil, la placa móvil, los elementos de fijación, el vástago o carro y cualquier mecanismo acoplado que se traslade con el eje. No añada el cuerpo fijo del cilindro ni el bastidor estacionario. Para mecanismos articulados y giratorios, calcule la masa reflejada o la energía rotacional en lugar de forzar todos los componentes a una suma lineal directa. La velocidad merece el mismo rigor. Mídala lo más cerca posible del acoplamiento del amortiguador mediante una traza de posición, un codificador o dos sensores separados por una distancia corta conocida. La velocidad media de toda la carrera puede ocultar la aceleración y los retrasos de las válvulas. La guía del gráfico carga-velocidad de capacidad de amortiguación explica cómo representar el par medido.

Como alternativa, si solo se conocen el caudal y el área, la calculadora de velocidad de cilindros puede ofrecer una estimación preliminar. No sustituye una velocidad de entrada medida porque la compresibilidad, la contrapresión, la conductancia de la válvula y el movimiento de la carga modifican el resultado real.

En consecuencia, el término de velocidad al cuadrado hace que los errores sean costosos. Subestimar la velocidad un 20% produce un resultado de energía cinética de solo el 69.4% del valor correcto:

\frac{E_{0.8v}}{E_v} = \left(\frac{0.8v}{v}\right)^2 = 0.64

En cambio, una velocidad real de ${1.2}v$ produce ${1.2}^2 = 1.44$ veces la energía esperada. Por ello, antes de la aceptación final debe sustituirse una estimación basada en la velocidad media por un valor medido a la entrada del amortiguador.

Los errores de masa crecen linealmente; los errores de velocidad, de forma cuadrática. Mejorar la medición de velocidad suele cambiar la selección más que afinar la estimación de la masa de un soporte pequeño.

Fuerza motriz y gravedad durante la amortiguación

El método MY2 de SMC utiliza $F s$ para el trabajo de empuje horizontal, $(F + mg)s$ para el movimiento vertical descendente y $(F - mg)s$ para el movimiento vertical ascendente (catálogo SMC MY2, consultado el 2026-07-23). Por tanto, el catálogo define tres casos direccionales. Aplique estos términos únicamente cuando los exija el método del producto elegido.

Por ejemplo, para un movimiento horizontal con una fuerza propulsora neta que continúa actuando:

E_d = F_d s_c

$E_d$ es el trabajo motriz en julios, $F_d$ es la fuerza neta en newtons que sigue empujando hacia el tope y $s_c$ es la carrera definida del amortiguador interno o externo en metros.

Para la gravedad que actúa durante la misma distancia de parada:

E_g = \pm m g s_c

$E_g$ es positiva cuando la gravedad impulsa la masa más hacia el tope y negativa cuando la gravedad se opone a ese movimiento. Utilice $g = 9.81\ \mathrm{m/s^2}$ . La distancia es la carrera correspondiente del amortiguador interno o externo, no necesariamente la carrera completa del cilindro.

Cuando el método seleccionado exija los tres términos, escriba:

E_{\mathrm{required}} = E_k + E_d + E_g

Es importante que el signo y la definición de fuerza coincidan con el diagrama del fabricante. La fuerza teórica del cilindro obtenida a partir del área del diámetro y la presión de alimentación puede sobreestimar o subestimar la fuerza presente durante la deceleración. La presión de la cámara activa puede disminuir, la contrapresión de escape puede aumentar y la fricción de la máquina puede oponerse al movimiento. Utilice una fuerza medida o un peor caso justificable cuando el catálogo no prescriba otro valor. Por tanto, evite mezclar métodos. Si el catálogo de un cilindro indica que se comparen la carga y la velocidad con una curva trazada a 6 bar, añadir un término independiente $F_d s_c$ y comparar después la suma con esa curva carece de significado definido. Manténgase dentro de un único procedimiento de selección del fabricante, desde los datos de entrada hasta la aceptación.

¿Por qué el diámetro o el volumen de la cámara no pueden fijar el límite?

Festo especifica 2.5 J de energía de impacto en las posiciones finales y una longitud de amortiguación de 31 mm para una configuración DSBC de 100 mm (datos técnicos Festo DSBC-100, consultados el 2026-07-23). En cambio, SMC indica 29 J de energía cinética admisible para su CA2 de 100 mm con el amortiguador neumático activado.

Sin embargo, estos valores no deben compararse como si fueran la misma magnitud. Tienen etiquetas, construcciones de producto, condiciones y significados de aceptación diferentes. Su discrepancia resulta útil porque demuestra que el diámetro por sí solo no puede determinar un límite de energía transferible.

En efecto, la relación termodinámica

W = \int p\,dV

describe el trabajo de frontera en un proceso presión-volumen. No revela el historial real de caudal a través de la aguja, la transferencia térmica, la geometría de acoplamiento del amortiguador, las fugas de las juntas, el accionamiento de la cámara opuesta, la tensión del cabezal ni la colisión residual admisible por el fabricante. Un cálculo teórico de $pV$ puede respaldar una simulación, pero no puede crear una capacidad de catálogo para un cilindro desconocido.

Además, el volumen de la cámara cambia dinámicamente. Cuando la espiga de amortiguación cierra el conducto principal de escape, el pistón reduce el volumen atrapado mientras el aire sale por una restricción ajustable. La presión depende de ambos procesos. El análisis del caudal en la aguja de amortiguación ajustable trata este problema de flujo compresible.

En concreto, varios detalles del producto pueden cambiar la capacidad sin modificar el diámetro nominal:

diámetro y longitud de acoplamiento de la espiga de amortiguación;
geometría de restricción ajustable o fija;
fugas de la junta de amortiguación y diseño de la válvula antirretorno;
masa móvil del pistón, carro y vástago;
presión admisible y tensión estructural;
sentido de funcionamiento y área efectiva del pistón;
contrapresión de escape y circuito de regulación a la salida;
impacto residual admisible en el extremo mecánico.

El diámetro es una clave de búsqueda para la tabla de datos correcta, no la ecuación de capacidad. El volumen de la cámara solo es un dato del modelo cuando el proveedor facilita el resto del modelo transitorio y un límite de aceptación validado.

¿Cómo se interpretan los gráficos de amortiguación del fabricante?

El método 4MA de Parker convierte primero el peso móvil total y la velocidad máxima en un índice de amortiguación requerido y después compara ese número con valores de tabla separados para circuitos con y sin contrapresión (datos de ingeniería Parker, consultados el 2026-07-23). Se trata de una comprobación de catálogo en dos etapas.

Por tanto, utilice el formato suministrado con la serie seleccionada:

Confirme las condiciones supuestas por el gráfico para presión, sentido, montaje, vástago, amortiguador y circuito.
Calcule o mida las entradas exactas indicadas en los ejes.
Incluya la masa móvil del pistón, vástago o carro cuando corresponda.
Represente el punto de funcionamiento o calcule el índice del catálogo.
Seleccione la tabla correspondiente de diámetro, diámetro de vástago y sentido.
Repita la comprobación para la extensión y la retracción si ambos extremos incorporan amortiguación.
Rechace el punto si queda fuera de cualquier límite de velocidad, presión, masa, energía o ajuste.

La contrapresión puede cambiar el resultado. La tabla 4MA de Parker ofrece índices de amortiguación distintos para «Sin contrapresión» y «Con contrapresión» e indica que se consulte a fábrica cuando la contrapresión de la línea de escape pueda superar las condiciones especificadas. Por tanto, un silenciador, un tubo largo, una válvula o una restricción de regulación a la salida pueden invalidar una selección de tabla aunque la aritmética de energía sea correcta. Del mismo modo, el gráfico puede incorporar una geometría no lineal. La guía de Parker para cilindros sin vástago afirma que reducir la distancia de amortiguación un 50% puede reducir la eficacia del amortiguador entre un 60% y un 70% (catálogo Parker de cilindros sin vástago, consultado el 2026-07-23). No escale la capacidad directamente en función de una carrera acortada.

Un resultado en julios solo se acepta mediante el método indicado para el producto seleccionado. Superar una comprobación no anula otro límite del catálogo.

Ejemplo práctico: comprobación de un SMC CA2 de 63 mm

Para un CA2 de 63 mm, SMC publica 7.8 J de energía cinética admisible con el amortiguador neumático activado y un intervalo de velocidad del pistón de 50 a 500 mm/s (catálogo SMC CA2, consultado el 2026-07-23). Ambos límites forman parte de este ejemplo de comprobación preliminar.

Por ejemplo, suponga que la masa móvil total verificada es de 30 kg y que la velocidad medida a la entrada del amortiguador es de 0.50 m/s. El cálculo es:

E_k = \frac{1}{2}(30)(0.50)^2 = 3.75\ \mathrm{J}

La proporción de uso de energía respecto del valor publicado de 7.8 J es:

R_E = \frac{E_k}{E_{\mathrm{allow}}} = \frac{3.75}{7.8} = 0.481

La aplicación utiliza el 48.1% de la energía cinética admisible indicada y 0.50 m/s coincide con el límite superior del intervalo publicado de velocidad del pistón. Supera estas dos comprobaciones preliminares. Esta afirmación no certifica el montaje, la carga lateral, el ajuste del amortiguador, el circuito de válvulas, la presión, la temperatura ni el funcionamiento cíclico repetido.

En cambio, modifique únicamente la velocidad de entrada medida a 0.75 m/s:

E_k = \frac{1}{2}(30)(0.75)^2 = 8.44\ \mathrm{J}

Como resultado, este punto falla dos veces. La energía calculada supera 7.8 J y 0.75 m/s excede la velocidad máxima del pistón de 0.50 m/s indicada en el catálogo. Una selección basada solo en la energía pasaría por alto la infracción independiente del límite de velocidad.

No aplique este valor de 7.8 J a otro cilindro de 63 mm. Los datos de amortiguación automática C55 de SMC indican 5.3 J de energía admisible a la entrada para su modelo de 63 mm, lo que demuestra que un diámetro nominal idéntico no proporciona una capacidad idéntica.

HerramientaDimensionado de cilindrosCalculadora de energía de amortiguaciónCalcule la energía cinética, el trabajo de la fuerza motriz continua, el trabajo de la gravedad y el uso de capacidad antes de comparar el resultado con el catálogo exacto del cilindro.Energía de amortiguación: energía = (0.5 x masa x velocidad^2 + trabajo de empuje + trabajo de gravedad) x factor de seguridadMasa en movimientoVelocidad de impactoFuerza motrizCarrera de amortiguaciónAbrir calculadora

¿Cuándo se necesita un amortiguador externo?

Parker indica que se elija otro método de deceleración o uno externo cuando el índice de energía cinética requerido supere la capacidad del amortiguador 4MA seleccionado tras su comparación en dos etapas de gráfico y tabla (datos de ingeniería Parker, consultados el 2026-07-23). Cerrar más la aguja no puede ampliar los límites de funcionamiento publicados.

Por tanto, cambie la estrategia de parada cuando se cumpla cualquiera de estas condiciones:

la energía requerida, la masa o la velocidad de entrada al amortiguador superan el límite exacto del catálogo;
el punto de funcionamiento varía lo suficiente como para que un ajuste único de aguja no pueda evitar a la vez el impacto y el rebote;
la contrapresión de escape o las condiciones del circuito quedan fuera del gráfico publicado;
la presión máxima, la carga del cabezal o el impacto residual siguen siendo inaceptables durante la puesta en marcha;
la velocidad de producción no puede reducirse lo suficiente para recuperar margen;
el cilindro no dispone de longitud de amortiguación suficiente para el perfil de deceleración requerido.

La primera acción correctiva suele ser reducir la velocidad a la entrada del amortiguador, porque la energía cinética cambia con el cuadrado de la velocidad. Un ajuste de válvula que solo reduzca la velocidad en la zona central de la carrera no basta si no disminuye también la velocidad de entrada. La guía sobre el perfil de deceleración explica cómo separar el recorrido útil de la zona de parada. Como alternativa, si el rendimiento de producción o la carga impiden reducir la velocidad, utilice un cilindro mayor o con otra amortiguación, un control servoneumático o un amortiguador externo correctamente seleccionado. La guía de dimensionamiento de amortiguadores externos añade comprobaciones de energía por evento, trabajo de la fuerza motriz continua, energía por hora, masa efectiva, velocidad de impacto, tiempo de retorno, temperatura y montaje.

Además, sigue siendo necesaria la puesta en marcha después de superar la comprobación del catálogo. Registre la posición y la velocidad a la entrada del amortiguador, las presiones de ambas cámaras cuando resulte práctico, la referencia de la aguja, el rebote, el impacto final y la variación entre ciclos. Si una parada inicialmente aceptable se vuelve brusca, utilice la secuencia de diagnóstico de fallos del amortiguador del cilindro antes de cerrar más la aguja.

Preguntas frecuentes sobre la energía del amortiguador neumático interno

El catálogo CA2 de SMC relaciona cinco valores de energía del amortiguador neumático con un intervalo de velocidad del pistón de 50 a 500 mm/s, mientras que el método 4MA de Parker separa los índices con y sin contrapresión (SMC; Parker, consultados el 2026-07-23). Estas preguntas frecuentes mantienen cada límite vinculado a su fuente.

¿Puede el volumen de la cámara determinar la energía máxima del amortiguador interno?

No. El volumen de la cámara es una entrada física, pero no define el historial de caudal a través de la aguja, la transferencia térmica, la geometría del amortiguador, las fugas de las juntas, el límite estructural ni el impacto residual admisible. Utilice el volumen solo dentro de un modelo validado. Para la selección, compare la aplicación con la tabla de energía, el método de capacidad o el gráfico de carga-velocidad exactos del fabricante.

¿Qué velocidad debe utilizarse en la ecuación de energía cinética?

Utilice la velocidad del pistón en el acoplamiento del amortiguador o en el punto de impacto especificado por el fabricante. No utilice automáticamente la velocidad media de toda la carrera. Parker señala en su guía P1F-T que la velocidad de entrada al amortiguador puede ser aproximadamente un 50% superior a la media, mientras que una medición directa de posición o sensores aporta pruebas más específicas de la aplicación.

¿Debe sumarse siempre el empuje del cilindro a la energía cinética?

No. Añada el empuje que continúa actuando solo cuando el método del fabricante seleccionado exija un cálculo de energía absorbida que lo incluya. El método MY2 de SMC lo hace; la tabla CA2 de SMC se denomina energía cinética admisible. Mezclar una fórmula de energía de empuje con una tabla que utiliza otra definición puede contabilizar dos veces los efectos e invalidar la comparación.

¿Trabajar por debajo de la energía indicada garantiza una parada segura?

No. La energía es solo uno de los límites. La aplicación también debe cumplir los requisitos de velocidad del pistón, presión, carga, montaje, carga lateral, circuito, sentido, temperatura y ajuste. En el ejemplo CA2 de 63 mm, 8.44 J supera el valor energético de 7.8 J y su velocidad de 0.75 m/s también excede el máximo de catálogo de 0.50 m/s.

¿Cuándo debe sustituirse la amortiguación interna por un amortiguador externo?

Utilice deceleración externa cuando el punto de funcionamiento supere cualquier límite del amortiguador interno, la carga o la velocidad varíen más allá de un ajuste estable o la puesta en marcha no pueda eliminar el impacto sin provocar rebote o un recorrido final lento. Seleccione el amortiguador por separado para la energía por evento, el trabajo de la fuerza motriz continua, la energía por hora, la masa efectiva, la velocidad, la carrera, la temperatura y el montaje.

Fuentes y referencias técnicas

SMC CA2 Series Air Cylinder Catalog. Consultado el 2026-07-23.
SMC C55 Series Auto Air Cushion Catalog. Consultado el 2026-07-23.
SMC MY2 Series Mechanically Jointed Rodless Cylinder Catalog. Consultado el 2026-07-23.
Parker 4MA Application Engineering Data. Consultado el 2026-07-23.
Parker P1F-T ISO Cylinder Catalog. Consultado el 2026-07-23.
Parker Rodless Pneumatic Cylinder Catalog. Consultado el 2026-07-23.
Festo DSBC-100-25-PPVA-N3 Technical Data. Consultado el 2026-07-23.
Festo, Cylinder Cushioning: The Three Most Common Methods. Publicado el 2022-07-07; consultado el 2026-07-23.
ACE Controls, Calculation Bases for Industrial Shock Absorbers. Consultado el 2026-07-23.

Cálculo de los límites de absorción de energía cinética para amortiguadores neumáticos internos

Jack Chen