1. Partir da força efetivamente necessária
A = F / pParta da força útil exigida pela máquina, não do diâmetro do cilindro. Divida essa força pela pressão disponível e acrescente uma margem para atrito, perdas de pressão, aceleração e variações da carga.
O diâmetro teórico é obtido por D = √(4A/π). A escolha final é feita entre as dimensões disponíveis no catálogo do fabricante.
2. Distinguir avanço e retração
Durante o avanço, a pressão atua sobre toda a área do pistão. Durante a retração, a haste subtrai parte da área efetiva; por isso, a força de retração é menor em um cilindro de haste simples.
A contrapressão na câmara oposta reduz ainda mais a força líquida.
3. Relacionar vazão e velocidade
v = Q / APara a mesma vazão, uma área maior se desloca mais lentamente. Como a área anular na retração é menor, a retração geralmente é mais rápida.
A vazão efetiva no cilindro pode ser inferior à vazão nominal da bomba devido a vazamentos internos, válvulas e reguladores de vazão.
4. Verificar o curso e o tempo de deslocamento
V = A · L ; t = V / QO volume de óleo necessário depende da área ativa e do curso. Esse volume determina o tempo mínimo de deslocamento para uma determinada vazão.
O tempo efetivo pode ser maior por causa das rampas de aceleração, do amortecimento no fim de curso e das perdas.
5. Verificações essenciais antes da escolha final
O cálculo da força, isoladamente, não basta para considerar um cilindro adequado.
- Flambagem da haste sob compressão.
- Cargas laterais, guiamento e desalinhamento.
- Pressão máxima, picos de pressão e contrapressão.
- Velocidade admissível e amortecimento no fim de curso.
- Montagem, curso, ambiente e frequência dos ciclos.
Aplicação numérica
Exemplo resolvido: 20 kN a 100 bar
Uma máquina deve exercer um empuxo de 20 kN. A pressão útil estimada no cilindro é de 100 bar. Inicialmente, as perdas são desprezadas para determinar o diâmetro teórico.
- Converter: F = 20.000 N e P = 100 bar = 10.000.000 Pa.
- Calcular A = F/P = 0,002 m².
- Calcular D = √(4A/π) = 0,0505 m.
- O diâmetro teórico é, portanto, de aproximadamente 50,5 mm.
- Em seguida, selecionar a dimensão de catálogo imediatamente superior e recalcular a força líquida considerando a eficiência e a contrapressão.
Resultado: O diâmetro teórico de 50,5 mm é o mínimo ideal. Na prática, deve-se adotar uma dimensão maior e validá-la com os dados do fabricante e os requisitos de segurança.
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Para verificar e aprofundar
Referências diretas
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- ISO 4413:2010 — Sistemas e componentes hidráulicosInternational Organization for StandardizationRegras gerais e requisitos de segurança para sistemas e componentes hidráulicos.↗
- Sistema Internacional de Unidades, 9ª ediçãoEscritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM)Referência oficial para unidades coerentes, símbolos e conversões.↗
- NIST Special Publication 811 — Guia para o SINational Institute of Standards and TechnologyRegras práticas para escrever e converter corretamente grandezas físicas.↗