Vaciado de un calderín de aire comprimido.

Tengo un calderín de aire comprimido con un volumen de 40 litros y una presión de 10 bares. El calderín está comunicado a una bombona (air spring), que está vacía, con un tubo de diámetro interior 7 mm. Con esta bombona tengo que levantar un peso de 3500 kg. Necesito saber a que velocidad subirá este peso, hasta llegar a una altura de 100 mm. El volumen final que habrá en esta bombona sera de 12.5 litros y llegará a una presión de 6 bares.
Respuesta
Pues a ver... no das muchos datos en cuanto al espacio que hay ni la distancia de ese calderín al peso que tienes que levantar, pero haciendo un calculo aproximado:
Para levantar ese peso tienes que irte al menos a cilindros de diámetro 100. Los hay de 125, pero no todas las marcas lo tienen y es menos comercial. Para levantar 3500 necesitaras 8 cilindros al menos ya que cada uno ronda un poco más de los 450kg de fuerza(varia un poco según marcas). Así que 450x8=3600.
Cada uno de estos cilindros te va a consumir en cada movimiento 0,8 litros. Tampoco dices si lo quieres hacer con cilindros de simple o doble efecto, aunque de doble efecto seria lo lógico. Así que 0,8x8=6,4 litros que si nos vamos a doble efecto ya nos vamos a 13 litros de consumo por ciclo. Esto sin contar el circuito de alimentación. Así que creo que si con esa bombona tienes que alimentar todo eso, vas corto de aire. Porque ademas no hemos metido aun coeficientes de seguridad, ni que tendrías que sincronizar bien los 8 cilindros y mantener distancias parecidas de estos a la/s electroválvulas.
Con estos datos los 100mm los recorrerá en unos 2 segundos.
Espero que esto te sirva, y si necesitas algo más... aquí estamos
En primer lugar muchas gracias por tu interés. Supongo que no me he explicado muy bien. El tema es que se trata de una suspensión de un bus urbano. Los autobuses cuando cargan a gente activan el arrollidamiento. Esto se hace vaciando las bombonas de un lado. Lo que me interesa saber es como calcular la velocidad de subida del bus cuando desactivas el arrodillamiento (vuelves a meter aire a las bombonas para levantar el bus). Si aplico la ecuación de Vernouilli me sale un tiempo no creíble.
Hasta donde yo sé, el sistema kneeling consta de cuatro fases. La fase de recuperación que es la que quieres calcular te la muestro abajo. Esta claro que se usa el calderín para provocar una rápida recuperación. No sé como habrás hecho los cálculos, pero teniendo los datos apropiados de presión, diámetros de tubos y volúmenes de consumo no debe haber mucho problema.
Recover Stage
When the Recover switch is pressed, SOL1 is energized sending coach air pressure to the control port on the R12 relay valve. This opens up the R12 relay valve to send coach air pressure through the double check valves to the front axle air bellows, causing the coach rapidly raise. See Figure 5.
http://www.mcicoach.com/parts-service-support/serinfo/images/1103fig5.jpg
Figure 5
Si te apetece compartir tus datos y tus cálculos podríamos echarles un vistazo.
Podemos hacer los cálculos mirando solo el primer eje. Si la bombona tiene una capacidad de 13 litros. En posición de trabajo aguanta 3500 kg y tiene una presión de 6.5 bares. El calderín de aire tiene una capacidad de 40 litros y cuando está lleno tiene 10 bares. El compresor de aire carga a 10 bares. La distancia del calderín a la bombona es de 2 metros y el tubo es de diámetro interior 7 mm. Si partimos de la bombona sin aire, para llegar a ponerla a la altura de trabajo hay que levantarla 100 mm. El tema está en que partimos de 0 bares en la bombona y mientras va cogiendo altura va aumentando la presión hasta llegar a 6.5 bares que es la presión de trabajo. No sé como calcular el tiempo que podemos tardar en levantar esta bombona al tener una presión variable dentro de la bombona.
A ver... la velocidad de un actuador neumático depende de muchas cosas: zona de amortiguación, lubricación, etc... Aunque los actuadores standard suelen estar entre 0,1 y 1,5 m/s (salvo los actuadores de impacto). Ademas que de se suele actuar de alguna forma para regular la velocidad de estos, generalmente al escape porque hace un movimiento más suave. Todo esto son factores que te pueden modificar la velocidad o que esta no sea constante en todo su trayectoria.
Si quieres un valor sencillo de calcular solo necesitas saber el caudal que le entra al cilindro y el área de empuje. Como sabes la presión y el tubo de alimentación del cilindro el caudal lo tienes claro. Para tener clara el área de empuje fíjate como trabaja el actuador y consulta las características técnicas. Porque por ejemplo si es un actuador de vástago pasante tienes que restar la superficie del vástago a la cámara.
Ej: Caudal; C=40l/min   Area; A=78cm2
Pasa el caudal a cm3/min ( 1dm3= 1 litro) ;  C=40000cm3/min
Divide el caudal entre el area: (40000 cm3/min)/78cm2 = 512cm/min
Y obtienes la velocidad. V=512cm/min
Con la velocidad y sabiendo que tienes 10cm de carrera ya puedes calcular el tiempo.
Creo que no es tan sencillo. Si yo tengo un deposito de 40 litros a una presión de 10 bares y lo comunico a una bombona, que esta sin aire, a través de un tubo de 7 mm de diámetro. Al abrir la válvula de 3/2 vías para llenar esta bombona y levantar el peso, como sé el caudal que me está entrando a la bombona. Si aplico Bernouilli me sale una raiz cuadrada negativa y no puede ser P + 1/2 d * v2 = ctt, 10 + 1/2 1 v^2 = 0
Luego a medida que va entrando aire y se va levantado el peso, en el interior de la bombona empieza a ver presión, esto reduce la velocidad de entrada. No lo sé, no lo veo claro.
Y yo lo que creo es que tu mismo lo estas complicando. No estas aplicando bien Bernoulli. Ya que estas igualando a cero algo que no lo es. Que algo sea constante no quiere decir que sea igual a cero. Bernoulli COMPARA el comportamiento de un fluido moviéndose de un punto a otro dentro de un circuito.
Si tienes una válvula 3/2 seguramente es porque el actuador es de simple efecto. Y si este es el caso, una posición de la válvula es para alimentar el actuador y la otra será para el escape.
Cuando a veces uno esta enfrascado en un problema es bueno ir a revisar conceptos e intentar buscar otra manera de afrontarlo.
Espero que lo vayas viendo claro. Suerte.

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