Diseñar un cilindro puede parecer una tarea complicada, pero con los conocimientos adecuados y un poco de imaginación, es posible crear una pieza increíblemente versátil y funcional. Ya sea que estés trabajando en un proyecto de ingeniería o simplemente quieras crear una escultura única, entender cómo diseñar un cilindro es fundamental. En este artículo, te mostraremos paso a paso cómo hacerlo, desde la definición del tamaño y las proporciones hasta la elección de los materiales adecuados. ¡Prepárate para iniciar este emocionante proceso de diseño y dejar volar tu creatividad!
¿Alguna vez te has preguntado cómo diseñar un cilindro? Con esto me refiero a cómo se establecen los parámetros básicos como el diámetro y el espesor. Vemos principalmente cilindros en motores de combustión interna, compresores y bombas hidráulicas. En todos estos casos, el cilindro está expuesto a la presión interna provocada por la combustión en los motores, el aire comprimido por el pistón en los compresores o la presión del fluido en las bombas hidráulicas. Por tanto, es necesario comprender la influencia de esta presión interna a la hora de diseñar un cilindro. Ya hemos comentado las diferentes presiones que surgen en las carcasas cilíndricas. En este artículo, analizaremos el diseño de un cilindro resolviendo un problema simple de control hidráulico.
Planteamiento del problema: El control hidráulico para movimiento rectilíneo, como se muestra a continuación, utiliza un tanque de presión esférico «A» conectado a un cilindro de trabajo B. La bomba mantiene una presión de 3 N/mm2 en el tanque.
P1. Si el diámetro del tanque de presión es de 800 mm, determine su espesor para garantizar una eficiencia de conexión del 100 %. Suponga una tensión de tracción admisible de 50 MPa.
Respuesta:
Los datos proporcionados
Presión que se mantendrá en el recipiente a presión (PAG) = 3 N/mm2
Diámetro del recipiente a presión (D) = 800 mm
La eficiencia de la junta circunferencial (η) = 100% = 1
Esfuerzo de tracción admisible del tanque de presión (σt1) = 50MPa
El espesor del recipiente a presión es t = (p × d)/(2σt1×ηyo) (De aquí)
t = (3×800)/(2×50×1) = 24
El espesor del recipiente a presión es
P2. Determine el diámetro y el espesor de un cilindro fundido para producir una fuerza de actuación F = 25 kN. Asumir
- Un margen del 10% de la fuerza operativa F para la fricción en el cilindro y la empaquetadura y
- Una caída de presión de 0,2 N/mm2 entre depósito y cilindro. La tensión segura para el hierro fundido es de 30 MPa..
Respuesta:
datos dados
La fuerza de actuación (N) = 25 × 103 norte
Tensión segura para material de hierro fundido (σetc.) = 30 MPa = 30 N/mm2
Consideremos D como el diámetro del cilindro y t1 es el espesor del cilindro.
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Dado que el problema establece que se proporciona un margen del 10 por ciento de la fuerza operativa F para la fricción en el cilindro y en la empaquetadura, toda la fuerza debe generarse por fricción.
Potencia operativa total F1= 100%+10% =110% de 25 × 103 norte = 1,1 × 25 × 103= 27,5 × 103norte
Potencia operativa total F1= 27,5 × 103norte
Y también mencionó que en el problema hay una caída de presión de 0,2 N/mm2 entre el tanque y el cilindro, de ahí la presión en el cilindro.
PAG1 = presión en el tanque – caída de presión = 3-0,2 = 2,8 N/mm2
La fuerza total generada por la fricción (F1) es
27,5×103 = (π/4)×D2 ×S1 = 0,7854×D2 × 2,8 = 2,2D2
2.2D2 = 27,5 × 103
Diámetro = 112 mm
El diámetro del cilindro de hierro fundido es (D) = 112 mm.
Conocemos el espesor del cilindro t1 = (pag1 ×D)/2σetc. (aquí de tensiones longitudinales)
= (2,8 × 112)/(2 × 30) = 5,5 mm
El espesor de los cilindros de hierro fundido puede ser (t1) 5,5 mm
P3. Determine la potencia del cilindro si la carrera del pistón es de 450 mm y el tiempo requerido para la carrera de trabajo es de 5 segundos.
Respuesta:
datos dados
La carrera del pistón = 450 mm = 0,45 m
El tiempo necesario para la carrera de trabajo es de 5 segundos.
∴Distancia que recorre el pistón por segundo = 0,45/5 = 0,09 m
Sabemos que trabajo realizado por segundo = fuerza × distancia recorrida por segundo
= 27,5 × 103 × 0,09 = 2475 Nm (∴ 1 Nm/s = 1 W)
∴ La potencia del cilindro = 2475 W = 2,475 kW
P4. Encuentre el rendimiento del motor si el ciclo de trabajo se repite cada 30 segundos y la eficiencia del control hidráulico es del 80% y la de la bomba es del 60%.
Respuesta:
datos dados
Dado que el ciclo de trabajo se repite cada 30 segundos, el motor debe proporcionar la potencia que se supone que el cilindro debe producir en 5 segundos en 30 segundos.
∴ Potencia del motor = (Potencia del cilindro/(ηh×ηPAG))×(5/30)
(2,475/(0,8)×(0,6))×(5/30) = 0,86 kW
Potencia del motor = 0,86 kW
¿Le gustaría resolver un problema usted mismo?
Tengo 3 ejercicios para ti.
- Una caldera de vapor con un diámetro de 1,2 metros produce vapor con una sobrepresión de 0,7 N/mm2. Suponiendo que la eficiencia de las uniones remachadas es del 75%, encuentre el espesor de la carcasa. Suponiendo que el esfuerzo de tracción máximo es 385 MPa y el factor de seguridad es 5.
- Encuentre el espesor de un cilindro de hierro fundido de 250 mm de diámetro que puede soportar una presión de 0,7 N/mm2. La tensión máxima de tracción del hierro fundido es de 14 MPa.
- Un recipiente a presión tiene un diámetro interno de 1 m y está sometido a una presión interna de 2,75 N/mm2 por encima de la presión atmosférica. Considérelo como un cilindro delgado y suponga que la eficiencia de su conexión de remaches es del 79%. Calcule el espesor de la placa si la tensión de tracción en el material no puede exceder los 88 MPa.
Resuelva estos problemas de práctica y comparta las respuestas conmigo en la sección de comentarios a continuación. Te ayudare.
¿Alguna vez te has preguntado cómo se diseña un cilindro?
Me refiero a cómo se establecen los parámetros básicos, como el diámetro y el espesor. Mayormente vemos cilindros en motores de combustión interna, compresores y bombas hidráulicas. En todos estos casos, el cilindro experimentará una presión interna causada por la combustión en los motores, el aire comprimido por el pistón en los compresores o la presión del fluido en las bombas hidráulicas. Por lo tanto, es necesario comprender la influencia de esta presión interna al diseñar un cilindro. Ya hemos discutido las diferentes presiones inducidas en las estructuras cilíndricas. En este artículo, discutiremos el diseño de un cilindro resolviendo un problema simple sobre un control hidráulico.
Problema planteado:
El control hidráulico para un movimiento lineal recto, como se muestra a continuación, utiliza un tanque de presión esférico ‘A’ conectado a un cilindro de trabajo ‘B’. La bomba mantiene una presión de 3 N/mm2 en el tanque.
Pregunta 1:
Si el diámetro del tanque de presión es de 800 mm, determina su espesor para una eficiencia conjunta del 100%. Supón que el estrés de tracción permitido es de 50 MPa.
Respuesta:
Los datos proporcionados:
- Presión a mantener en el tanque de presión (p) = 3 N/mm2
- Diámetro del tanque de presión (d) = 800 mm
- Eficiencia conjunta circunferencial (η) = 100% = 1
- Tensión de tracción permitida del tanque de presión (σt1) = 50 MPa
El espesor del tanque de presión se calcula utilizando la fórmula:
- t = (p × d) / (2σt1 × ηl)
- Sustituyendo los valores:
- t = (3×800)/(2×50×1) = 24
El espesor del tanque de presión es de 24 mm.
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Espero que hayas disfrutado de este artículo sobre el diseño de cilindros y hayas encontrado las respuestas a los problemas planteados. Si tienes alguna pregunta adicional o necesitas ayuda para resolver otros problemas de diseño, déjame un comentario a continuación. ¡Estoy aquí para ayudarte!