Relatorio Hidraulica

Engenharia de Controle e Automação

Laboratório Integrado VI

SUMÁRIO:

1. OBJETIVOS ......................................................................................... 03

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA .................................................................... 04

2.1 Hidráulica.......................................................................................04

2.2 Válvulas.........................................................................................05

2.2.1 Válvulas de controle direcional.................................................05

2.2.2 Número de posições.................................................................06

2.2.3 Norma para representação.......................................................06

2.2.4 Número de vias.........................................................................06

2.2.5 Direção do fluxo........................................................................07

2.2.6 Exemplo de posicionamento de válvulas..................................08

2.2.7 Identificação dos orifícios da válvula........................................08

2.2.8 Acionamentos ou comandos....................................................10

2.3 Atuador...........................................................................................16

2.3.1 Pistão Hidráulico......................................................................16

2.4 Tanques e reservatórios.................................................................18

2.4 Bombas Hidráulicas........................................................................19

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ................................................... 21

4. CONCLUSÃO....................................................................................... 23

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 24


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1. OBJETIVOS:

Este relatório tem como objetivo, descrever de forma simples, clara e objetiva, os

procedimentos realizados em laboratório tanto com as válvulas nas bancadas,

quanto com o simulador FluidSim, bem como abordar na introdução teórica os

conceitos trabalhados em sala de aula.


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2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

2.1. Hidráulica

Hidráulica é uma palavra que vem do grego e é a união de hydor = água, e aulos =

condução/aula/tubo é, portanto, uma parte da física que se dedica a estudar o

comportamento dos líquidos em movimento e em repouso. É responsável pelo

conhecimento das leis que regem o transporte, a conversão de energia, a regulagem

e o controle do fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão, temperatura,

viscosidade, etc)

A hidráulica pode ser dividida em três capítulos, para efeito de estudo apenas: a

hidrostática que trata dos fluidos parados, a hidrocinética, que estuda os fluidos em

movimento, levando em consideração os efeitos da velocidade e a hidrodinâmica

que leva em consideração as forças envolvidas no escoamento dos fluidos ( forças

da gravidade, da pressão, da tensão tangencial, da viscosidade, da

compressibilidade e outras ).

A hidráulica pode ser também dividida em: teórica e prática. A hidráulica teórica

também é conhecida na física como Mecânica dos Fluidos e a hidráulica prática ou

hidráulica aplicada é, normalmente, também intitulada de Hidrotécnica. Dentre as

aplicações da hidráulica destacam-se as máquinas hidráulicas (bombas e turbinas),

as grandes obras de saneamento, fluviais ou marítimas, como as de usinas

hidrelétricas, como a Usina hidrelétrica de Tucuruí, por exemplo, diques, polderes,

molhes, quebra-mares, portos, vias navegáveis, emissários submarinos, estações de

tratamento de água e de esgotos, etc.

Para estudos hidráulicos complexos de grandes obras e estruturas utilizam-se os

chamados modelos físicos e/ou matemáticos em laboratórios.

É importante lembrar que para o processo industrial, a Hidráulica é utilizada somente

em situações onde é realmente necessária, pois diferente da pneumática, este

processo é caro, acabando portanto, não sendo rentável para processos onde não

se exige extremo uso de carga ou pressão.


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2.2 Válvulas

Válvulas são elementos de comando que regulam vazão, pressão e direção do

fluído. São divididos em:

Direcionais;

Reguladoras de fluxo;

De Bloqueio;

De Pressão;

Combinadas.

2.2.1 Válvulas de Controle Direcional

Tem por função orientar a direção do fluxo o fluído deve seguir, a fim de realizar um

trabalho proposto. Para um conhecimento perfeito de uma válvula direcional, deve-

se levar em conta os seguintes dados:

Posição Inicial

Número de Posições

Número de Vias

Tipo de Acionamento (comando)

Tipo de Retorno

Vazão

2.2.2 Número de Posições

É a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode executar ou

permanecer sob a ação de seu acionamento. Nestas condições, a torneira, que é

uma válvula, tem duas posições: ora permite passagem de água, ora não permite.


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2.2.3 Norma para Representação

As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo. Este retângulo

é dividido em quadrados.

O numero de quadros representados na simbologia é igual ao numero de posições

da válvula, representando a quantidade de movimentos que executa através de

acionamento.

2.2.4 Número de Vias

É o número de conexões que a válvula possui. São consideradas como vias a

conexão de entrada de pressão, conexões de utilização e de escape.

Para fácil compreensão do número de vias de uma válvula de controle direcional

podemos também considerar que:

2.2.5 Direção do Fluxo

Nos quadros representativos das posições, encontram-se símbolos distintos:

As setas indicam a interligação interna das conexões, mas não necessariamente o

sentido de fluxo.


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Passagem bloqueada

Escape não provido para conexão (não canalizado ou livre)

Escape provido para conexão (canalizado)

Uma regra prática para a determinação do número de vias consiste em separar um

dos quadrados (posição) e verificar quantas vezes o(s) símbolo(s) interno(s) toca(m)

os lados do quadro, obtendo-se, assim, o número de orifícios e em correspondência

o número de vias.

Preferencialmente, os pontos de conexão deverão ser contados no quadro da

posição inicial.


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2.2.6 Exemplos de posicionamento de válvulas

2.2.7 Identificação dos orifícios da válvula

As identificações dos orifícios de uma válvula, hidráulica, pneumática, reguladores,

filtros, etc., têm apresentado uma grande diversificação de indústria para indústria,

sendo que cada produtor adota seu próprio método, não havendo a preocupação de

utilizar uma padronização universal. Em 1976, o CETOP - Comitê Europeu de

Transmissão Óleo-Hidráulico e Pneumática, propôs um método universal para a

identificação dos orifícios aos fabricantes deste tipo de equipamento.

O código, apresentado pelo CETOP, vem sendo estudado para que se torne uma

norma universal através da Organização Internacional de Normalização - ISO. A

finalidade do código é fazer com que o usuário tenha uma fácil instalação dos

componentes, relacionando as marcas dos orifícios no circuito com as marcas

contidas nas válvulas, identificando claramente a função de cada orifício. Essa

proposta é numérica, conforme mostra.


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Os orifícios são identificados como segue:

Nº 1 - alimentação: orifício de suprimento principal.

Nº 2 - utilização, saída: orifício de aplicação em válvulas de 2/2, 3/2

e 3/3.

Nºs 2 e 4 - utilização, saída: orifícios de aplicação em válvulas 4/2,

4/3, 5/2 e 5/3.

Nº 3 - escape ou exaustão: orifícios de liberação do ar utilizado em

válvulas 3/2, 3/3, 4/2 e 4/3.

Nºs 3 e 5 - escape ou exaustão: orifício de liberação do ar utilizado

em válvulas 5/2 e 5/3.

Orifício número 1 corresponde ao suprimento principal; 2 e 4 são

aplicações; 3 e 5 escapes.

Orifícios de pilotagem são identificados da seguinte forma: 10, 12 e

14. Estas referências baseiam-se na identificação do orifício de

alimentação 1.

Nº 10: indica um orifício de pilotagem que, ao ser influenciado, isola,

bloqueia o orifício de alimentação.

Nº 12: liga a alimentação 1 com o orifício de utilização 2, quando

ocorrer o comando.

Nº 14: comunica a alimentação 1 com o orifício de utilização 4,

quando ocorrer a pilotagem.


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Quando a válvula assume sua posição inicial automaticamente (retorno por mola,

pressão interna) não há identificação no símbolo.

2.2.8 Acionamentos ou comandos

As válvulas exigem um agente externo ou interno que desloque suas partes internas

de uma posição para outra, ou seja, que altere as direções do fluxo efetue os

bloqueios e liberação de escapes.

Os elementos responsáveis por tais alterações são os acionamentos, que podem ser

classificados em:

Comando direto: É assim definido quando a força de acionamento atua diretamente

sobre qualquer mecanismo que cause a inversão da válvula.

Comando indireto: É assim definido quando a força de acionamento atua sobre

qualquer dispositivo intermediário, o qual libera o comando principal que, por sua

vez, é responsável pela inversão da válvula. Estes acionamentos são também

chamados de combinados, servo, etc.

2.2.8.1 Tipos de acionamentos e comandos

Os tipos de acionamentos são diversificados e podem ser:

Mecânicos - elétricos;

Combinados;

Estes elementos são representados por símbolos normalizados e são

escolhidos conforme a necessidade da aplicação da válvula direcional.

2.2.8.1.1 Acionamentos musculares

As válvulas dotadas deste tipo de acionamento são conhecidas como válvulas de

painel. São acionamentos que indicam um circuito, findam uma cadeia de

operações, proporcionam condições de segurança e emergência. A mudança da

válvula é realizada geralmente pelo operador do sistema. Os principais tipos de

acionamentos musculares são mostrados nas figuras abaixo.


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2.2.8.1.2 Acionamentos mecânicos

Com a crescente introdução de sistemas automáticos, as válvulas acionadas por

uma parte móvel da máquina adquirem uma grande importância.

O comando da válvula é conseguido através de um contato mecânico sobre o

acionamento, colocado estrategicamente ao longo de um movimento qualquer, para

permitir o desenrolar de seqüências operacionais. Comumente, as válvulas com este

tipo de acionamento recebem o nome de válvulas fim de curso.


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2.2.8.1.2.1 Posicionamento das válvulas com acionamentos mecânicos

As válvulas devem estar situadas o mais próximo possível ou diretamente acopladas

aos equipamentos comandados (cilindros, motores, etc.), para que as tubulações

secundárias sejam bem curtas evitando, assim, perdas de pressão, conferindo ao

sistema um tempo de resposta reduzido.

Para as válvulas acionadas mecanicamente, é indispensável efetuar um

posicionamento adequado, garantindo um comando seguro e perfeito, mesmo

depois de muito tempo.

2.2.8.1.2.2 Acionamento por pino

Quando um mecanismo móvel é dotado de movimento retilíneo, sem possibilidades

de ultrapassar um limite e ao fim do movimento deve acionar uma válvula, o

recomendado é o acionamento por pino, que recebe um ataque frontal.

Ao posicionar a válvula, deve-se ter o cuidado de deixar uma folga, após o curso de

acionamento, com relação ao curso final do mecanismo, para evitar inutilização da

válvula devido a inúteis e violentas solicitações mecânicas.

Enquanto durar a ação sobre o pino, a válvula permanece comutada (acionada).


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Posicionamento do acionamento tipo pino

2.2.8.1.2.3 Acionamento por rolete

Se a válvula necessita ser acionada por um mecanismo com movimento rotativo,

retilíneo, com ou sem avanço anterior, é aconselhável utilizar o acionamento por

rolete, para evitar atritos inúteis e solicitações danosas em relação às partes da

válvula.

O rolete, quando posicionado no fim de curso, funciona como pino, mas recebe

ataque lateral na maioria das vezes.

Numa posição intermediária, receberá comando toda vez que o mecanismo em

movimento passar por cima, independentemente do sentido do movimento.

Posicionamento do acionamento por rolete

2.2.8.1.2 Acionamentos elétricos

A operação das válvulas é efetuada por meio de sinais elétricos, provenientes de

chaves fim de curso, pressostatos, temporizadores, etc.


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São de grande utilização onde a rapidez dos sinais de comando é o fator importante,

quando os circuitos são complicados e as distâncias são longas entre o local

emissor e o receptor.

2.2.8.1.3 Acionamentos combinados

É comum a utilização da própria energia do fluído para acionar as válvulas.

Podemos comunicar o fluído de alimentação da válvula a um acionamento auxiliar

que permite a ação do mesmo sobre o comando da válvula ou corta a comunicação,

deixando-a livre para a operação de retorno.

Os acionamentos tidos como combinados, são classificados também como servo

piloto, comando prévio e indireto. Isso se fundamenta na aplicação de um

acionamento (pré-comando) que comanda a válvula principal, responsável pela

execução da operação.

Quando é efetuada a alimentação da válvula principal, a que realizará o comando

dos conversores de energia, pode-se emitir ou desviar um sinal através de um canal

interno ou conexão externa, que ficará retido, direcionando-o para efetuar o

acionamento da válvula principal, que posteriormente é colocada para exaustão.

As válvulas de pré-comando são geralmente elétricas (solenóides), manuais (botão),

mecânicas (came ou esfera).

2.2.8.1.3.1 Alguns tipos de acionamentos combinados:

Solenóide e piloto interno

Quando o solenóide é energizado, o campo magnético criado desloca o induzido,

liberando o piloto interno x, o qual realiza o acionamento da válvula.

Acionamento combinado - elétrico e Solenóide


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Idêntico ao anterior, porém a pressão piloto é suprida externamente.

A válvula principal pode ser comandada por meio da eletricidade, a qual cria um

campo magnético, causando o afastamento induzido do assento e liberando a

pressão x que aciona a válvula. Pode ser acionada através do botão, o qual

despressuriza a válvula internamente.

O acionamento por botão conjugado ao elétrico é de grande importância porque

permite testar o circuito, sem necessidade de energizar o comando elétrico,

permitindo continuidade de operação quando faltar energia elétrica.

Acionamento combinado - muscular ou elétrico e pneumático


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2.3 Atuador

É um elemento que produz movimento, atendendo a comandos que podem ser

manuais ou automáticos. Como exemplo, pode-se citar atuadores de movimento

induzido por cilindros pneumáticos (pneumática) ou cilindros hidráulicos (Hidráulica)

e motores (dispositivos rotativos com acionamento de diversas naturezas).

Tal como o nome sugere, um servomecanismo deve obedecer comandos. Sendo

geralmente acoplados a um sistema conhecido como malha fechada, eles informam

ao sistema de comando se a tarefa solicitada foi executada. Uma das formas de

fazer isso é por meio de transdutores de posição como potenciometros e encoder´s.

Também são atuadores dispositivos como pás, cancelas ou qualquer elemento que

realize um comando recebido de outro dispositivo, com base em uma entrada ou

critério a ser seguido. Modificam, portanto o ambiente com ações.

2.3.1 Pistão Hidráulico

Os cilindros hidráulicos obtêm a energia de um fluido hidráulico pressurizado, que é

tipicamente algum tipo de óleo. O cilindro hidráulico consiste basicamente em duas

peças: um cilindro e um pistão móvel conectado a uma haste. O cilindro de

contenção está fechado pelos dois extremos, em um está o fundo e no outro, a

"cabeça" por onde se introduz o pistão, que tem uma perfuração por onde sai a

haste. O pistão divide o interior do cilindro em duas câmaras: a câmara inferior e a

câmara da haste. A pressão hidráulica atua no pistão para produzir

o movimento linear.

A força máxima é função da superfície ativa do êmbolo e da pressão máxima

admissível, de onde:

Esta força é constante desde o início até a finalização do percurso. A velocidade

depende do caudal de fluido e da superfície do êmbolo. Segundo a construção, o

cilindro pode realizar forças de tração e/ou compressão.


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Figura de um pistão hidráulico

Figura esquemática de um pistão hidráulico

2.4 Tanques e reservatórios

A função natural de um tanque ou reservatório hidráulico é manter ou armazenar

fluido de um sistema hidráulico. Ele armazena um líquido que não está sendo usado

em um sistema hidráulico. O mesmo também permite a extração dos gases e

detritos do líquido. Um reservatório construído adequadamente deve ser capaz de

dissipar o calor do óleo, retirar o ar e remover os contaminantes encontrados no

fluído. Os tanques de armazenamento variam em tamanho de pequenos tanques de

aço estampado de construção de grandes unidades fabricadas em ferro


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fundido. Grandes tanques devem ser lixados após todas as soldas concluídas e, em

seguida, lavados e limpos com vapor. Isto remove os restos de solda que

permanecem. A superfície interna deve então ser selada com uma tinta compatível

com fluido hidráulico. Um esmalte vermelho motor é adequado para óleos de

petróleo para selar toda a sujeira residual não removida por lavagem e limpeza

vapor. Em hidráulica industrial, onde não há problemas de espaço, e pode ser

considerado para obter um bom projeto, tanques de água consistem em quatro

paredes (geralmente de aço), um fundo gradiente com uma tampa plana, com uma

placa de montagem, quatro pernas, linhas de sucção, retorno e drenagem, dreno,

indicador de nível de óleo, plug de enchimento e respiração, uma tampa de registro

de limpeza e um anteparo ou anteparo.

Além de funcionar como um recipiente de fluido, um tanque também serve para

esfriar o líquido, filtrar os poluentes, e encaminhar para fora do recipiente o ar

aprisionado. Abaixo a figura de um esquema interno de um tanque hidráulico básico:

2.5 Bombas Hidráulicas

As bombas hidráulicas de alta pressão para utilização em sistemas hidráulicos

oleodinâmicos dividem-se nos seguintes tipos:

Bomba hidráulica de engrenagem:

As bombas hidráulicas de engrenagem são as mais econômicas, e servem para

todas as aplicações de uso intermitente em pressões medianas (até 170 BAR ou


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2500 PSI), e portanto são largamente utilizadas em tratores, máquinas e

implementos agrícolas, maquinas para construção civil, e outros tipos de máquinas

sobre rodas ou esteiras.

Bomba hidráulica de pistões axiais:

As bombas hidráulicas de pistões axiais são bombas de altíssimo rendimento,

podendo operar com pressões muito altas (até 420 BAR ou 6000 PSI). Aplicadas

tanto em máquinas industriais tais como prensas, e máquinas rodoviárias tais como

tratores, escavadeiras rolos compactadores, betoneiras e etc.

Bombas hidráulicas de Palheta

As bombas hidráulicas de palheta são mais sofisticadas do que as bombas

hidráulicas de engrenagem, e, portanto são mais duráveis e silenciosas. Por esse

motivo as bombas hidráulicas de palhetas são a melhor opção para aplicação em

máquinas industriais que operam em regime contínuo e ambientes fechados,

funcionando com alta pressão (até 210 BAR ou 3000 PSI). Máquinas de usinagem,

injetoras de plástico e semelhantes são exemplos de aplicações para as bombas

hidráulicas de palhetas. Abaixo o esquema interno de uma bomba hidráulica:


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3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS:

Em laboratório, duas aulas foram reservadas para que pudéssemos observar o

funcionamento do circuito hidráulico. Uma foi feita em uma das bancadas, onde

montamos dois circuitos hidráulicos:

A seguir o esquema de um sistema único montado em bancada, com o pistão como

atuador

A seguir o esquema do segundo sistema montado em bancada, desta vez com o

atuador rotacional


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A segunda aula para verificação dos circuitos hidráulicos, fizemos as simulações dos

circuitos no software Fluidsim.

A seguir a simulação de um sistema único:

A seguir, um esquema de um sistema rotativo, onde o atuador é um eixo que gira:


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A seguir, um esquema de um sistema contínuo:


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4. CONCLUSÃO

Concluímos que comandos hidráulicos e pneumáticos, são sistemas de controle de

força e movimento, modernos e de alta tecnologia, utilizados para geração das

forças que movimentam as máquinas, . A Hidráulica e a Pneumática sobressaem-se

dos demais sistemas de geração de energia, pela sua simplicidade, facilidade de

manutenção, conforto e segurança que proporciona.

As válvulas direcionais hidráulicas são, portanto os componentes dos circuitos

hidráulicos que recebem nossos comandos, comandos do computador ou comandos

do CLP, para acionar com isso os elementos de trabalho (atuadores). É através

delas que damos partida nos atuadores e são elas que determinam o tempo que os

atuadores permanecerão acionados.

Entendemos que a hidráulica e a pneumática, estão presentes no nosso cotidiano,

desde os robôs industriais, o freio dos carros e aviões, os guindastes e retro-

escavadeiras são alguns exemplos de mecanismos que usam a força pneumático-

hidráulico para movimentar e realizar tarefas totalmente automáticas, de acordo com

a programação dos computadores.


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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

LIVROS E / OU DISSERTAÇÕES:

Livro - Manual de Hidráulica - Miguel Fernandez y Fernandez

APOSTILAS E / OU JORNAIS:

SENAI, Hidráulica - Teoria, 2007.

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