Un pistón es el componente de trabajo de los motores, compresores y bombas, y está alojado dentro de un cilindro. El propósito del pistón varía dependiendo del sistema del que forma parte. Por ejemplo, en un motor, tal como un motor de automóvil, el pistón transfiere fuerza a partir de la expansión de gas en el cilindro a través de la varilla del pistón al cigüeñal. Calcular la fuerza de un pistón es crucial al momento de decidir cómo va a funcionar el componente, qué usos prácticos tendrá y cómo funcionará el motor o compresor resultante. El cálculo es sencillo, siempre y cuando las unidades sigan siendo equivalentes y los valores correctos se introduzcan con precisión.

Mide y registra la presión relativa (p) en newtons por metro cuadrado (N/m2). La unidad N/m2 de medición también se llama pascal (Pa). Para el golpe de salida, la presión será equivalente a la presión atmosférica normal, que es estándar en 100 kPa.

Mide el diámetro total del pistón (d) en metros (m) con una cinta métrica o una regla, dependiendo del tamaño de la configuración del diámetro de tu pistón, y anota el resultado.

Usa todo el diámetro del pistón para calcular el área total de paso (A) en metros cuadrados (m2 ) sustituyendo el valor que obtuviste en tu medición del diámetro en la ecuación A = π d2/4. π o pi, es un valor constante utilizado en matemáticas. Denota la relación de la circunferencia de cualquier círculo con su diámetro en el espacio, que es siempre igual a aproximadamente 3,142. Por lo tanto, en el cálculo de tu área de pistón, usa este valor como el valor de π en la ecuación. Para ello, toma la medida de tu diámetro del pistón y eleva al cuadrado usando la calculadora. Un ejemplo práctico sería un diámetro de 2,5 metros. Esto da un diámetro al cuadrado de 6,25 metros cuadrados; hay un botón en todas las calculadoras gráficas que tiene x2 escrito en ellas. Escribe tu diámetro en la calculadora, usa este botón para buscar el valor al cuadrado. Divide el valor resultante por 4. En nuestro ejemplo, es de 6,25, por lo que el resultado en nuestro caso es 1,563. Multiplica esto por el valor de π, 3,142, y la respuesta es 4,909 m2. Este es el área de paso (A) .

Anota el área resultante de tu pistón.

Entra los valores obtenidos a partir de cada una de estas mediciones y cálculos en la ecuación principal F = pA, donde F es la fuerza del pistón (F) en newtons (N), P es la presión manométrica y A es el área de paso total. Así, en nuestro ejemplo, un cilindro de efecto simple, a presión atmosférica, trabajando en la carrera de salida, requeriría el siguiente cálculo para determinar la fuerza del pistón (F): 100.000 multiplicado por 4,909, lo que equivale a 490.900 N.

Consejos

Usa las ecuaciones correctamente para asegurarte de que obtienes una respuesta precisa de tu cálculo de la fuerza del pistón. Por ejemplo, en la ecuación F = pA, debes recordar multiplicar el valor de p por el valor de A. Ellos no se suman, dividen o restan. En lugar de ello, p y A están situados lado a lado en la ecuación, lo que significa que se multiplican entre sí. Sin embargo, en el cálculo preliminar del diámetro de paso total encontrado al aplicar la ecuación A = πd2 / 4, hay varios procesos diferentes para obtener una respuesta que debe ser llevada a cabo en el orden correcto: d se eleva al cuadrado primero, el valor de d2 es luego dividido por 4 y el valor resultante se multiplica por 3,142.

Advertencias

Ten cuidado con las unidades. Aunque el 100 kPa es un valor más manejable, debes ampliarlo al máximo a 100.000 pascales para los efectos del cálculo. Una vez que se han obtenido los resultados, puedes reconvertir a un valor más pequeño si lo deseas, dividiéndolo por 1.000. La regla de unidad también se aplica al área. Algunas personas trabajan en metros, algunas en centímetros y algunas en milímetros. Siempre y cuando se mantenga la misma elección en todo el cálculo, el resultado será preciso y escalable, pero si se utilizan diferentes unidades en diferentes partes del mismo cálculo, obtendrás la respuesta equivocada por varios factores, es decir, ceros adicionales o menos de los que debes tener.