SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Resumo:

Tipos de Válvulas

Professor: Maurício Bordon Data: 10/04/2013NOME RABruno Rodrigues dos Santos 65220

VÁLVULAS CONTROLADORAS DE PRESSÃO

As válvulas controladoras de pressão, também chamadas de reguladoras de pressão, têm a função básica de lmitar ou determinar a pressão do sistema. Essas válvulas são usadas em boa parte dos sistemas hidráulicos industriais. Elas podem ser utlizadas nas seguintes situações:

Limitando a pressão do sistema;

Determinando um nível de pressão de trabalho;

Determinando diferentes níveis de pressão de trabalho;

Determinando ao mesmo tempo dois níveis de pressão de trabalho diferentes;

Descarregando a bomba.

A classificação das válvulas controladoras de pressão é dada pelo tipo de conexão, pelo tamanho e pela faixa de pressão de trabalho. Basicamente, essas válvulas funcionam com base na resistência de uma mola à pressão do óleo. Esse sistema permite que a válvula assuma diferentes posições, resultando em diferentes pressão de trabalho. A figura abaixo ilustra essa situação.

Esquema de funcionamento.

Esquema de aplicação.

Na figura a seguir, temos um caso de aplicação da válvula controladora de pressão atuando como, respectivamente, como válvula de alívio, válvula de contrabalanço e válvula de sequência.

As válvulas controladoras de pressão podem ser classificadas da seguinte forma:

Válvulas de alívio ou de segurança;

Válvulas de descarga;

Válvulas de contrabalanço;

Válvulas de sequência;

Válvulas redutoras de pressão;

Válvulas supressoras de choque.

A figura abaixo trás a simbologia utilizada para representar algumas dessas válvulas (ação direta e indireta).

Na sequência, veremos um pouco sobre cada um dos tipos de válvulas controladoras de pressão.

(1) Válvulas de alívio ou de segurança

Essas válvulas têm as funções de limitar a pressão de um circuito ou parte dele e também proteger os outros componentes do sistema contra eventuais sobrecargas. Podem ser de ação direta ou indireta (pilotada). Basicamente elas regulam a pressão máxima do sistema. Na figura a seguir, temos um esquema de uma válvula de alívio e a sua respectiva simbologia.

(2) Válvulas de descarga

A válvula de descarga difere da válvula de pressão quanto ao piloto, no caso, piloto externo. Essas válvulas descarregam o sistema numa pressão inferior à válvula de alívio.

Abaixo, temos um exemplo de um circuito utilizando uma válvula de alívio (esquerda) e outra de descarga (direita).

(3) Válvulas de contrabalanço (complementar)

Essa válvula leva essa nome, pois é responsável por contrabalancear a força da gravidade. Em sistemas de cilindro vertical, essa válvula impede a sua descida. O seu funcionamento é parecido ao da válvula de descarga. A válvula de contrabalanço possui um dreno para o tanque para a situação de descida do pistão. Na subida, há uma válvula de retenção que permite o fluxo de óleo. É do tipo normalmente fechada.

(4) Válvulas de sequência

Essas válvulas determinam movimentos distintos entre dois atuadores. Para que isso seja possível, sua saída é uma linha de pressão, pois ele irá gerar um movimento posterior. Quando o primeiro movimento gera um aumento de pressão, a válvula é aberta e executa o próximo movimento. É do tipo normalmente fechada. Esse tipo de válvula é utilizado em circuitos com operações de fixação e usinagem, onde o cilindro de presilhamento deve avançar antes do cilindro da broca. A figura a seguir representa esse circuito, com a válvula de sequência em destaque (à esquerda) e os dois tipos de existentes de válvula de sequência.

(5) Válvulas redutoras de pressão (complementar)

Essa válvula é acionada quando a pressão na saída atinge a pressão de regulagem. A pressão nestas condições é igual à pressão ajustada da válvula, e o carretel fica parcialmente fechado, restringindo o fluxo.

Na válvula de ação direta, um carretel acionado por mola controla a pressão na saída. Quando a pressão do fluído for maior que a da mola, o carretel fecha a mola. Ela é do tipo normalmente aberta.

Na válvula pilotada, a pressão de fechamento é controlada no estágio piloto.

A figura abaixo representa um circuito de fixação (detalhe) que requer que o grampo no cilindro da direita aplique uma força menor do que o grampo do cilindro da esquerda. Também há um resumo com a simbologia e a descrição dos quatro tipos de válvulas redutoras existentes.

(6) Válvulas supressoras de choque

Há dois tipos de choque hidráulico: por compressão e por pressão. Esse choque hidráulico é comumente chamado de “golpe de aríete”. Essas válvulas têm a capacidade de controlar a taxa de aceleração do fluxo (redução) para reduzir o choque hidráulico.

O choque hidráulico é causado por uma elevação súbita da pressão no circuito, por conta de um fechamento súbito de determinada válvula da linha.

A imagem a seguir ilustra o “golpe de aríete” e as consequências na tubulação.

VÁLVULAS CONTROLADORAS DE VAZÃO

Além das válvulas controladoras de pressão, há também as válvulas controladoras de vazão. Essas têm por função regular a velocidade dos atuadores (cilindros, motores a atuadores) com base na vazão do fluído hidráulico.

Essas válvulas podem ser classificadas conforme segue:

Redutoras de vazão

o Dependentes da pressão e da viscosidade;

o Dependentes da pressão e independentes da viscosidade;

Reguladoras de vazão

o Independentes da pressão e dependentes da viscosidade;

o Independentes da pressão e da viscosidade.

(1) Válvulas redutoras de vazão

Este tipo é o mais simples para o controle da vazão. Não possuem compensação de pressão, portanto, a vazão varia quando se altera a carga aplicada. Elas podem ser comparadas a uma torneira comum que restringe ou aumenta a seção transversal para variar a vazão.

A figura abaixo trás alguns elementos controladores utilizados na regulagem da vazão.

Essas válvulas controlam nos dois sentidos, sendo válvulas de controle bidirecionais.

(2) Válvulas reguladoras de vazão

Esse tipo de válvula possui compensão de pressão. Dessa forma, a vazão não sofre variações em decorrência da variação da pressão.

Abaixo, uma válvula unidirecional reguladora de vazão.

Essas válvulas são utilizadas em sistemas hidráulicos que necessitam de controle rigoroso da velocidade nos atuadores.

A vazão para um fluxo laminar é dada por:

Abaixo, temos os símbolos das válvulas controladoras de fluxo (vazão):

COMPONENTES PNEUMÁTICOS

TIPOS DE COMPRESSORES

São máquinas cuja função é elevar a pressão de uma determinada quantidade de ar para a execução de trabalhos com o uso do ar comprimido. Os compressores são classificados da seguinte maneira:

Veremos dois tipos de compressores à seguir: o Compressor Dinâmico de Fluxo Radial (Deslocamenos Dinâmicos) e Compressor de Parafuso (Deslocamentos Positivos).

Compressor Dinâmico de Fluxo Radial

O ar é acelerado à partir do centro de rotação, sendo admitido pela primeira hélice (rotor dotado de lâminas dispostas axialmente), axialmente é acelerado e expulso radialmente.

Quano há vários estágios em uma mesma carcaça, o ar precisa passar por todos os estágios, causando a conversão de energia cinética em energia de pressão.

As pressões influenciam na sua eficiência. Se compararmos a sua eficiência com a de um compressor de deslocamento positivo, esta seria menor. Por isso que esses compressores são empregados quando se exigem grades volumes de ar comprimido.

Compressor de Parafuso

Este tipo de compressor tem uma carcaça onde giram dois rototes helicoidais (daí o nome “parafuso”) em sentidos opostos. Um rotor possui lóbulos convexos, enquanto o outro apresenta uma depressão côncava, sendo chamados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Esses rotores são sincronizados por meio de engrenagens, no entanto, há fabricantes que fazem com que um rotor acione o outro pelo contato direto entre os dois.

O ar à pressão atmosférica ocupa o espaço entre os rotores e, conforme eles giram, o voluma compreendido entre os mesmos é isolado da admissão. Em seguida, começa a decrescer, dando início à compressão. Este prossegue até uma posição tal que a descarga é desocberta e o ar é descarregado continuamente, livre de pulsações, para evitar que a pressão faça o compressor trabalhar como um motor durante os períodos em que estiver parado.

Filtros de ar comprimido

Pela definição da Norma ISO-8573, filtro é um aparato para separar os contaminantes presentes em fluído (ISO 8573/2.16). O filtro de ar comprimido aparece geralmente em três posições diferentes: antes e depois do secador de ar comprimido e também junto ao ponto de uso. Os contaminantes são comumente oléos, água e partículas sólidas.

O ar comprimido contaminado pode resultar em:

Obstrução de orifícios;

Desgaste de vedações;

Erosão nos componentes pneumáticos;

Redução da eficiência de produtividade da máquina;

Custos elevados comparadas de máquinas.

A figura a seguir mostra os efeitos de contaminantes no sistema.

Secadores de ar

A presença de umidade no ar comprimido é sempre prejudicial para as automatizações pneumáticas, pois causa sérias consequências como vimos anteriormente. É necessário reduzir ao máximo a umidade do sistema, pois a eliminação completa é muito difícil de se obter. Na prática, procura-se manter a umidade dentro de tolerâncias pré-estipuladas no projeto, garantindo que não haverão danos ao sistema.

Como tudo na Engenharia, é necessário levar em conta a relação custo X benefício da implementação de um sistema de secador de ar comprimido. Em alguns casos, esse investimento pode representar 25% do valor total do sistema de instalação de ar. Porém, cálculos demonstram que os prejuízos com a substituição de componentes, filtros, válvulas, cilindros danificados, a impossibilidade de aplicar o ar em determinadas operações como pintura e refugos causados na produção dos produtos justificam claramente o investimento em um sistema de Secador de ar comprimido.

A secagem do ar comprimido pode ser:

Secagem por refrigeração;

Secagem por absorção;

Secagem por adsorção.

Regulador de pressão

Normalmente, sistemas de produção de ar comprimido atendem a demanda de ar para vários equipamentos pneumáticos. Todos os equipamentos precisam da mesma pressão de trabalho, e para que isso seja possível, ou seja, não haja uma queda da pressão por conta dos picos de consumo que ocorrem, são utilizadas as válvulas reguladoras de pressão.

Essas válvuas têm por função:

Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos pneumáticos;

Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária), independente das flutuações da pressão de entrada (pressão primária) quando acima do valor regulado. A pressão primária deve ser sempre superior à pressão secundária, independentemente dos picos;

Funcionar como válvula de segurança.