Qué es
Una calculadora de fuerza de cilindro neumático determina la fuerza teórica que puede ejercer un cilindro de aire en función de la presión de suministro y del diámetro del émbolo (bore). Como la física es la misma en todo el mundo, esta herramienta es universal: solo tienes que elegir la unidad de presión (bar, psi o kPa) que marque tu manómetro.
Cómo usarla
Introduce la presión de aire y selecciona su unidad; después escribe el diámetro del émbolo en milímetros. Para la fuerza de tracción (retroceso), añade también el diámetro del vástago: este ocupa parte de la cara del pistón y reduce el área efectiva en el lado del vástago. Deja el vástago en 0 si no quieres calcular la fuerza de tracción.
La fórmula explicada
La fuerza es igual a la presión por el área: \(F = P \times A\). La cara del pistón es un círculo, por lo que su área es \(A = \frac{\pi}{4} \cdot d^{2}\). En la carrera de salida (extensión) se utiliza el área completa del émbolo. En la carrera de entrada (retroceso) se resta la sección transversal del vástago, lo que da el área anular \(A = \frac{\pi}{4}(d^{2} - d_{v}^{2})\). Convierte la presión a pascales (1 bar = 100.000 Pa, 1 psi ≈ 6894,76 Pa, 1 kPa = 1000 Pa) y el área a metros cuadrados, y el resultado se obtiene en newtons.
$$F_{push} = P \cdot \frac{\pi}{4}\,D^{2} \qquad F_{pull} = P \cdot \frac{\pi}{4}\left(D^{2} - d^{2}\right)$$
Ejemplo resuelto
Un cilindro con un émbolo de 50,8 mm a 100 psi:
$$P = 100 \times 6894{,}757 = 689\,475{,}7 \text{ Pa}$$$$A = \frac{\pi}{4}(0{,}0508)^{2} = 0{,}0020268 \text{ m}^{2}$$$$F = 689\,475{,}7 \times 0{,}0020268 \approx 1397{,}45 \text{ N}$$Un émbolo con un área equivalente 2,5 veces mayor multiplica la fuerza de forma proporcional.
Preguntas frecuentes
¿Es esta la fuerza real de trabajo? No: es la fuerza estática teórica. La fuerza real es menor debido al rozamiento de las juntas (una pérdida típica del 3 al 10 %) y a cualquier contrapresión en el lado de escape.
¿Por qué la fuerza de tracción es menor que la de empuje? El vástago del pistón ocupa parte del área del pistón en ese lado, así que durante el retroceso queda menos superficie expuesta a la presión.
¿Qué unidad debo usar? Usa la que indique el manómetro de tu regulador; la calculadora la convierte internamente a pascales.
