Herramienta de ingeniería gratuita — #143
Calculadora de Fuerza y Velocidad de Cilindro Neumático
Calcule la fuerza de extensión/retracción y la velocidad del pistón para cilindros neumáticos. Ingrese el diámetro del cilindro, el diámetro de la varilla y la presión de suministro.
Resultados
Fuerza de extensión del cilindro
Cuando el pistón se extiende, la presión actúa sobre el área total del cilindro:
Fuerza de retracción del cilindro
Al retraerse, la varilla ocupa parte del pistón, reduciendo el área efectiva:
Velocidad del pistón
La velocidad depende del caudal de aire y del área efectiva del pistón:
- P — presión de suministro
- D — diámetro del cilindro
- d — diámetro de la varilla
- Q — caudal volumétrico a presión de trabajo
Tamaños estándar de cilindro (ISO 15552)
| Cilindro (mm) | Varilla (mm) | Área de extensión (cm²) |
|---|---|---|
| 32 | 12 | 8.04 |
| 40 | 16 | 12.57 |
| 50 | 20 | 19.63 |
| 63 | 20 | 31.17 |
| 80 | 25 | 50.27 |
| 100 | 25 | 78.54 |
| 125 | 32 | 122.72 |
| 160 | 40 | 201.06 |
| 200 | 50 | 314.16 |
Datos: Cilindro = 63 mm, Varilla = 20 mm, Presión = 6 bar
Adiámetro del cilindro = π/4 × 63² = 3117 mm² = 31.17 cm²
Fextensión = 6 × 10⁵ × 3117 × 10⁻⁶ = 1870 N (190.6 kgf)
Aanular = π/4 × (63² − 20²) = 2803 mm²
Fretracción = 6 × 10⁵ × 2803 × 10⁻⁶ = 1682 N (171.4 kgf)
⚠️ Nota: La fuerza real se reduce entre un 5 y un 20 % debido a la fricción de las juntas. Aplique un factor de seguridad al dimensionar cilindros para aplicaciones reales.
La fuerza de extensión del cilindro neumático es F = P × A, donde P es la presión de suministro y A es el área del cilindro (π/4 × D²). Para la fuerza de retracción, utilice el área anular: A = π/4 × (D² − d²), donde d es el diámetro del vástago.
La fuerza de extensión utiliza toda el área del cilindro y siempre es mayor. La fuerza de retracción utiliza el área anular (área del cilindro menos la sección transversal del vástago), lo que proporciona menos fuerza. La velocidad de retracción es mayor para el mismo caudal ya que el volumen es menor.
Velocidad del émbolo v = Q / A. Para extensión: v = Q / A_bore. Para retracción: v = Q / A_annular. La carrera de retracción es más rápida que la de extensión con el mismo caudal porque el área anular es menor.
Un factor de seguridad de 1.5–2.0 es típico. La fricción de las juntas reduce la fuerza teórica en un 5–20%. Considere también las cargas dinámicas, las fuerzas de aceleración y las caídas de presión en la línea de suministro.
Sí. La fricción de las juntas reduce típicamente la fuerza teórica en un 5–20% dependiendo del tipo de junta (junta tórica, retén de labio), la lubricación y la velocidad de operación. A baja velocidad, la fricción de despegue es mayor que la fricción en movimiento.
Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un balanceador portátil de doble canal y analizador de vibraciones para el balanceo de rotores en sitio.
Instrumentos y software profesionales para balanceo en campo. Utilizados en más de 50 países.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero en análisis de vibraciones y fundador y director general de Vibromera. Desde hace más de 15 años balancea equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrífugas, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y usar solo, en sitio, y no como equipo de laboratorio. Vibromera se fundó en 2017 y desde 2023 tiene su sede en Oporto, Portugal. Aquí se realizan el desarrollo, el ensamblaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el balanceo en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos difíciles de balanceo y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
