Uma concepção errônea popular envolvendo cilindros hidráulicos é que, se o selo do pistão estiver vazando, o cilindro irá driftear. Embora um selo de pistão vazando possa ser a causa raiz do drift do cilindro, a física envolvida é frequentemente mal compreendida.
O fato é que, se o selo do pistão for completamente removido de um cilindro de dupla ação, o cilindro é preenchido com óleo e as portas estão tampadas, o cilindro sustentará sua carga indefinidamente, a menos que o selo da haste vaze.
Nesta condição, devido ao volume desigual de cada lado do pistão, a pressão do fluido se equaliza e o cilindro se torna bloqueado hidraulicamente. Uma vez que isso ocorre, o cilindro só pode se mover se o fluido escapar do cilindro através do selo da haste ou de suas portas.
Figura 1. Cilindro de haste dupla – o volume de óleo é igual em ambos os lados do pistão
Exceções à Regra
Existem duas exceções a esta teoria. A primeira é um cilindro de haste dupla (Figura 1) onde o volume é igual em ambos os lados do pistão.
A segunda exceção envolve uma carga pendurada em um cilindro de dupla ação (Figura 2). Nesta configuração, o volume de fluido pressurizado do lado da haste pode facilmente ser acomodado do lado do pistão. Mas à medida que o cilindro driftea, um vácuo se desenvolverá do lado do pistão devido aos volumes desiguais, e dependendo do peso da carga, esse vácuo pode eventualmente resultar em equilíbrio que interrompe o drift adicional.
Esse não é o fim do ciclo, mas é importante ao menos compreender essa teoria antes de continuar.
Não obstante essas duas exceções, se as portas de serviço de um cilindro de dupla ação estiverem bloqueadas por uma válvula de espole fechada (Figura 3), e o selo do pistão contornar, a pressão eventualmente se igualará em ambos os lados do cilindro. Neste ponto, um bloqueio hidráulico é efetivado e nenhum drift adicional pode ocorrer, a menos que o fluido seja permitido escapar do cilindro ou do circuito do cilindro.
Figura 2. Carga pendurada em cilindro de dupla ação
Perda da Área Efetiva
Devido à perda na área efetiva devido à pressão agora agindo na área do anel da haste, a pressão estática no cilindro deve aumentar para suportar a mesma carga. Lembre-se, a força desenvolvida por um cilindro é um produto da pressão e da área.
Por exemplo, se a pressão induzida pela carga no lado do pistão do cilindro fosse 2.000 PSI e zero no lado da haste quando a válvula de controle direcional fechou, assumindo que não haja vazamento pelo spool, a pressão equalizada pode ser 3.000 PSI dependendo da razão entre as áreas do pistão e do anel.
Agora considere o que pode acontecer se este circuito tiver uma válvula de alívio de porta de serviço (Figura 4) ajustada em 2.500 PSI. À medida que a pressão se equaliza através do selo do pistão e a pressão estática crescente do lado do pistão do cilindro atinge a pressão de abertura da válvula de alívio, no entanto, o cilindro ainda não irá retrair.
Uma situação semelhante pode ocorrer em circuitos com uma válvula de controle de carga (balanceamento) instalada. Neste circuito, mostrado na Figura 5, a válvula de controle direcional tem um spool central flutuante (portas de serviço A e B abertas para o tanque).
Como já mencionado, se o selo do pistão vazar, volumes desiguais de óleo nos lados da haste e do pistão do cilindro indicam que o bloqueio hidráulico impedirá qualquer drift perceptível. Mas mais uma vez, devido à perda da área efetiva como resultado da mesma pressão agora agindo nas áreas do anel do pistão e da haste, a pressão estática no cilindro deve aumentar para suportar a mesma carga.
A magnitude desse aumento de pressão depende da razão entre as áreas do pistão e do anel do cilindro. Se o aumento da pressão estática exceder a carga máxima ajustada da válvula de balanceamento, a válvula se abrirá permitindo que o óleo do lado do pistão do cilindro flua para o tanque e o cilindro se retraia.
Diagnosticando o Drift do Cilindro
Portanto, enquanto a causa raiz do problema em ambos os exemplos é o selo do pistão vazando, a física é fundamentalmente diferente da crença geral. E se a teoria for compreendida, um manômetro pode ser uma ferramenta útil para estabelecer a causa do drift do cilindro.
Em qualquer um desses exemplos, se o cilindro estiver drifteando mas não houver equalização da pressão através do selo do pistão, a válvula de controle direcional ou a válvula de controle de carga é a fonte do problema.