Força, velocidade e consumo de ar do cilindro pneumático

Como calcular a força de um cilindro pneumático?

A força é a pressão manométrica multiplicada pela área do pistão: F = p × A, com A = π × D² / 4. No retorno, a haste reduz a área à seção anular A_h = π × (D² − d²) / 4. Com 1 bar = 0,1 N/mm² e área em mm², a força resulta em newtons.

Essa é a força teórica. Um rendimento considera o atrito das vedações. Para cargas em movimento, deixa uma margem de carga sem utilizar toda a força do cilindro.

Consumo de ar

Cada curso preenche o volume do cilindro com ar comprimido. Seu equivalente à pressão atmosférica (ar livre) vem da razão de compressão r = (p + p_atm) / p_atm. Em cilindro de dupla ação, um ciclo consome V = (A + A_h) × L × r. Multiplique pelos ciclos por minuto para obter o consumo médio. O compressor e a unidade de preparação de ar são dimensionados para esse total.

Exemplo

Um cilindro com diâmetro interno de 50 mm, haste de 20 mm e curso de 200 mm opera a 6 bar. A força teórica de avanço é 1178 N e a de retorno é 990 N. A razão de compressão é 6,92, resultando em 5,0 litros de ar livre por ciclo. A 10 ciclos por minuto, o consumo é 50 L/min.

Por que uma fórmula não determina a velocidade?

O ar é compressível, por isso a velocidade do pistão não depende apenas da vazão. Carga, tamanho da válvula, comprimento da tubulação e ajuste do controle de vazão também influenciam. Esta ferramenta usa o tempo de curso informado e retorna a velocidade média e a vazão de ar livre que a válvula precisa fornecer nessa velocidade. Para velocidades reais, use o programa de dimensionamento do fabricante ou faça medições.