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.

Um cilindro pneumático é um dispositivo que exerce uma força e um movimento alternativo. Seus três componentes principais são:

1. Cilindro: uma peça oca que envolve os outros dois componentes.
2. Pistão: o componente diretamente sujeito à pressão do gás, formando uma vedação.
3. 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.

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:

F_t = P · A_u

onde:

• F_t: força teórica. É teórica porque não considera as forças de atrito e de mola;
• P: a pressão dentro do cilindro, e
• A_u: 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:

F_result. = F_t - F_f - F_s = P · A_u - F_f - F_s

onde:

• F_f: 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.
• F_s: 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, A_u = (π/4) × D². Portanto, a forma final da fórmula é:

F_result. = P · (π/4) · D² - F_f - F_s.

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:

F_result. = F_t - F_f

A área útil usada para calcular a força teórica é igual a A_u = π · D² / 4 para o curso de ida e A_u = π · (D² - d²) / 4 para o curso de retorno, em que d é o diâmetro da haste. A forma final da fórmula é, portanto:

• ^saídaF_result. = P · (π/4) · D² - F_f para o curso de ida, e
• ^retornoF_result. = P · (π/4) · (D² - d²) - F_f para o curso de retorno.

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:

1. Selecione Ação simples na opção de digitar o tipo do cilindro.
2. No campo Pressão do cilindro (P), você deve digitar 400.000 Pa.
3. Digite 50 mm no campo Diâmetro do pistão (D).
4. 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.