Calculadora de fuerza y velocidad de cilindros hidráulicos

¿Cómo se calcula la fuerza de un cilindro hidráulico?

La fuerza de un cilindro es la presión multiplicada por el área sobre la que actúa: F = p × A. Durante el avance, el aceite actúa sobre todo el pistón, por lo que A = π × D² / 4. Durante el retroceso, el vástago resta parte del área y queda el área anular A_h = π × (D² − d²) / 4. Por eso la fuerza de tracción es menor que la de empuje a igual presión.

Una conversión útil es 1 bar = 0,1 N/mm²: 160 bar equivalen a 16 N/mm² y, con el área en mm², la fuerza se obtiene en newtons.

Velocidad y tiempo de carrera

La velocidad del pistón es el caudal dividido por el área: v = Q / A. Como el área anular es menor, el cilindro retrocede más rápido de lo que avanza con el mismo caudal. El tiempo de carrera es t = L / v.

Ejemplo

Un cilindro de 63 mm de diámetro interior y vástago de 36 mm trabaja a 160 bar. El área del pistón es 3117 mm² y el área anular 2099 mm². La fuerza teórica de empuje es 49,9 kN y la de tracción 33,6 kN. Con 20 L/min, la velocidad de avance es 0,107 m/s y la de retroceso 0,159 m/s. Una carrera de 500 mm tarda 4,7 segundos en avanzar y 3,1 segundos en retroceder.

Límites

La calculadora obtiene la fuerza y la velocidad en movimiento estacionario. La fricción de las juntas se incluye mediante la eficiencia que introduces y se considera nula la presión en la tubería de retorno. El pandeo del vástago y la resistencia de la camisa y los anclajes necesitan comprobaciones aparte. Para elevación y prensado, selecciona el cilindro con los datos del fabricante y la norma aplicable.

Pasar de la fuerza al diámetro

Elige una fuerza de empuje de ejemplo de 30 kN, presión de 120 bar y rendimiento introducido por el usuario del 90 %. Estas entradas no recomiendan un producto. La presión es 12000000 Pa y el rendimiento 0,9. El área necesaria es 30000 / (12000000 × 0,9) ≈ 0,00277778 m², o 27,7778 cm². El diámetro es √(4 × 0,00277778 / π) ≈ 0,0594708 m, o 59,4708 mm. Es el diámetro teórico mínimo del modelo, no una medida para pedir directamente.

Tras elegir un diámetro de catálogo, evalúa el diámetro real del pistón y del vástago en la pestaña de fuerza y velocidad. Aumentar el diámetro eleva el empuje con igual presión y reduce la velocidad de avance con igual caudal. El rendimiento se aplica a la fuerza, no como reducción adicional del caudal. Que cambie el rendimiento de fuerza sin cambiar la velocidad no es un error. Una contrapresión real puede hacer que el ejemplo sobrestime la fuerza neta. Revisa también carrera, montaje y condiciones de servicio.