Como funcionam os cortadores de lenha

O dispositivo hidráulico mais simples encontrado hoje em dia é a rachadora de lenha. Ela contém todos os componentes básicos de uma máquina hidráulica:

• um motor, normalmente um pequeno motor 4 tempos a gasolina, fornece potência para o sistema. Esse motor é ligado a uma bomba hidráulica de óleo
• uma bomba hidráulica de óleo cria um fluxo de óleo de alta pressão, que segue para uma válvula
• a válvula permite que o operador ative o cilindro hidráulico para cortar a tora de madeira
• há também um tanque para conter o óleo hidráulico que alimenta a bomba, e geralmente um filtro para manter o óleo limpo

Os componentes principais de um cortador de lenha são mostrados abaixo:

Em corte transversal, as partes hidráulicas importantes do cortador de lenha são assim:

O óleo de alta pressão da bomba é mostrado em azul claro e o óleo de baixa pressão, que retorna para o tanque, é mostrado em amarelo

Na figura acima você pode ver como a válvula pode aplicar pressão no pistão tanto para frente como para trás. A válvula usada aqui, aliás, é chamada "válvula carretel" por causa de sua semelhança com um carretel de linha.

Vamos ver alguns detalhes desses componentes para descobrir como funciona um sistema hidráulico de verdade. Se você for a uma loja de materiais de construção local, ou a um lugar como a Northern Tool and Equipment e observar os cortadores de lenha, vai descobrir que o equipamento padrão tem:

• um motor a gasolina de 5 HP
• uma bomba de óleo hidráulica de dois estágios, com vazão nominal de 40 litros por minuto (11 litros por minuto a 2.500 psi)
• um cilindro hidráulico de 10 cm de diâmetro e 60 cm de comprimento
• uma força de corte calculada em 20 toneladas
• um tanque de óleo hidráulico de 14 litros

Uma bomba de 2 estágios permite uma grande economia de tempo. A bomba, na verdade, contém duas seções de bombeamento e uma válvula reguladora de pressão interna que fica entre elas. Uma seção da bomba desloca a máxima vazão possível em baixa pressão. É usada, por exemplo, para recolher o pistão após uma tora ter sido cortada, o que exige pouca força e deve acontecer rapidamente. Assim, isso requer maior vazão possível em baixa pressão. Já empurrar o pistão para cortar a tora requer a maior pressão possível. A vazão não é um grande problema e, assim, a bomba alterna para seu estágio de "alta pressão - menor vazão" para cortar a tora.

Você perceberá que o anúncio de "força de corte de 20 toneladas" é 'generoso'. Um pistão de 10 cm tem uma área de 78,5 cm². Se a bomba gerar uma pressão máxima da ordem de 210 kgf por cm² (3000 psi), a pressão total disponível é de cerca de 16.500 kg ou aproximadamente 3.500 kg a menos que 20 toneladas.

Outra coisa que você pode determinar é o tempo do ciclo do pistão. Para mover um pistão de 10 cm de diâmetro em 60 cm, você precisa de 3.14 * 5² * 60 = 4710 cm³ de óleo. Ou seja, você precisa bombear quase 5 litros de óleo para mover um pistão de 60 cm em uma direção. Essa é uma quantia considerável de óleo para bombear, pense nisso na próxima vez que observar com que rapidez uma retroescavadeira ou minicarregadeira hidráulica pode se mover. Em nosso cortador de lenha, a taxa de fluxo máxima é de 40 litros por minuto. Isso significa que vai demorar aproximadamente 10 segundos para recolher o pistão após cortar uma tora, e que pode demorar aproximadamente 30 segundos para empurrá-lo novamente (porque a vazão é mais baixa em alta pressão).

Você pode observar, a partir do exexmplo acima, que para encher o cilindro você precisará de pelo menos 6 litros de óleo hidráulico no sistema e que um lado do cilindro tem mais capacidade que o outro, porque tem a haste do pistão tomando espaço, enquanto o outro não. Deste modo, máquinas hidráulicas grandes normalmente têm:

• necessidade de grandes quantidades de óleo hidráulico: se 6 ou 8 cilindros hidráulicos estiverem sendo usados para operar a máquina, não é raro se utilizarem até 400 litros de óleo;
• grandes reservatórios externos para armazenar a diferença de volume de óleo deslocada pelos 2 lados de qualquer cilindro.

Agora que você entende os fundamentos de um sistema hidráulico simples, podemos ver alguns equipamentos realmente interessantes.