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Calculadora de cilindro hidráulico: fuerza, velocidad y caudal

Fuerza de empuje y de tracción de un cilindro hidráulico según el diámetro del émbolo, el vástago y la presión, más la velocidad y el tiempo de salida y retorno con el caudal de la bomba y la potencia hidráulica.

Unidades

Diámetro del émbolo (pistón) (mm o in)

Diámetro del vástago (mm o in)

Presión de trabajo (bar o psi)

Carrera (mm o in)

Caudal de la bomba (L/min o gpm)

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Cómo funciona

Área del émbolo A = π·D² ÷ 4 · área anular Aᵣ = π·(D² − d²) ÷ 4 · empuje F = p × A, tracción F = p × Aᵣ · velocidad = caudal de la bomba ÷ área · tiempo = carrera ÷ velocidad · volumen de aceite = área × carrera · potencia hidráulica = p × Q (EE. UU.: hp = psi × gpm ÷ 1,714)

Un cilindro hidráulico de doble efecto empuja con toda el área del émbolo y tira con el área anular que queda alrededor del vástago, por eso es más fuerte al salir y más rápido al retornar. La velocidad depende solo del caudal de la bomba y del área que se llena, mientras que la fuerza depende solo de la presión y del área. Los cilindros reales pierden algunos puntos por la fricción de los sellos (rendimiento mecánico de 90–95%) y la válvula de alivio limita la presión, así que dimensiona con algo de margen.

Ejemplo resuelto

Un cilindro de 80 mm de émbolo con vástago de 45 mm a 160 bar empuja con 16 MPa × 0.005027 m² = 80.42 kN (8.20 toneladas-fuerza) y tira con 54.98 kN. Alimentado con 40 L/min sale a 132.6 mm/s y tarda 3.77 s en una carrera de 500 mm; retorna en 2.58 s. La salida consume 2.51 L de aceite y la potencia hidráulica a plena presión es de 10.67 kW.

Fuentes: Engineering ToolBox — Hydraulic cylinder force · Wikipedia — Hydraulic cylinder

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la fuerza de un cilindro hidráulico?

Multiplica la presión por el área del émbolo: F = p × π·D² ÷ 4. En unidades métricas, kN = bar × D(mm)² × π ÷ 40,000; para obtener kgf, multiplica bar × área en cm². Para la fuerza de tracción, resta antes el área del vástago.

¿Por qué el cilindro retorna más rápido de lo que sale?

Del lado del vástago el aceite solo llena el área anular, un volumen menor por milímetro de recorrido, así que el mismo caudal mueve el émbolo más rápido, aunque con menos fuerza.

¿Cómo elijo la bomba para una velocidad deseada?

Caudal = área × velocidad. Para un émbolo de 80 mm que sale a 100 mm/s necesitas 0.005027 m² × 0.1 m/s = 0.503 L/s, unos 30 L/min.

¿Cuánta potencia hidráulica necesita el cilindro?

Potencia hidráulica = presión × caudal: 160 bar × 40 L/min = 10.7 kW (en EE. UU., psi × gpm ÷ 1,714 = hp). Divide entre los rendimientos de la bomba y el motor (unos 0.85 en conjunto) para elegir el motor eléctrico.

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Esta calculadora tiene fines informativos. Verifica los resultados importantes antes de tomar decisiones.