Cosas que no te enseñan en la escuela. Parte 1: Fuerzas de cilindros

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Si conoces las cargas, calcular el diámetro del émbolo de un cilindro es fácil. Desafortunadamente, a veces es difícil saber estas cargas. Las cargas o fuerzas causadas por la fricción y la aceleración en un cilindro, resultan más difíciles de calcular, y son, en muchas ocasiones, ignoradas. Peor aún, los diseñadores no siempre pueden prever cómo se usará la máquina.

Para el diseño no siempre es tan fácil como decir que se necesitan 100 kgf de empuje o tracción (retroceso). Se debe calcular tomando en cuenta que hay muchos factores que se presentan y dimensionar de modo que estos no afecten al diseño. En muchas ocasiones, con el propósito de querer ahorrar dinero, los diseñadores escogen el equipo de capacidad justa para lo que se calculó, en vez de sobredimensionarlo. Como resultado de un dimensionamiento del diámetro menor a como se debería, el cilindro no mueve la carga lo suficientemente rápido, o no se mueve para nada. Es mejor, después de todo, saber que lo sobredimensionaste y que está funcionando, a que se tenga que fabricar un nuevo cilindro, siendo aún más costosa esta última opción, tanto monetaria como de tiempo. Debido a que la industria demanda rapidez en el servicio, es necesario que el equipo funcione a la primera ocasión.

Es mejor que el cliente te diga que le sobra fuerza o que está sobrado el cilindro, ¿no creen? Yo digo, y por experiencia, que es completamente cierto. Esto lo digo después de haber tenido cientos de interacciones con clientes al respecto. No tengan miedo de agrandar el tamaño y hacerlo más fuerza, ya que, al fin y al cabo, si el cliente quiere fuerza, hay que dar lo que se necesita, sin dudar. 

Cuando digo diámetro de émbolo, diámetro de cilindro o diámetro interior de la camisa, me estoy refiriendo a lo mismo. Esto es porque esto determina la fuerza del cilindro. 500partesdeuncilindrohidrauliconeumatico_aprendehidraulicaneumatica Un gran remedio es el siguiente: dimensionar el diámetro del cilindro por un 25% más.

Para uso general, se recomienda dimensionar el diámetro del cilindro con un 25% más que la capacidad necesaria del sistema. Ejemplo, si para un sistema determinaste que necesitas un cilindro hidráulico o neumático de 4” de diámetro (de émbolo), entonces dimensiónalo con la siguiente fórmula diámetro calculado x 1.25 ó 4” x 1.25 = 5”. De acuerdo a lo anterior, se debe escoger el cilindro de 5” de diámetro. Los cilindros no son 100% eficientes a causa de los sellos, ya que, como en muchos cilindros se usan sellos de émbolo de labio, estos siempre están presionando contra la camisa (tubo donde se aloja el émbolo), creando fricción y una fuerza que intenta detener el movimiento de la salida de vástago.

Aclaro, lo que digo es dimensionar 25% más el diámetro del cilindro, no el 25% más de fuerza.

Al mencionar recorrido de vástago o recorrido de émbolo, me estoy refiriendo a lo mismo, ya que ambos tienen una distancia libre de movimiento igual.

Es necesario que sepan, como me preguntan mucho, que, ¿si el cilindro es más largo, tendrá más fuerza? La respuesta es un rotundo No. La fuerza no lo da el largo del cilindro, sino el diámetro de este. Un cilindro con un diámetro de 4” de diámetro de émbolo y 40” de carrera tiene la misma fuerza que un diámetro de émbolo de también 4”, pero con una carrera de 1”. Repito, no es el largo, sino el diámetro. Esto es porque la presión aplicada para determinar la fuerza de empuje o tracción es sobre el émbolo, no sobre las paredes de la camisa.

Para aplicaciones donde la velocidad de desplazamiento del vástago supera las 16 pulgadas/minuto (400 mm/min), se recomienda que el diámetro del émbolo se dimensione por 2 veces; es decir, si se eligió un cilindro de 4” de diámetro para una aplicación, ya que este da una fuerza calculada suficiente para vencer la fricción y mover una carga, pero se desea que la velocidad de su actuación sea de 20 pulgadas/minuto (500 mm/min), entonces elige un cilindro con 8” de diámetro. Adicionalmente, siempre es necesario dimensionar la válvula de modo que tenga la capacidad de flujo necesaria para el trabajo. Se recomienda que la válvula se dimensione al doble de la capacidad requerida de flujo.

El único inconveniente en sobredimensionar un cilindro es que los gastos iniciales de adquisición y de operación pueden ser altos. Sin embargo, a largo plazo, usualmente, los usuarios encuentran que el sobredimensionamiento trae mejores resultados.

No dudes en sobredimensionar el cilindro, ya que las ventajas de hacerlo superan las desventajas.

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Te veo por aquí, y sigue !Aprendiendo Hidráulica & Neumática!

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