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Calcolo del Cilindro Idraulico: Formule ed Esempi Pratici

Comprendere il volume del cilindro è essenziale per diversi motivi. Innanzitutto, svolge un ruolo critico nella progettazione e ottimizzazione dei sistemi di gestione dei fluidi. Il corretto volume del cilindro garantisce che il sistema possa gestire la quantità richiesta di fluido in modo efficiente, sia che il cilindro faccia parte di una pompa, di un sistema idraulico o di un serbatoio di stoccaggio. Calcoli accurati del volume influenzano direttamente la pressione e la portata del fluido, che sono parametri vitali nei sistemi idraulici.

Inoltre, conoscere il volume del cilindro è cruciale per la pianificazione della capacità, specialmente nei sistemi in cui è necessaria una gestione precisa dei fluidi, come nei serbatoi di stoccaggio o nei bacini. Calcoli accurati garantiscono che il sistema possa gestire il volume previsto di fluido senza il rischio di traboccamenti o carenze, che potrebbero interrompere le operazioni. Calcoli accurati del volume del cilindro non sono solo una questione di efficienza, ma anche di sicurezza e affidabilità. Se il volume è calcolato erroneamente, l'intero sistema di fluidi potrebbe non funzionare come previsto.

Le implicazioni di calcoli errati del volume del cilindro si estendono oltre le prestazioni del sistema. I calcoli errati possono portare a inefficienza energetica, dove il sistema consuma più energia del necessario, aumentando così i costi operativi. Lo spreco di materiali è un'altra conseguenza, specialmente se il sistema è progettato per un volume specifico che non viene utilizzato efficacemente. Più criticamente, possono sorgere pericoli per la sicurezza. Fuoriuscite o rotture dovute a sovrapressione non solo danneggiano le attrezzature, ma rappresentano anche rischi significativi per il personale e l'ambiente.

Sei un ingegnere, uno studente o un professionista del settore alla ricerca di calcolatori e convertitori ingegneristici affidabili, gratuiti e facili da usare? Non cercare oltre! Questo articolo esplora il dimensionamento di un cilindro idraulico, fornendo formule ed esempi per calcolare la velocità di estensione, il numero di pompate necessarie per completare una corsa e la distanza percorsa ad ogni pompata.

Calcolo della Corsa ad Ogni Pompata

Per calcolare la corsa ad ogni pompata, possiamo usare la seguente formula:

S AP (mm) = [V AP (cm³).10] : A (cm²)

Dove:

  • S AP = corsa ad ogni pompata in mm
  • V AP = portata della pompa ad ogni corsa in cm³
  • A = area del pistone in cm²

Esempio

Con una portata ad ogni corsa della pompa V = 3,5 cm³ e un'area A = 15,9 cm², la corsa ad ogni pompata è:

S =( 3,5 .10) : 15,9 mm = 2,2 mm

Quindi, ad ogni pompata il carico si sposta di 2,2 mm.

Calcolo del Numero di Pompate per un Cilindro Azionato a Mano

Consideriamo un cilindro azionato con una pompa a mano. Per calcolare il numero di pompate necessarie per l'estensione completa, dobbiamo considerare sia la corsa a vuoto che la corsa sotto carico.

Esempio Pratico

Un cilindro con una corsa totale H = 50 mm deve eseguire una corsa a vuoto L = 30 mm. L'area del pistone è A = 132,7 cm².

Corsa a Vuoto

La corsa a vuoto (S BP) si calcola con la formula:

S BP (mm) =[V BP (cm³).10] : A (cm²)

Con una portata ad ogni corsa della pompa V BP = 32cm³, otteniamo:

S BP = (32.10) : 132,7 mm = 2,4 mm

Il numero di pompate per la corsa a vuoto (PB BP) è quindi:

PB BP = L (mm) : S BP (mm) = 30 : 2,4 = 13 pompate

Corsa Sotto Carico

La corsa sotto carico (S AP) si calcola con la formula:

S AP (mm) = [V AP (cm³).10] : A (cm²)

Con una portata ad ogni corsa della pompa V AP = 3 cm³, otteniamo:

S AP =(3.10) : 132,7 mm = 0,23 mm

Il numero di pompate per la corsa sotto carico (PB A) è:

PB A = [H(mm) - L(mm)] : S AP(mm)= [50-30] : 0,23 =87 pompate

Risultato Finale

In totale, il numero di pompate necessarie è:

PB BP + PB AP = 13 + 87 = 100 pompate.

Calcolo della Velocità di Estensione di un Cilindro Idraulico

La velocità di estensione di un cilindro idraulico azionato con una pompa elettrica dipende dall’area del pistone e dalla portata della pompa.

Per le pompe bistadio, si considera la portata a bassa pressione (Q BP) per il movimento senza carico e la portata ad alta pressione (Q AP) per gli spostamenti sotto carico.

Formula

La velocità (v) si calcola con la seguente formula:

v(mm/s) = [Q(l / min).166,67] : A (cm²)

Dove:

  • v = velocità del cilindro in mm / s
  • Q = portata della pompa in l / min
  • A = area del pistone nel cilindro in cm²

Esempio

Consideriamo un cilindro azionato da una pompa elettrica.

Velocità del Pistone e Millimetri di Corsa per Pompata

Le seguenti tabelle mostrano la velocità del pistone e i millimetri di corsa per pompata in diverse condizioni operative e con diversi tipi di pompe.

Millimetri di Corsa del Pistone per Pompata Manuale

5 ton 10 ton 15 ton 25 ton 30 ton 50 ton 75 ton 100 ton
A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico
P-391 7 7 15 15 21 21 34 34 43 43 73 73 105 105 137 137
P-392 7 4 15 5 21 8 34 10 43 16 73 24 105 30 137
P-80/84/801 7 2 15 3 21 5 34 7 43 11 73 16 105 21 137
P-802/842 7 1 15 1 21 2 34 3 43 4 73 5 105 9 137
P-462/464 3 1 8 1 11 1 18 2 23 3 38 5 55 7 1

Velocità del Pistone in Millimetri al Secondo Elettrica (velocità basata su 50 Hz)

5 ton 10 ton 15 ton 25 ton 30 ton 50 ton 75 ton 100 ton
A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico
0.5 hp Economy 0.30 3.0 0.67 6.7 0.94 9.4 1.5 15.5 1.9 19.5 3.3 33.2 4.8 47.7 6.2 61.9
ZU4 Series 0.08 1.0 0.19 2.2 0.27 3.1 0.44 5.2 5.6 6.5 0.95 11.1 1.4 15.9 1.8 20.7
0.5 hp Submerged 0.40 3.0 0.90 6.7 1.3 9.4 2.1 15.5 2.6 19.5 4.4 33.2 6.4 47.7 8.3 61.9
ZE3 Series 0.13 1.5 0.30 3.4 0.42 4.7 0.69 7.7 0.87 9.7 1.5 16.6 2.1 23.9 2.8 30.9
ZE4 Series 0.09 1.0 0.21 2.2 0.29 3.1 0.48 5.2 0.60 6.5 1.0 11.1 1.5 15.9 1.9 20.6
ZE5 Series 0.07 0.50 0.16 1.12 0.22 1.6 0.36 2.6 0.46 3.2 0.78 5.5 1.1 8.0 1.5 10.3
ZE6 Series 0.07 0.30 0.15 0.67 0.21 0.94 0.34 1.5 0.43 1.9 0.74 3.3 1.1 4.8 1.4 6.2
8000-Series 0.06 0.13 0.13 0.29 0.19 0.41 0.30 0.67 0.38 0.84 0.65 1.4 0.94 2.1 1.2 2.7

Aria (compressa di 6,9 bar)

9 5 6 7 3 9 3
5 ton 10 ton 15 ton 25 ton 30 ton 50 ton 75 ton 100 ton
A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico
XA-Series 0.05 4 0.19 1 0.6 2 6 6 6 5 2 2 5 6 3 5
Turbo II Pump 0.05 92 21 4 1 1 8 5 0 3 3 5 6 9
PA-133 27 42 71 8 82 6 23 8 9 3 8 4
PAM 10-Series 0.09 6 21 9 9 9 8 6 3 7 7 1 0 9 5
ZA4 Series 0.07 74 16 7 22 4 36 9 46 9 78 3 1 5 5

Motore a Scoppio

5 ton 10 ton 15 ton 25 ton 30 ton 50 ton 75 ton 100 ton
A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico A vuoto Con Carico
PGM2 Atlas 0.3 1 0.7 4 0.9 7 1 7 1 7 3 6 4 9 6 9
ZG5 Series, Briggs 0.08 59 19 3 27 9 44 1 56 9 95 6 4 5 8 4
ZG5 Series, Honda 15 59 34 3 47 9 77 1 97 9 7 6 4 5 1 4
ZG6 Series 0.07 30 15 7 21 9 34 5 43 9 74 3 1 8 4 2

A vuoto: indica la velocità del pistone in fase di accostamento al carico (1° stadio). Carico: indica la velocità del pistone durante la fase di sollevato alla pressione max.

Considerazioni sulla Frenatura

È importante considerare il tipo di frenatura utilizzato nel cilindro. Una frenatura con "nasino" potrebbe essere preferibile rispetto a un pistone che passa davanti al foro e strozza il flusso.

Inoltre, è fondamentale conoscere la massa da frenare per dimensionare correttamente il cilindro.

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