Calculadora de Força do Cilindro Pneumático
O cálculo de força do cilindro pneumático está diretamente relacionado com o seu design e aplicação.
Os cilindros pneumáticos são um dos elementos mais importantes de um sistema pneumático. Eles contêm uma haste, que é o componente de maior tensão, pois o seu pequeno diâmetro suporta a força exercida por todo o cilindro. Portanto, calcular a força de saída do cilindro pneumático é obrigatório para evitar falhas mecânicas.
Continue lendo para saber mais sobre:
- O que é um cilindro pneumático?
- Como funciona um cilindro pneumático.
- Como calcular a força de um cilindro pneumático.
🔎 O design da haste deve suportar a tensão axial e a flambagem. Após calcular as forças aplicadas, você pode consultar a calculadora de tensão mecânica da Omni, para a análise da tensão mecânica axial.
O que é um cilindro pneumático e como ele funciona?
Um cilindro pneumático é um dispositivo que exerce uma força e um movimento alternativo. Seus três componentes principais são:
- Cilindro: uma peça oca que envolve os outros dois componentes.
- Pistão: o componente diretamente sujeito à pressão do gás, formando uma vedação.
- Haste: a parte anexada ao pistão que exerce a força sobre uma resistência externa.
O movimento alternativo compreende dois cursos: 1. curso para fora, ou curso de saída, no qual o cilindro é totalmente estendido, e 2. curso de retorno, ou curso para dentro, quando o cilindro retorna à posição inicial.
Eles são semelhantes aos cilindros hidráulicos, mas há algumas diferenças:
- Em vez de um líquido, o fluido pressurizado é um gás.
- As pressões e forças disponíveis são menores para um gás.
- Eles são mais silenciosos, mais limpos e exigem menos espaço.
O gás comprimido em vez de um líquido os torna mais adequados para pequenos espaços que não permitem o armazenamento de grandes quantidades de fluido ou exigem transporte.
O gás usado geralmente é o ar, por isso esses dispositivos às vezes são chamados de cilindros de ar pneumáticos ou cilindros de ar.
Como funciona um cilindro pneumático?
O gás é pressurizado e levado ao cilindro por um compressor e um sistema de tubulação (composto principalmente de ar condicionado e dispositivos de controle). Essa pressão exerce uma força sobre o pistão; consequentemente, o pistão aplica uma força de mesma magnitude à haste.
Os dois principais tipos de cilindros pneumáticos são:
- Cilindros de ação simples: o gás entra e sai do cilindro somente por uma porta. Normalmente, uma mola realiza o curso de retorno, embora qualquer força externa possa fazê-lo. Você pode usar uma mola para fazer isso.
- Cilindros de dupla ação: nesses cilindros, não usamos uma mola, mas gás pressurizado para obter o curso de retorno. Eles são usados para exercer força em duas direções.
Agora, vamos ver como calcular forças em cilindros pneumáticos.
Como calcular a força do cilindro pneumático?
O cálculo da força de um cilindro de ar depende da pressão dentro do cilindro, do diâmetro do pistão, da força de atrito gerada pelos componentes da vedação e da força da mola (no caso de dispositivos de ação simples).
A fórmula mais básica para calcular a força de um cilindro de ar é:
Ft = P · Au
onde:
- Ft: força teórica. É teórica porque não considera as forças de atrito e de mola;
- P: a pressão dentro do cilindro, e
- Au: área útil em contato com o gás.
Cálculo do cilindro de ar pneumático de ação simples.
A força efetiva exercida diminui devido ao atrito e à mola:
Fresult. = Ft - Ff - Fs = P · Au - Ff - Fs
onde:
- Ff: Força de atrito, que depende da pressão de operação, da rapidez do pistão e dos materiais. Uma prática comum é considerá-la igual a 3-20% da força efetiva para faixas de pressão de 4-8 bar. Você pode saber mais sobre esta força acessando a nossa calculadora de atrito da Omni.
- Fs: Força da mola, que depende da lei de Hooke. Podemos negligenciá-la na presença de altas pressões, mas se você achar que ela é significativa, poderá obtê-la com a nossa calculadora da lei de Hooke 🇺🇸.
Em cilindros de ação simples, Au = (π/4) × D². Portanto, a forma final da fórmula é:
Fresult. = P · (π/4) · D² - Ff - Fs.
Cálculo do cilindro de ar pneumático de dupla ação.
Nesse tipo de cilindro, a força da mola desaparece, enquanto a força de atrito se comporta de forma semelhante aos cilindros de ação simples:
Fresult. = Ft - Ff
A área útil usada para calcular a força teórica é igual a Au = π · D² / 4 para o curso de ida e Au = π · (D² - d²) / 4 para o curso de retorno, em que d é o diâmetro da haste. A forma final da fórmula é, portanto:
- saídaFresult. = P · (π/4) · D² - Ff para o curso de ida, e
- retornoFresult. = P · (π/4) · (D² - d²) - Ff para o curso de retorno.
Como usar esta calculadora de força de cilindro de ar?
Suponha que você queira calcular a força de um cilindro pneumático (de ação simples) com um pistão de 50 mm de diâmetro e pressão dentro do cilindro de 400.000 Pa. Siga os passos a seguir:
- Selecione
Ação simplesna opção de digitar o tipo do cilindro. - No campo
Pressão do cilindro (P), você deve digitar 400.000 Pa. - Digite 50 mm no campo
Diâmetro do pistão (D). - É isso! A força de saída calculadora do seu cilindro pneumático deve ser 785,4 N.
Agora, suponha que você queira calcular a força de um cilindro de dupla ação com as mesmas características e um diâmetro de haste de 5 mm. Nesse caso, além disso, você deve selecionar dupla ação como o tipo de cilindro e digitar 5 mm na caixa Diâmetro da haste (d). A força do curso de ida deve ser a mesma, e a força do curso de retorno deve ser de 777,5 N.
🙋 O Modo Avançado da calculadora permite que você considere a força de atrito como uma perda percentual.
FAQ
O que é um curso em um cilindro pneumático?
O curso do cilindro pneumático é a fase durante a qual o pistão se desloca da posição de comprimento mínimo estendido para a posição de comprimento máximo estendido ou vice-versa. O comprimento do curso é a distância percorrida durante esse movimento.
Como calcular a força do cilindro hidráulico?
Siga os passos a seguir para calcular a força do cilindro hidráulico:
- Use o diâmetro do cilindro (d) para calcular a área do cilindro, que é
A = π · d² / 4. - Determine a pressão P dentro do cilindro.
- Multiplique a pressão pela área. Dessa forma, você calcula a força do cilindro hidráulico,
F = P · A.
O que significa o furo de um cilindro pneumático?
O furo em um cilindro pneumático é o espaço redondo onde o fluido pressurizado se encontra e exerce força. O "diâmetro do furo" refere-se ao diâmetro desse espaço, que geralmente é simplesmente chamado de "furo".
Quanta força um cilindro pneumático pode sustentar?
A força que um cilindro pneumático pode sustentar depende principalmente da sua pressão, diâmetro e eficiência. Podemos encontrar cilindros pneumáticos operando com forças que vão de 2 N a 45.000 N.
