Introduzca la fuerza y la presión del sistema necesarias para obtener sugerencias iniciales de diámetro de vástago y de orificio. Los resultados se redondean a valores compatibles con el catálogo para facilitar la realización de estimaciones previas al diseño.
Elija la unidad que utilizará para la fuerza de entrada.
Seleccione la presión de trabajo nominal de su bomba hidráulica.
Multiplicador de fiabilidad (Fuerza de Diseño / Carga Real). Recomendado: 1,3 - 1,5.
La fuerza de carga real necesaria para la aplicación en [Tonelada].
Fuerza de tracción/retracción requerida en [Tonelada]. Se utiliza para dimensionar varillas.
Resultados del cálculo
Diámetro recomendado (D)
-
Área del pistón: -
Varilla recomendada (d)
-
Relación φ ≈ 1,46
Capacidad de fuerza de diseño
-
Incluyendo factor de seguridad
Fuerza de empuje teórica
-
A presión seleccionada
Consejo profesional: Ingrese una "Fuerza de retorno deseada" arriba para calcular el diámetro preciso de la varilla requerido para tirar cargas.
Guía completa para el dimensionamiento de cilindros hidráulicos
El dimensionamiento correcto de un cilindro hidráulico es fundamental para la fiabilidad de cualquier sistema hidráulico. Garantiza que la maquinaria pueda soportar las cargas requeridas sin estrés excesivo, sobrecalentamiento ni fallos prematuros. Esta guía desglosa los conceptos básicos de nuestra calculadora para ayudarle a tomar decisiones de ingeniería fundamentadas.
1. La Física Fundamental (Ley de Pascal)
La potencia hidráulica se basa en la Ley de Pascal, que establece que la presión aplicada a un fluido confinado se transmite sin disminuir en todas las direcciones. En un cilindro, esta relación se define mediante la fórmula: F = P × A.
Dónde:
- F (Fuerza): La fuerza que debe ejercer el cilindro (medida en Newtons o kN).
- P (Presión): La presión del sistema hidráulico (medida en MPa o bar).
- A (Área): El área efectiva sobre la que actúa la presión (mm)2).
Para encontrar el diámetro del orificio requerido, invertimos esta fórmula:
- En primer lugar, determine la Fuerza de diseño multiplicando su carga real por un factor de seguridad.
- A continuación, calcule el valor requerido Área del pistón:A = Fuerza de diseño / Presión del sistema (A = F/P).
- Finalmente, convierte esa Área en una Diámetro:D = √(4A / π).
2. Por qué son importantes los factores de seguridad
Un "factor de seguridad" es un multiplicador que se utiliza para considerar las incertidumbres en el proceso de diseño. En hidráulica, la fuerza teórica nunca es igual a la fuerza práctica debido a varios factores:
- Fricción del sello: Los sellos hidráulicos (sellos de pistón y de vástago) crean fricción contra las paredes del cilindro, consumiendo normalmente entre 5 y 101 TP3T de la fuerza efectiva.
- Contrapresión: Las restricciones en las líneas de retorno y válvulas pueden crear contrapresión, oponiéndose al movimiento del pistón.
- Cargas dinámicas: Acelerar una carga pesada requiere considerablemente más fuerza que simplemente mantenerla estática.
Recomendación: Utilice un factor de 1.3 Para aplicaciones lisas estándar. Para aplicaciones de alta velocidad o con cargas de impacto (como hincado de pilotes o trituración), utilice 1,5 a 2,0.
Comprensión del diámetro de la varilla y los riesgos de pandeo
El vástago suele ser la parte más vulnerable de un cilindro hidráulico. Mientras que el diámetro interior se determina por la fuerza de empuje, el diámetro del vástago se determina frecuentemente por Resistencia al pandeo (Carga de columna de Euler) en lugar de la simple resistencia a la tracción, especialmente en cilindros de carrera larga.
La relación de área (φ)
La relación entre el área del pistón y el área del anillo (el área en forma de anillo en el lado del vástago) se denomina relación de área (φ). Los cilindros industriales estándar suelen seguir relaciones específicas:
- φ ≈ 1,33: Se utiliza para cilindros con vástagos pequeños, altas velocidades de retorno y requisitos de baja fuerza de retorno.
- φ ≈ 1,46 (estándar): Un diseño equilibrado donde el diámetro de la varilla es aproximadamente 0,6 veces el diámetro del orificio. Esta es la sugerencia predeterminada de nuestra calculadora.
- φ ≈ 2,0: Cuenta con una varilla gruesa (aprox. 0,7 × diámetro interior). Esto proporciona una alta fuerza de retorno y una excelente resistencia al pandeo, pero velocidades de retracción más lentas.
Longitud de carrera y estilos de montaje
Un cilindro de carrera larga actúa como una columna larga. Bajo cargas de empuje elevadas, tiende a arquearse hacia afuera. El estilo de montaje afecta drásticamente esta estabilidad:
| Estilo de montaje | Factor de estabilidad | Nivel de riesgo |
|---|---|---|
| Montaje de brida (cabeza/tapa) | Alto | Bajo. El cuerpo del cilindro está fijado rígidamente, lo que proporciona una excelente estabilidad. |
| Montaje de muñón/pivote | Bajo | Alto. El cilindro puede pivotar, lo que reduce su resistencia efectiva al pandeo. Requiere una varilla más gruesa. |
| Montaje de horquilla | Bajo | Alto. Similar a los soportes pivotantes, susceptible a cargas laterales y requiere una alineación cuidadosa. |
Normas de presión del sistema y uso industrial
Elegir la presión correcta del sistema es un equilibrio entre compacidad y costo. Las presiones más altas permiten usar cilindros más pequeños, pero requieren bombas, mangueras y sellos más costosos.
| Nivel de presión | Aplicación típica | Características |
|---|---|---|
| 16 MPa (160 bares) | Máquinas-herramientas, automatización ligera | Bombas compactas, de menor coste, posibles cuerpos de aluminio. |
| 25 MPa (250 bares) | Industria general, Prensas | La norma ISO para la mayoría de los cilindros hidráulicos industriales. |
| 31,5 MPa (315 bares) | Metalurgia pesada, marina | Alta densidad de potencia, construcción de acero robusta. |
| 40+ MPa (400+ bar) | Hidráulicas móviles, excavadoras | Fuerza extremadamente alta en paquetes pequeños, servicio intermitente. |
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Qué líquido debo utilizar?
El cálculo estándar asume aceite hidráulico de base mineral (p. ej., ISO VG 46). Si utiliza fluidos de agua-glicol o resistentes al fuego, consulte a los fabricantes de sellos, ya que podrían requerir materiales diferentes (como Viton) y tener menor lubricidad, lo que afectaría la eficiencia.
¿Cuál es la diferencia entre fuerza de “empujar” y fuerza de “tirar”?
Fuerza de empuje (Extender) Actúa sobre toda la superficie del pistón y es siempre más fuerte. Fuerza de tracción/retorno (retracción) Actúa únicamente sobre el área anular (área del pistón menos área del vástago). Dado que el vástago ocupa espacio dentro del cilindro, la fuerza de tracción suele ser 30 ⁻ ...
¿Esta calculadora tiene en cuenta la velocidad?
No. Esta calculadora se centra en la fuerza estática y el dimensionamiento geométrico. La velocidad depende de la Caudal (L/min) de su bomba.
Fórmula: Velocidad = (Caudal) / (Área). Un orificio más pequeño se moverá más rápido que un orificio más grande con el mismo caudal de bomba.
Fórmula: Velocidad = (Caudal) / (Área). Un orificio más pequeño se moverá más rápido que un orificio más grande con el mismo caudal de bomba.
¿Cómo verifico el espesor de la pared?
Una vez calculado el diámetro interior, debe determinar el espesor de la pared del cilindro para soportar la tensión circunferencial. Esto requiere la fórmula de Lamé o los códigos estándar de calderas (como ASME). Consulte siempre las tablas de tubos estándar de los fabricantes para conocer los espesores de pared seguros.
