Os cilindros hidráulicos se dividem em modelos de simples e dupla ação, conforme a forma de alimentação do óleo e os sentidos em que aplicam força.
O de simples ação recebe óleo de um lado e exerce força em um único sentido, retornando pelo peso da carga ou por uma mola.
Já o de dupla ação recebe óleo dos dois lados do êmbolo e realiza força tanto no avanço quanto no recuo. A escolha depende de a aplicação exigir apenas empurrar ou também puxar a carga.
Ao especificar um cilindro de dupla ação com haste de um lado só, considere que a força e a velocidade variam entre o avanço e o retorno.
Como a área útil do êmbolo é menor no recuo, esse movimento produz menos força e pode ocorrer mais rapidamente. Por isso, dimensione o cilindro conforme a carga e os esforços exigidos nos dois sentidos.
Qual a diferença entre cilindro de simples ação e de dupla ação?
A diferença está em quantas câmaras recebem óleo sob pressão: no cilindro de simples ação, só uma; no de dupla ação, as duas. Por isso, só o de dupla ação controla a força e a velocidade no avanço e no recuo.
Os dois tipos aparecem entre os modelos de cilindro hidráulico cotados na plataforma, e o pedido deve dizer qual deles a máquina usa. No cilindro de simples ação, a outra câmara fica ligada ao reservatório ou tem uma mola.
O slide de aula de sistemas hidráulicos do Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) traz o “cilindro com retorno com mola” como exemplo do tipo.
Já a apostila do Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos (Laship) da UFSC mostra um circuito de elevação vertical em que o cilindro de simples ação desce pela própria carga.
No de dupla ação, uma válvula direcional manda óleo ora para a câmara do êmbolo, ora para a câmara da haste.
Os slides de atuadores hidráulicos da Unesp, campus de Guaratinguetá, apontam o de dupla ação como “o mais utilizado”, com aplicações “como prensas, fixadores, etc.”.
Cilindro de simples ação: força em um sentido e retorno pela carga ou pela mola
O cilindro de simples ação é indicado quando a carga volta sozinha. É o caso de elevadores de carga, plataformas e mesas que descem pelo próprio peso, e de dispositivos de fixação com mola de retorno. O circuito é mais simples, porque só uma linha de óleo vai até o cilindro.
No circuito descrito pelo Laship, a elevação ocorre com o acionamento da bomba, a parada intermediária com o desligamento dela e o retorno com a abertura de uma válvula direcional.
Uma válvula de retenção segura a carga parada. Isso mostra um ponto que o comprador precisa saber: quem controla a descida é a válvula, não o cilindro.
O retorno por mola tem limites. A mola ocupa espaço dentro do cilindro e reduz o curso útil, e a força dela diminui conforme se estende. Por isso, em cursos longos ou em cargas que precisam ser puxadas, o retorno por mola deixa de ser a melhor opção.
Cilindro de dupla ação: força nos dois sentidos, mas não igual
O cilindro de dupla ação faz força no avanço e no recuo, mas as duas forças são diferentes quando a haste fica de um lado só. No avanço, o óleo age sobre toda a face do êmbolo.
No recuo, a haste ocupa parte dessa face, e o óleo age só sobre a área anular, isto é, o anel que sobra entre a haste e a camisa.
O IFSC apresenta as duas áreas: a do êmbolo, πD²/4, e a anular, π(D² − d²)/4, em que D é o diâmetro do êmbolo e d o da haste.
Num cilindro com êmbolo de 63 mm e haste de 36 mm, por exemplo, a área do êmbolo é de cerca de 3.117 mm² e a anular, de 2.099 mm². Com 160 bar, o avanço gera cerca de 49,9 kN e o retorno, cerca de 33,6 kN.
Quando a força precisa ser igual nos dois sentidos, existe o cilindro de haste passante, ou haste dupla, com haste saindo pelas duas pontas.
Segundo os slides da Unesp, esse tipo tem “força igual nos dois sentidos”. Ele ocupa mais espaço, porque a haste sai também pela traseira.
Por que o retorno é mais rápido que o avanço
A velocidade da haste é a vazão de óleo dividida pela área sobre a qual ele age. A apostila do Laship expressa essa relação para os cilindros como a vazão igual à área vezes a velocidade, em regime permanente.
Como a área anular é menor, a mesma vazão empurra a haste mais depressa no recuo. No exemplo do cilindro de 63 mm com haste de 36 mm, uma vazão de 20 L/min resulta em cerca de 107 mm/s no avanço e 159 mm/s no retorno. Quanto mais grossa a haste, maior essa diferença.
Em processos em que a velocidade de retorno importa, como prensas e máquinas de ciclo curto, esse dado deve ser conferido no projeto.
O diâmetro da haste, porém, não é escolhido pela velocidade. Ele é definido pela carga e pelo comprimento, para evitar a flambagem, que é a tendência de a haste se curvar quando trabalha comprimida.
O cálculo está no artigo sobre como calcular a força de um cilindro hidráulico.
Cilindro telescópico: curso longo em corpo curto
O cilindro telescópico tem vários estágios encaixados, que se estendem um de dentro do outro.
Segundo os slides da Unesp, ele é empregado “quando se faz necessário um grande curso”, como em pequenos elevadores, empilhadeiras e máquinas de terraplenagem. O uso é preferencialmente na posição vertical.
O mesmo material informa que o telescópico pode ser de simples ou de dupla ação. O de simples ação atende quando a carga desce pelo próprio peso, como uma caçamba basculante.
O de dupla ação é necessário quando a carga precisa ser recolhida com força. Como cada estágio tem área diferente, a força e a velocidade mudam ao longo do curso.
Ao cotar, informe o curso total, o comprimento recolhido disponível e a carga no início e no fim do movimento.
Como escolher entre os três tipos
A tabela abaixo resume o comportamento de cada tipo e o caso em que ele é indicado. Ela serve como ponto de partida para a conversa com o fornecedor, não como substituta do projeto.
| Tipo | Força | Retorno | Indicado quando |
|---|---|---|---|
| Simples ação | Só em um sentido | Pelo peso da carga ou por mola | A carga volta sozinha (elevação, fixação com mola) |
| Dupla ação, haste simples | Nos dois sentidos, menor no recuo | Por óleo, mais rápido que o avanço | A carga precisa ser empurrada e puxada |
| Dupla ação, haste passante | Igual nos dois sentidos | Por óleo, mesma velocidade | Força e velocidade iguais nos dois sentidos |
| Telescópico | Varia por estágio | Por gravidade ou por óleo | O curso é longo e o espaço recolhido é curto |
A escolha também afeta o circuito. O cilindro de simples ação precisa de uma só linha de óleo.O de dupla ação precisa de duas, além de uma válvula direcional que alterne o óleo entre elas.
Se a máquina já existe, confira quantas linhas chegam ao ponto de instalação antes de trocar um tipo pelo outro.
O que levar para a cotação
Antes de pedir orçamento, defina se a carga precisa ser empurrada, puxada ou as duas coisas. Informe a força no avanço e no recuo, a velocidade desejada nos dois sentidos, o curso e a pressão disponível.
Inclua o tipo de fixação, o diâmetro máximo que cabe na máquina e a posição de trabalho, vertical ou horizontal.
Em elevação de carga com pessoas por perto, a descida controlada e o travamento em caso de falha de mangueira dependem do circuito, e não só do cilindro.
Esse projeto deve passar por profissional habilitado. As partes que compõem o cilindro estão no artigo sobre como funciona o cilindro hidráulico.
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