Sistemas Hidraúlicos e Pneumáticos

Sistemas Hidropneumáticos I

Avaliação

EME-26 Aula 01 26-07-2007

Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior

UNIFEI

Avaliação�� PresenPresençça e pontualidade.a e pontualidade.

�� Primeira nota:Primeira nota:

��01 trabalho em grupo de at01 trabalho em grupo de atéé 02 pessoas:02 pessoas:

•• Valor: 40 pontos.Valor: 40 pontos.

•• Entrega: 06/09/2007.Entrega: 06/09/2007.

��Prova individual escrita:Prova individual escrita:

•• Valor: 60 pontos.Valor: 60 pontos.

•• Data: 06/09/2007.Data: 06/09/2007.

�� Segunda nota:Segunda nota:

��Prova individual escrita (08/11/2007).Prova individual escrita (08/11/2007).

�� Exame:Exame:

��01 prova individual escrita (22/11/2007).01 prova individual escrita (22/11/2007).

1. Levante-se apenas para entregar a prova e sair;

2. O tempo de prova faz parte da avaliação;

3. A compreensão dos enunciados e desenhos são partes integrantes das questões;

4. A resposta será desconsiderada estando ilegível, incompreensível ou fora do local reservado;

Nas Provas

Nas Provas

5. Serão desconsideradas as respostas numéricas sem os cálculos correspondentes;

6. As avaliações são sem consulta;

7. Não é permitido o empréstimo de materiais;

8. Deve-se utilizar apenas o kit prova.

Kit Prova

1. Caneta azul ou preta;

2. Lapiseira;

3. Grafite reserva;

4. Borracha;

5. Calculadora;

6. Pilhas reservas;

7. Régua.

UNIFEIUNIFEI


Introdução

EME-26 Aula 01 26-07-2007


UNIFEI

� Fundamentos de sistemas hidráulicos e pneumáticos;

�Componentes principais;

�Circuitos fundamentais;

�Eletropneumática, circuitos lógicos.

�Controladores lógicos programáveis (área de aplicação, principais tipos e características, noções de programação).

� Transdutores (tipos básicos, características e campo de aplicação).

Ementa

Objetivos

�Entender o princípio de funcionamento dos sistemas pneumáticos e hidráulicos.

�Conhecer os componentes principais, seu funcionamento e emprego.

�Elaborar circuitos pneumáticos e hidráulicos fundamentais.

�Desenvolver circuitos pneumáticos seqüenciais.

�Compreender a técnica de comando elétrico aplicado à circuitos hidropneumáticos.

Objetivos

�Enumerar os transdutores empregados em sistemas hidropneumáticos.

�Explicar os tipos básicos, seu funcionamento e suas características, bem como identificar seu campo de aplicação.

�Entender o princípio de funcionamento de controladores lógicos programáveis.

� Identificar as áreas de aplicação, principais tipos e características. Desenvolver noções de aplicação e programação.

Bibliografia

1. FESTO DIDATIC. Projetos de Sistemas Pneumáticos.Título P122, 3ª edição, São Paulo 1988.

2. MEIXNER, H., SAUER, E. Introdução a Sistemas Eletropneumáticos. Título EP211, São Paulo, Prepress

Editorial, 1994.

3. RACINE HIDRÁULICA. Manual de Hidráulica Básica.

Porto Alegre, 1981.

4. SCHMITT, A. Treinamento Hidráulico. RP 00301/2.81,

G.L. Rexroth GmbH; 1981.

5. SPERRY-VICKERS. Manual de Hidráulica Industrial, 1ª

edição, 1975.

6. STEWART, H. L. Pneumática e Hidráulica. São Paulo,

1981.

Algumas Siglas

Sistema HidrSistema Hidrááulicoulico

Sistema PneumSistema Pneumááticotico

Sistema EletrohidrSistema Eletrohidrááulicoulico

Sistema EletropneumSistema Eletropneumááticotico

Sistema MistoSistema Misto

SHSH

SPSP

SEHSEH

SEPSEP

SMSM

Princípio Básico

� Gerador;

� Distribuidor;

� Consumidor.

Um sistema possui os seguintes elementos básicos:

Sistemas Hidráulicos

Gerador: Bombas de deslocamento (engrenagens, palhetas, pistões etc.);

Distribuidor: válvulas direcionais, válvulas de pressão, válvulas de bloqueio etc.

Consumidor: cilindros lineares, motores, cilindros rotativos etc.

Fluido de Trabalho: óleo mineral, fluidos sintéticos (éster fosfato, base aquosa, emulsões de água em óleo, misturas de água glicol), fluidos resistentes ao fogo.

Pressão normal de operação: 100 até 700 bar.


� Baixa relação peso potência;

� Pode iniciar movimento em plena carga;

� Ajuste contínuo de velocidade e força;

� Proteção simples contra sobrecargas;

� Movimentos rápidos controlados;

� Movimentos de precisão extremamente lentos;

� Armazenamento simples de energia, através de acumuladores hidráulicos;

� Custo elevado do fluido de trabalho;

� Escape de fluido pode causar poluição ambiental.

Características

Indústria Siderúrgica

Máquinas Ferramenta

Copiador hidromecânico (torno revólver automático).

Prensas

Prensas para sucata

Injetoras

Manter fechada a ferramenta (dependendo do tamanho, são exigidas forças de fechamento de 20 a 280 toneladas).

Máquinas do setor Móbil

Equipamento Portuário

Navios

Leme, guinchos, recolhimento de redes de pesca...

Eclusas

Equipamentos de Resgate

Aplicações Especiais

Sistemas Pneumáticos

Gerador: compressores (êmbolo, palhetas, pistões, parafusos etc.);


Consumidor: cilindros lineares, motores, cilindros rotativos, válvulas de vácuo, bicos sopradores etc.

Fluido de Trabalho: ar atmosférico.

Pressão de operação: 1 até 15 bar (normal 6 bar).


� O fluido de trabalho (ar atmosférico) sem custo;

� Facilidade de condução do fluido de trabalho;


� Movimentos rápidos;

� Geração de vácuo utilizando o ar comprimido;

� Armazenamento fácil do fluido de trabalho;

� Escape de fluido “não causa” poluição ambiental (lubrificado com óleo mineral);

� Construção simples dos elementos de trabalho;

� Alto custo de preparação do ar comprimido;

Características

� Compressibilidade do fluido de trabalho;

� Forças reduzidas, quando comparado a hidráulica;

� Escape do fluido de trabalho causa ruído e “perda de energia” (furo ou vedação na tubulação)

� Atualmente existem sistemas com servoposicionamento (precisão máxima de parada 0,1 mm).

Características

LixadeiraLixadeira

Furadeira

Policorte

Pintura

Britadeira

Grampeador

Abate de animais

Soprador de Folhas

UNIFEIUNIFEI


Hidráulica

EME-26 Aula 01 26-07-2007


UNIFEI

Meios de transmissão de energia:

� Mecânica;

� Elétrica;

� Fluídica:

• Pneumática;

• Hidráulica.

Introdução

Hidráulica (do grego Hidro – água) estuda as características e usos dos fluidos sob

pressão.

Hidrostática

Mecânica dos fluidos estática, teoria das condições de equilíbrio dos fluidos.

Hidrodinâmica

Mecânica dos fluidos em movimento, teoria da vazão.

Hidromecânica

� Fácil instalação;

� Rápida e suave inversão de movimentos;

� Pode ser iniciado em plena carga;

� Precisão no posicionamento e velocidade;

� Sistemas auto lubrificados;

� Pequena relação peso/potencia;

� Pequena relação tamanho/potencia;

� Proteção simples contra sobrecarga.

Vantagens

� Alto custo de implementação;

� Baixo rendimento (em torno de 65%), devido às várias transformações de energia que ocorrem (perdas de carga e vazamentos internos).

Desvantagens

O atrito entre as partículas do fluido em

movimento dissipa energia na forma de

calor. O sistema perde energia (redução da

pressão). Dependente do:

Perda de Carga

� Comprimento da tubulação;

� Rugosidade interna da tubulação;

� Número de derivações e curvas;

� Diâmetro da tubulação;

� Velocidade do fluxo.

Perdas localizadas

Ocorre em curvas, válvulas, derivações,

conexões etc.

Perdas Distribuídas

Ocorre ao longo da tubulação.

Unidades

� kgf/cm2

� atm

� bar

� psi

� N/m2 (Pa)

Definição de Pressão

Força exercida por unidade de superfície.

pound per square inch

libra força por polegada quadrada

lbf/pol2

1 atm = 1kgf/cm2 = 1 bar = 14.7 psi = 0.1 MPa~ ~ ~ ~

Conversão de Unidades1 atm = 1,0333 kgf/cm2 = 1,0134 bar

= 14,697 psi = 760 mmHg= 0.101 MPa

1 kgf/cm2 = 0,9677 atm = 0,9807 bar= 14,223 psi = 736 mmHg= 0.098 MPa

1 bar = 0,9867 atm = 1,0196 kgf/cm2

= 14,503 psi = 759 mmHg= 0.0999 MPa

1 psi = 0,0680 atm = 0,0703 kgf/cm2

= 0,0689 bar = 51,719 mmHg= 0.00689 MPa

1 MPa = 9.871 atm = 10.2 kgf/cm2= 9.9 bar = 7501.2 mmHg= 145.07 psi

“A pressão exercida em um ponto

qualquer de um líquido estático é a

mesma em todas as direções e exerce

forças iguais em áreas iguais.”

Lei de Pascal

P = F / AP = F / A

Lei de Pascal

Se o fundo do recipiente possui 40 cm2

então está submetido a

80 kgf/cm2.

Se

F= 20 kgf e A= 10 cm2

então

P= 2 kgf/cm2

Em cada cm2 do recipiente atua uma

força de 2 kgf.

A pressão em dois recipientes comunicados por um duto é a mesma.

Princípio da Prensa Hidráulica

2

2

1

1

A

F

A

F

P ==

Este princípio, enunciado por Pascal, levou ao desenvolvimento

da primeira prensa hidráulica, por Joseph Bramah, no início da

Revolução Industrial.

Princípio da Prensa Hidráulica

2

2

1

1

A

F

A

F

P ==

1 cm2 10 cm2

F= 10 kgf F= 100 kgfP= 10 kgf/cm2

As forças são proporcionais às áreas dos pistões.

“Na natureza nada secria e nada se perde,tudo se transforma.”

Lavoisier

Conservação de Energia

1 cm2 10 cm2


O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade.

10 cm1 cm

Volume= 10 cm3

Macaco Hidráulico

Velocidade e Vazão

Q = Vazão

V = Volume escoado

t = tempo

v = Velocidade de escoamento

A = Área

AvQ ⋅=

t

V

Q =

Velocidade e Vazão

Vazão (Q)

Litros por segundo (l/s)

Litros por minuto (l/m)

Galões por minuto (gpm)

Metros cúbicos por segundo (m3/seg)

Velocidade (v)

Centímetros por segundo (cm/seg)

Velocidade e Vazão

A

Q

v =

UNIFEIUNIFEI


Hidráulica 02

EME-26 Aula 02 02-08-2007


UNIFEI

Gerador: Bombas de deslocamento (engrenagens, palhetas, pistões etc.);


Consumidor: cilindros lineares, motores, cilindros rotativos etc.


Grupo de acionamento

Grupo de Comando e Controle

Grupo de atuação

� Fácil instalação;

� Rápida e suave inversão de movimentos;

� Pode ser iniciado em plena carga;

� Precisão no posicionamento e velocidade;

� Sistemas auto lubrificados;

� Pequena relação peso/potencia;

� Pequena relação tamanho/potencia;

� Proteção simples contra sobrecarga.

Vantagens

Prensa Hidráulica

1 cm2 10 cm2


10 cm1 cm

Volume= 10 cm3

Elevador Hidráulico

P = F/A1

P = F/(π.D2)

F2 = A2.P

F2 = [π.(4.D)2].P

F2 = π.16.D2.P

F2 = π.16.D2.F/(π.D2)

F2 = 16.F1



F2

Símbolo da válvula de retenção com mola

Símbolo da válvula de retenção sem mola

Símbolo da válvula de retenção pilotada

O piloto é usado para abrir a válvula

Símbolo da válvula de retenção pilotada

O piloto é usado para fechar a válvula

Válvula de retenção



Velocidade e Vazão

Q = Vazão

V = Volume escoado

t = tempo

v = Velocidade de escoamento

A = Área

AvQ ⋅=

t

V

Q =

Multiplicação da Pressão

P = F/A

P1 P2

A1 A2

F1F1

P2 =P2 =

A1 = 2*A2

P2 = 2*P1

→ F1 =

→ P2 =

→ P2 =

P1*A1P1*A1

F1/A2 (P1*A1)/A2(P1*A1)/A2

(P1*2*A2)/A2(P1*2*A2)/A2

Multiplicação da Pressão/Força

Quebrando o fundo de uma garrafa

Velocidade e Vazão

A

Q

v =

Velocidade e Vazão

V ≤ 6 m/s → Escoamento laminar

Cavitação

Estrangulamento: Turbulência;

Queda de pressão.

A queda de pressão é proporcional àvelocidade.

� Transmitir pressão;

� Lubrificar as partes móveis;

�Proteger contra oxidação;

�Eliminar calor;

�Remover partículas metálicas.

Fluido Hidráulico

Funções:

�Óleo mineral;

� Fluídos resistentes ao fogo:

• Emulsão de óleo (1 a 40%) em água;

• Emulsão de água (40%) em óleo;

• Fluído sintético.

Fluido Hidráulico

Tipos:

� Inibidor de oxidação: reduz a reação do

óleo com o oxigênio.

� Inibidor de corrosão: forma um filme sobre

os metais que neutraliza material corrosivo

ácido.

� Extrema pressão (antidesgaste): para

aplicações de alta temperatura e alta

pressão.

� Antiespumante: une pequenas bolhas de

ar que se desprendem e estouram.

Aditivos

�Reservatório;

�Bomba e motor elétrico;

�Manômetro;

�Válvula de segurança;

�Resfriador;

� Filtros.

Unidade de Potência Hidráulica


Motor elétrico

Tampa para

respiro e

enchimento

Indicador de

nível

Bomba hidráulica

Filtro


Manômetro

Tampa de

limpeza

Dreno


ResfriadorResfriador


Reservatório

Placa de deflexãoPlaca de deflexão

Tipos de reservatório

Reservatório suspenso

Reservatório em L

Símbolo do reservatório

Bomba de Engrenagens

Entrada

Saída

Engrenagem motriz

1. O desengrenamento dos

dentes cria um vácuo

que succiona o óleo do

reservatório.

2. O óleo é transportado em

câmaras formadas entre os

dentes, a carcaça e as

placas laterais.

3. O óleo é forçado para a

abertura de saída quando

os dentes se engrenam.

4. A pressão de saída causa

uma carga não balanceada

nos eixos.









Vazão teórica

Vazão real




Símbolo da bomba

Símbolo da bomba com motor elétrico e acoplamento

M

Manômetro

Tubo de Bourdon;

Núcleo móvel.

Manômetro de Bourdon


Tipo C Espiral

Seção do tubo

Tubo torcido

Tubo helicoidal

Ponteiro

Pressão


Símbolo do manômetro

Válvula de segurança (limitadora de pressão)



Símbolo da válvula de segurança

Resfriador a ar

Resfriador a ar

Símbolo do resfriador a ar

Resfriador a água

Resfriador a água

Símbolo do resfriador a água

Filtros

Filtros

Filtro de profundidade

Filtro de superfície

Filtro com indicador

Carcaça de

pressão hélice

Mostrador

MolaElemento de

filtro

Canal de

saída

Canal de

entrada

Indicador visual e elétrico da condição do elemento

Indicador

Válvula de alívio

(bypass)

Filtro com indicador

Símbolo do filtro

UNIFEIUNIFEI


Hidráulica 03

EME-26 Aula 03 09-08-2007


UNIFEI

Símbolos

Linhas de Escoamento

Linhas de escoamento do fluido

Tubo

Mangueira

Cano

Linha de dreno

Linha piloto

Linha de pressão

Linha de pressão flexível

Símbolo das linhas de escoamento

Símbolo das linhas de escoamento

Conector

Linhas conectadas

Linhas em cruzamento

Dimensionamento

Geralmente a faixa de velocidade recomendada para o escoamento do óleo é:

� Linha de sucção: 6 a 12 dm/seg.

� Linha de pressão: 20 a 60 dm/seg.

gundo][metros/se escoamento de Velocidade

0.170nuto][litros/mi Vazão][cm Área 2 ×

=

do][pés/segun escoamento de Velocidade

0.4081nuto][galões/mi Vazão[pol] Diâmetro

×

=

Unidades: 1 galão = 3,785 litros 1 pé = 0,3048 metros

1 m3 = 1000 litros 1 pol = 2,54 cm

Bombas

Bomba de engrenagens internas

1 - Carcaça 2 - Engrenagem interna

3 - Engrenagem externa 4 - Vedação em meia lua



Bomba Gerotor

Bomba Gerotor

Bomba Gerotor

Bomba de palhetas

carcaça palhetas

rotor

eixo

saída Entrada

Bomba de palhetas

Bomba de palhetas balanceada

Bomba de palhetas de volume variável e regulagem de pressão

1 - Estator 4 - Parafuso regulador da altura

2 - Mola 5 - Parafuso de regulagem da excentricidade máxima

3 - Rotor 6 - Parafuso de regulagem da mola

Bomba de palhetas de volume variável e regulagem de pressão

Símbolo da bomba de palhetas de volume variável e regulagem de

pressão

Bomba de pistões axiais/em linha(prato inclinado)

Bomba de pistões axiais


O pistão superior já está cheio e não succiona mais (válvula de admissão superior fechada).

O pistão inferior já comprimiu todo o óleo (válvula de saída inferior fechada).


O pistão superior está comprimindo (válvula de saída superior aberta).

O pistão inferior está succionando (válvula de admissão inferior aberta).


O pistão superior já comprimiu todo o óleo (válvula de saída superior fechada).

O pistão inferior já está cheio e não succiona mais (válvula de admissão inferior fechada).


O pistão superior está succionando (válvula de admissão superior aberta).

O pistão inferior está comprimindo (válvula de saída inferior aberta).


Entrada

Saída

Sapata

Placa inclinada

Ranhura da placade válvulas

Eixo motriz

Pistões

Bloco dos cilindros

Pistão recuando (aumento de volume)

Pistão avançando (redução de volume)




Bomba de pistões axiais de eixo inclinado

1 - Carcaça 5 - Pistões

2 - Eixo 6 - hastes

3 - Placa cardânica 7 - Placa de comando

4 - Tambor 8 - Pino central

Ângulo = 25°



SAÍDA

ENTRADA

JUNTA UNIVERSAL

Bomba de pistões axiais de volume variável


Bomba de pistões axiais de eixo inclinado e volume variável


4 - Tambor

5 - Pistões

7 - Placa de comando

9 - Parte oscilante da carcaça

Ângulo = ±25°


1 - Placa de comando lenticular

2 - Êmbolo posicionador

3 - Pivô

4 - Êmbolo de pilotagem

5 - Ajuste de início de regulagem

6 - Limitante do ângulo de variação Ângulo: de 7°a 25°

Bomba de pistões radiais

1 - Carcaça

2 - Eixo excêntrico

3 - Elementos de bombeamento

4 - Êmbolo

5 - Válvula de sucção

6 - Válvula de pressão



Bomba de parafuso

Bomba de lóbulos

Bomba de cavidade progressiva

BombasParâmetros importantes:

� Pressão máxima;

� Vazão máxima;

� Faixa de rotação;

� Rendimento:

• Rendimento volumétrico;

• Rendimento global;

• Rendimento mecânico.

Bombas

Variáveis:

DB: deslocamento da bomba (por rotação);

nB: rotação do eixo;

pB: pressão de saída;

Qt: vazão teórica (DB x nB);

QB: vazão real;

Tt: torque de entrada teórico (DBxpB / 2π);

TB: torque de entrada real.

Bombas

Rendimento volumétrico:

BB

B

vol

nD

Q

icaVazão teór

Vazão real

×

==η

B

BB

hm

T2

pD

×π

×

=η

Rendimento hidromecânico:

hmvol

BB

BB

tot

Tn2

pQ

η×η=

××π

×

=η

Rendimento total:

Bombas

Vazão real:

1000

]rpm[n]rot/cm[D

min]/litros[QvolB

3

B

B

η××

=

tot

BB

600

min]/l[Q]bar[p

]kW[P

η×

×

=

Potência de acionamento:

Unidades: 1 [CV] = 735 [Watts]

1 [HP] = 745 [Watts]

1 [Watt] = 1 [N.m/s]

Exercícios sobre bombas

1. Uma bomba tem um deslocamento volumétrico de

100 cm3 (teórico, por rotação). Ela está fornecendo

0.0015 m3/s em 1000 rpm e com 70 bar. O torque

medido em seu eixo é de 120 Nm. Calcule:

a) Vazão teórica.

b) Rendimento volumétrico.

c) Rendimento hidromecânico.

d) Rendimento total.

e) Torque teórico para operação.

Considerar: 1 bar = 1 kgf/cm2

1 kgf = 10 N


2. Uma bomba com deslocamento de 25

cm3/rotação é acionada a 1440 rpm por um

motor elétrico de 10kW. Se o rendimento global

é 85% e o rendimento mecânico é 90%,

determine:

a) A vazão fornecida pela bomba, em litros por

minuto.

b) A pressão máxima que a bomba pode

suportar sem sobrecarregar o motor.


3. Em um sistema com pressão de 200 bar uma

bomba de engrenagens fornece 15 l/min

quando a rotação de acionamento do eixo é

de 1430 rpm. A potência real medida na

entrada é de 6.8 kW e o rendimento hidro-

mecânico da bomba é de 87%. Calcule o

deslocamento teórico da bomba em cm3/rot.

Acumuladores Hidráulicos


Objetivo:

� Manter a pressão em emergências;

� Manter a pressão em parte do sistema enquanto a bomba supre o restante;

� Absorver choques de bloqueios súbitos.

Tipos de carregamento:

� Por peso;

� Por mola;

� Por gás (hidropneumático – N seco).

Acumulador hidráulicos por peso

Acumulador hidráulicos à mola

Acumulador hidráulicos a gás

Nitrogênio seco

Bolsa de borracha sintética



Símbolo do acumulador

Atuadores Hidráulicos

Atuadores hidráulicos

Atuadores hidráulicos

Responsáveis por transformar energia de pressão em energia mecânica.

�Cilindro hidráulico: atuador linear;

�Motor hidráulico: atuador rotativo;

�Oscilador hidráulico: atuador rotativo de giro limitado.

Tipos comuns de atuadores

�Cilindro de ação simples;

�Cilindro com retorno por mola;

�Cilindro dupla ação;

�Cilindro de haste dupla;

�Cilindro telescópico;

�Cilindro duplex contínuo (Tandem);

�Cilindro duplex.

Cilindro de ação simples

Cilindro com retorno por mola

Cilindro de dupla ação

Cilindro de haste dupla

Cilindro telescópico

Cilindro telescópico

Cilindro duplex

Cilindro duplex

Cilindro duplex contínuo (Tandem)

Tipos de fixação

Fixação articulada com bucha paralela no fundo e na haste.

Fixação através de olhal com articulação esférica no fundo e na haste.

Tipos de fixação

Tipos de fixação

Fixação através de flange no cabeçote.

Tipos de fixação

Fixação através de flange no fundo do cilindro.

Tipos de fixação

Fixação através de eixo basculante (munhões).

Tipos de fixação

Fixação por pés.

Amortecimento de fim de cursoFluxo livre

Fluxo restrito

Ajuste de desaceleração

Válvula Vedação

Amortecimento de fim de curso

Símbolo de atuador linear com

amortecimento regulável apenas no

recuo. Poderia ter apenas no avanço

ou nos dois movimentos (com ou sem

regulagem).

Oscilador Hidráulico

Oscilador hidráulico

Motor oscilante. Realizam movimentos angulares menores que uma revolução.


1 - Carcaça

2 - Cremalheira com 2 êmbolos

3 - Engrenagem e eixo

4 - Regulagem do curso (ângulo de giro)


Motores Hidráulicos

Motores de palheta

Tem funcionamento similar ao das bombas, sóque o sentido do fluido é inverso. Tem-se:

� Motor de engrenagens;

� Motor de palhetas;

� Motor de pistão em linha/axiais (fixo e variável);

� Motor de pistões radiais;

� Motores orbitais;

� Motor gerotor.

UNIFEIUNIFEI


Hidráulica 04

EME-26 Aula 04 20-08-2007


UNIFEI

Cálculos envolvendo Atuadores Hidráulicos

Atuador hidráulico de dupla ação

A B

Área:

( ) ( )[ ]

400

[mm]D [mm]D

]Area [cm

2

haste

2

embolo2−×π

=

DhasteDembolo


Quando a vazão do fluido é direcionada

para a conexão A ocorre o avanço da haste.

A velocidade depende da vazão do fluido e

da área do êmbolo.

A B


A B

Velocidade de deslocamento:

Curso

6][cm Área

[l/min] Vazão

]Área [cm100

s]/Vazão [cm

s]/ [mVelocidade22

3

×

=

×

=


Tempo de deslocamento:

A B

1000[l/min] Vazão

6[mm] Curso][cm Área

/s]Vazão [cm

]Volume [cm

Tempo [s]

2

3

3

×

××

==


A B

Supondo o volume de avanço igual a 2 litros,

o de recuo igual a 1 litro, vazão da bomba de

1 litro por minuto e curso de 50 cm.

Cálculos básicos

A B

Volume de avanço: 2 litros

Volume de recuo: 1 litro

Vazão da bomba: 1 l/min

Curso do atuador: 50 cm

Tempo de avanço: segundos

Vazão induzida no avanço: l/min

Velocidade de avanço: m/min

Tempo de recuo: segundos

Vazão induzida no recuo: l/min

Velocidade de recuo: m/min

120

0,5

0,25

60

2

0,5

ExercícioUm elevador hidráulico automotivo deve ser

capaz de suspender um veículo de 2500 kg de massa a

2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador

possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a

1660 rpm. Supondo que o rendimento volumétrico de

92% e o hidromecânico de 89%, calcule:

� Área do pistão (cm2);

� Volume do atuador (cm3);

� Pressão do sistema (bar);

� Vazão real e teórica da bomba (l/min);

� Deslocamento volumétrico da bomba (cm3/rot)

� Rendimento total (%);

� Potência (CV) e torque do motor elétrico (Nm).

Bombas

Rendimento volumétrico:

BB

B

vol

nD

Q

icaVazão teór

Vazão real

×

==η

B

BB

hm

T2

pD

×π

×

=η

Rendimento hidromecânico:

hmvol

BB

BB

tot

Tn2

pQ

η×η=

××π

×

=η

Rendimento total:

Bombas

Vazão real:

1000

]rpm[n]rot/cm[D

min]/litros[QvolB

3

B

B

η××

=

tot

BB

600

min]/l[Q]bar[p

]kW[P

η×

×

=

Potência de acionamento:

Unidades: 1 [CV] = 735 [Watts]

1 [HP] = 745 [Watts]

1 [Watt] = 1 [N.m/s]

Exercício

Área do pistão:

Volume do atuador:

Pressão do sistema:

Vazão real da bomba:

Vazão teórica da bomba:

Deslocamento volumétrico:

Rendimento total:

Potência do acionamento elétrico:

Torque do acionamento elétrico:

706,86 cm2

141.351,7 cm3

3,54 bar

141,4 l/min

153,7 l/min

92,6 cm3/rot

81,88 %

1,39 CV

5.86 Nm

Válvulas de Comando e

Controle

As válvulas permitem controlar a

operação do sistema hidráulico. Em

geral podem:

�Bloquear o fluxo;

�Direcionar o fluxo;

�Controlar a vazão.

Válvulas

Válvulas de Controle Direcional

Válvula de Controle Direcional

Uma parte móvel (carretel) permite que o fluxo do fluido seja desviado corretamente para a aplicação desejada. É definida por:

� Número de posições;

� Número de vias;

� Posição normal;

� Tipo de acionamento.

Simbologia - Número de posições

2 posições 3 posições

Simbologia - Número de vias

2 vias 3 vias 4 vias

Simbologia - Tipos de vias

Passagem Bloqueio Ambas Ambas

Simbologia - Posição normal

Válvula direcional de

2/2 vias


3/2 vias

P

A

P

A

T P

A

T

B


4/2 vias

Tipo de acionamento

Manual

Rolete Piloto

Solenóide

Tipo de acionamento

Válvula operada por piloto e

controlada por solenóide.

Usada em válvulas

grandes onde a força do

solenóide não ésuficiente para a operação direta.

Tipo de acionamento

Retorno por mola

Pino de Trava (Detente)

Válvulas com travas não precisam manter os seus acionadores

energizados para manter a posição

(válvula montada na horizontal).

Uma energização temporária (0.1 s) é

suficiente para o deslocamento do

carretel.

Circuito básico

M

P

A

T

B

Circuito básico

M

P

A

T

B

Condição de centro fechado

Válvulas de centro fechado no circuito

Condição de centro aberto

Válvulas de centro aberto no circuito

Condição de centro em Tandem

Válvulas de centro em Tandem no circuito

Centro aberto negativo

Válvulas de centro aberto negativo no circuito

Outras condições de centro

Centragem hidráulica do carretel

Controle por estrangulamento

Permite controlar a

velocidade de

deslocamento do

carretel, reduzindo

o choque no

sistema.

UNIFEIUNIFEI


Hidráulica 05

EME-26 Aula 05 23-08-2007


UNIFEI

Válvulas de Pressão

Estas válvulas são utilizadas principalmente para:

�Limitar a pressão máxima de um sistema (válvulas limitadoras);

�Reduzir a pressão em certas partes dos circuitos (válvulas reguladoras).

A base de operação dessas válvulas é o balanço entre pressão e força de mola.

Válvulas de controle de pressão

Válvula limitadora de pressão(válvula de segurança)

Exemplo com válvula de segurança

Quanto o atuador

esta parado a

válvula de

segurança permite a

passagem do óleo

para o reservatório.

Válvula de seqüência


Posição centralSem atuação

M


Recuo simultâneo dos atuadores

M


Avanço do atuador de fixação (pressão abaixo da válvula)

M


Avanço do atuador de furação (pressão

aciona válvula)

M

Válvula de contrabalanço

M

CARGA

Posição centralCarga parada


M

CARGA

Suspendendo a carga


M

CARGA


Descida da carga

Válvula redutora de pressão

MVálvula redutora de

pressão

Válvula de descarga

M

A válvula é ajustada

para a pressão do

acumulador.

Quando este estiver

carregado a válvula

abre e o fluxo da

bomba retorna ao

tanque nessa

pressão.

É necessário

acrescentar uma

válvula de retenção.

M


A válvula é ajustada

para a pressão do

acumulador.

Quando este estiver

carregado a válvula

abre e o fluxo da

bomba retorna ao

tanque em pressão

mínima.

Sistema de Alta e Baixa Pressão (Alta-Baixa)

Comparação

Válvula limitadora de pressão


Válvula redutora de pressão com retenção

Válvula de contrabalanço com retenção

Válvula de seqüência com retenção

Válvulas de Retenção

Válvulas de Retenção

Observação sobre segurança: em qualquer circuito com acumulador deve haver um meio de

descarregar automaticamente quando a

máquina é desligada.

Válvula de retenção pilotada

CARGA

A carga só descerá quando houver pressão suficiente na linha A para desbloquear a válvula.

A B

Válvula de retenção operada por piloto geminada

CARGA

A B

Saída A1 Saída B1

Entrada A Entrada B

B1A1

A B

B1A1

A B

Válvulas de Controle de Vazão

Orifício fixo Orifício variável

Válvulas controladoras de vazão

Válvula controladora de vazão variável

Válvula controladora de vazão variável com retenção integrada

Exemplo

Método de controle Meter-In

Utilizado quando o atuador deve empurrar ou levantar

uma carga.

controle na entrada

Método de controle Meter-Out

Utilizado quando a carga tende a “fugir” do atuador,

como na furação.

controle na saída

Método de controle Bleed-Off

É o sistema de menor precisão.

controle em desvio

Válvula controladora de vazão com pressão compensada

Qualquer mudança na pressão antes ou depois de uma válvula afeta o

fluxo.

Nas válvula com pressão compensada essas

mudanças são neutralizadas.

Válvula controladora de vazão com pressão compensada tipo restritora

êmbolo de compensação

A

B

Válvula controladora de fluxo comtemperatura e pressão compensadas

UNIFEIUNIFEI


Hidráulica 06

EME-26 Aula 06 30-08-2007


UNIFEI

Interprete o esquema e compreenda seu funcionamento

M

M

Atuador avançando

M

Atuador encerra o avanço

M

Atuador inicia o recuo

M

Atuador recuando

M

Atuador encerra o recuo

M

Atuador inicia o avanço

Válvula Desaceleradora

M

Posição central

Bomba trabalhando em pressão mínima

M

Recuo

Atuador move-se em velocidade máxima

M

Recuo


M

Avanço Inicial


M

Avanço Final

Atuador move-se em velocidade ajustada

Desaceleração com válvula direcional

M

B1

S1

Recuo


S1

B1

M

B1

S1

Avanço Inicial


S1

B1

M

B1

S1

S1

Avanço Final

Atuador move-se em velocidade ajustada

B1

Recordando alguns cálculos básicos


Tempo de deslocamento:

1000[l/min] Vazão

6[mm] Curso][cm Área

/s]Vazão [cm

]Volume [cm

Tempo [s]

2

3

3

×

××

==

Velocidade de deslocamento:

6][cm Área

[l/min] Vazão

]Área [cm100

s]/Vazão [cm

s]/ [mVelocidade22

3

×

=

×

=

A B

Cálculos básicos

A B

Volume de avanço: 2 litro (2.000 cm3)

Volume de recuo: 1 litro (1.000 cm3)

Vazão da bomba: 1 l/min

Curso do atuador: 50 cm

Tempo de avanço: min

Vazão induzida no avanço: l/min

Velocidade de avanço: m/min

Área do êmbolo: cm2

Tempo de recuo: min

Vazão induzida no recuo: l/min

Velocidade de recuo: m/min

Área da haste: cm2

2

0,5

0,25

1

2

0,5

40

20

Circuito Regenerativo

M

P

A

T

Retorno em velocidade normal, pois o fluxo da bomba é dirigido para

o lado da haste.

Tempo de recuo

Tr = ? min1QB= 1 l/minQB= 1 l/min

QeQe

QsQs

Vazão de saída

Qs = ? l/min

Vazão de entrada

Qe = ? l/min1

2

Área embolo: 40 cm2

Área haste: 20 cm2

Curso: 50 cm

Velocidade de recuo

Vr = ? m/min0.5

l1000

m13

×

×

×

m1m1

cm100cm100

×××

×××

×

Velocidade de Retorno

Área

Vazão

Velocidade =

][cm 20

[l/min] 1

2=

2

cmmin20

l 1

××

×

=

min m/5.0Velocidade =

2

cmmin20

l 1

××

×

=

min2

m 1

×

×

=

M

P

A

T



Avanço em

velocidade

acelerada, pois o

fluxo da bomba é

direcionado para o

lado da cabeça do

pistão e é somado

ao fluxo induzido

que sai do lado da

haste.

M

P

A

T



Qs

Qe

Tempo de avanço

Ta = ? min

Vazão de saída

Qs = ? l/min

Vazão de entrada

Qe = ? l/min

1

2

1

QB= 1 l/minQB= 1 l/min

Velocidade de recuo

Vr = ? m/min0.5

Velocidade de Avanço

Circuito Regenerativo 2:1

l1000

m13

×

×

×

êmbolo do Área

bomba da Vazão2

Velocidade

×

=

][cm 40

[l/min] 12

2

×

=2

cmmin40

l 12

××

××

=

min m/5.0Velocidade =

2

cmmin40

l 12

××

××

=

min4

m 2

×

×

=

m1m1

cm100cm100

×××

×××

×

Velocidade de Avanço = Velocidade de recuo

pois: área do êmbolo = 2 x área da haste

M

P

A

T



Quando a relação

de áreas entre

pistão e eixo é 2:1 a

velocidade de

avanço será igual à

velocidade de

retorno.

A força de avanço

fica reduzida à

metade, ou seja,

igual a de retorno.


Va

QsQe

QB

QsQQeB

+= 1

VaAcQs ×= 2

VaAeQe ×= 3

Aêmbolo

Acoroa


Ac

Qs

Va =

Ac

QsAe

Qe

×

=

De 2:

Ae

Qe

Va =

De 3: Ae

Qe

Ac

Qs

=

Chamando a relação entre áreas de K, tem-se:

Ac

Ae

K = 8QsKQe ×=7

5

6

Circuito RegenerativoTem-se:

6QsKQe ×=

7

QsQQeB

+= 1QsQQsK

B+=×

BQQsQsK =−×

BQ)1K(Qs =−×

1K

Q

QsB

−

=

Circuito RegenerativoTem-se agora:

7

QsQQeB

+= 1

1K

Q

QQeB

B

−

+=

1K

Q

QsB

−

=

1K

Q)1K(Q

QeBB

−

+−×

=

1K

Q)1K(Q

QeBB

−

+−×

=

1K

KQ

QeB

−

×

= 8

Circuito RegenerativoDessa forma tem-se:

)1K(Ac

Q

VaB

−×

=

Ac

Qs

Va = 5

71K

Q

QsB

−

=

Ou:

Ae

Qe

Va = 6

1K

KQ

QeB

−

×

= 8)1K(Ae

KQ

VaB

−×

×

=

Ac)1K(Ae

AeQB

×−×

×

=


Dados: QB, Ac e Ae

)1K(Ac

Q

VaB

−×

=

Ac

Ae

K =

Resumindo:

1K

Q

QsB

−

=

1K

KQ

QeB

−

×

=

Se relação 2:1 (Ae=2*Ac):

Ac

Q

VaB

=2K = BQQs =

BQ2Qe ×=

Neste caso a área da coroa circular (Ac) será igual a área da haste (Ah)

Acionamento em circuito aberto

Acionamento em circuito aberto

Deslocamento da bomba igual ao do motor: velocidade e torque de saída serão quase idênticos ao de entrada.

Deslocamento da bomba é metade do motor: velocidade de saída é metade da entrada e o torque o dobro.

Acionamento em circuito fechado


M


M

Válvulas Proporcionais

Válvulas Proporcionais

São válvulas que podem ser posicionadas em

infinitas posições, podendo ser direcionais,

limitadoras de pressão e reguladoras de vazão,

entre outras.

Válvulas ProporcionaisControle de vazão

Direcionais

Válvula Direcional Proporcional

São válvulas direcionais que, além de

controlar a quantidade do fluxo, também

controlam a sua direção.



1. Estágio da válvula piloto servo controlada;

2. Circuito eletrônico de controle;

3. Transdutor de posição (LVDT);

4. Estágio principal (válvula direcional).

LVDT?Linear Variable Differential Transformer (Transformador Diferencial

Variável Linear).

Sensor para medição de deslocamento linear baseado em três bobinas e um núcleo. A saída é proporcional ao deslocamento do

núcleo, que está fixado com o que se deseja medir.


UNIFEI


Pneumática 01

EME-26 Aula 07 06-09-2007


UNIFEI


Gerador: compressores (êmbolo, palhetas,

pistões, parafusos etc.);

Distribuidor: válvulas direcionais, válvulas de

pressão, válvulas de bloqueio etc.

Consumidor: cilindros lineares, motores,

cilindros rotativos, válvulas de vácuo, bicos

sopradores etc.

Fluido de Trabalho: ar atmosférico.

Pressão de operação: 1 até 15 bar (normal 6 bar).


� O fluido de trabalho (ar atmosférico) sem custo;

� Facilidade de condução do fluido de trabalho;


� Movimentos rápidos;

� Geração de vácuo utilizando o ar comprimido;

� Armazenamento fácil do fluido de trabalho;

� Escape de fluido “não causa” poluição ambiental (lubrificado com óleo mineral);

� Construção simples dos elementos de trabalho;

� Alto custo de preparação do ar comprimido;

Características

� Compressibilidade do fluido de trabalho;

� Forças reduzidas, quando comparado a

hidráulica;

� Escape do fluido de trabalho causa ruído e

“perda de energia” (furo ou vedação na

tubulação);

� Atualmente existem sistemas com

servoposicionamento (exatidão máxima de

parada 0,1 mm).

Características

Lixadeiras/PolidorasLixadeiras/Polidoras

ParafusadeirasParafusadeiras

LixadeiraLixadeira

FuradeiraFuradeira

PolicortePolicorte

Pintura

Britadeira

Grampeador

Pregadeira

Pregadeira

Abate de animais

Soprador de Folhas

Introdução

Uso do Ar Comprimido� No Velho Testamento há referências ao emprego do ar

comprimido na fundição de prata, ferro, chumbo e

estanho;

� No século III a.C., em Alexandria, o grego Ktesíbios

fundou a Escola de Mecânicos, tornando-se o

precursor da técnica de comprimir o ar para realizar

trabalhos mecânicos;

� No século III d.C. o grego Hero escreveu um trabalho

em dois volumes sobre as aplicações do ar

comprimido;

� O desenvolvimento da pneumática renasceu nos

séculos XVI e XVII com os grandes pensadores (Galileu,

Otto Von Guericke, Robert Boyle, Bacon etc.).

Conceito de pressões

� Pressão absoluta;

� Pressão relativa:

• Positiva (manométrica);

• Negativa (vacuométrica).

As indicações de pressão podem ter

como referência o zero absoluto (vácuo)

ou a pressão atmosférica.

Conceito de pressões

Pressão

0Zero

absoluto

Pressão atmosférica

Pa

P1

Pressão absoluta

P2

Pressão relativa positiva

Pressão relativa negativa

Lei dos gases perfeitos

Na pneumática pode-se tratar o ar como

um gás perfeito com suficiente exatidão,

sujeito a:

Constante

aTemperatur

VolumePressão

=

×

Para o processo de quase-equilíbrio, é necessário que

as propriedades do sistema sejam uniformes em

qualquer instante do processo, e que sofram variações

muito pequenas.

Lei dos gases perfeitos

Em um processo isotérmico, como em uma compressão lenta, tem-se:

2V2PV1P1 ×=×

No processo isobárico, como na

expansão de um gás, tem-se:

2T

2V

1T

V1

=

No processo isométrico, como o aquecimento de um

reservatório, tem-se :

2T

2P

1T

1P

=

Exemplo

O reservatório de ar

comprimido de um

compressor tem um

volume de 10 m3. O

reservatório se encontra

preenchido com ar

comprimido com uma

pressão relativa igual à 7

bar e uma temperatura de

20ºC.

Exemplo

1. Qual a quantidade de ar no estado normalizado

(1 bar, 20ºC) contido no reservatório?

Pabsoluta = Prelativa + Patmosférica

Pabsoluta = 7 + 1 = 8 bar

Tinicial = Tfinal = 20ºC

P1xV1 = P2xV2

8x10 = 1xV2

V2 = 80 m3

Processo isotérmico

Exemplo

2. Qual a máxima quantidade de ar utilizável?

Vútil = Vtotal - Vreservatório

Vutil = 80 – 10

Vutil = 70 m3

Exemplo

3. Desprezando a dilatação do reservatório, que

pressão se forma em seu interior estando

fechado e com um aumento da temperatura

para 65ºC?

P1xV1 / T1 = P2xV2 / T2

V1 = V2 = 10 m3

P1 / T1 = P2 / T2

8 / (273+20) = P2 / (273+65)

P2 = 8x338 / 293

P2 = 9.23 bar

Processo isométrico

Composição do Ar

� 78,08% de Nitrogênio (N2);

� 20,95 % de Oxigênio (O2);

� 0,97% outros gases:

� Argônio (Ar); ▪ Dióxido de Carbono (CO2);

� Neon (Ne); ▪ Monóxido de Nitrogênio (NO);

� Hélio (He); ▪ Kriptônio (Kr);

� Metano (CH4); ▪ Hidrogênio (H2);

� Xenônio (Xe); ▪ Ozônio (O3);

� Radônio (Rn).

Vapor de Água

� A capacidade de

absorção de vapor d’água

pelo ar depende da

temperatura;

� Quando a capacidade

máxima for ultrapassada

o vapor se condensa

(ponto de orvalho);

� Umidade relativa é o valor

real dividido pelo valor

máximo. 600100

29280

13060

8350

5140

3030

17.220

9.410

4.90

2.1-10

0.9-20

Água (g/m3)T (ºC)

Propriedades do ar

Compressibilidade

Elasticidade

Propriedades do ar: difusibilidade

Ar Gases

Válvula fechada

Mistura homogênea

Válvula aberta

Propriedades do ar: expansibilidade

Ar

Válvula fechada

Vácuo

Ar

Válvula aberta

Ar

Propriedades do ar: expansibilidade

Produção do Ar Comprimido

Qualidade do ar comprimido

� Pressão;

� Vazão;

� Teor de água;

� Teor de partículas sólidas;

� Teor de óleo.

As seguintes variáveis são importantes na geração e distribuição do ar

comprimido:

Compressor

� Quando o ar é comprimido sua temperatura se

eleva;

� O vapor de água contido no ar (umidade relativa)

é concentrado e transforma-se em vapor com

alta temperatura;

� No resfriamento do ar comprimido o vapor se

condensa;

� Partículas sólidas também podem estar

presentes (fragmentos de óleo queimado,

partículas metálicas do compressor e partículas

aspiradas pelo compressor).

Preparação do ar comprimido

Consiste em:

�Compressão;

�Redução da temperatura;

�Remoção de água;

�Remoção de partículas sólidas;

�Controle da pressão;

�Adição de lubrificante.

Preparação do ar comprimido

Produção e distribuição do ar comprimido

� Filtros;

� Compressor;

� Lubrificador;

� Reservatório;

� Controle de umidade;

� Controle de temperatura;

� Rede de distribuição.

Tipos de compressores

� Deslocamentos dinâmicos:

� Ejetor;


� Ejetor;

� Fluxo radial;



� Ejetor;

� Fluxo radial;

� Fluxo axial;



� Ejetor;

� Fluxo radial;

� Fluxo axial;

� Deslocamentos positivos:

� Rotativos:

• Roots;



� Ejetor;

� Fluxo radial;

� Fluxo axial;


� Rotativos:

• Roots;

• Palhetas;



� Ejetor;

� Fluxo radial;

� Fluxo axial;


� Rotativos:

• Roots;

• Palhetas;

• Parafuso.



� Ejetor;

� Fluxo radial;

� Fluxo axial;


� Rotativos:

• Roots;

• Palhetas;

• Parafuso.

� Alternativos:

• Pistão;



� Ejetor;

� Fluxo radial;

� Fluxo axial;


� Rotativos:

• Roots;

• Palhetas;

• Parafuso.

� Alternativos:

• Pistão;

• Diafragma.


Turbocompressor radial

Motor elétrico

RotorEngrenagens

para elevação de rotação

Compressor de parafuso

Motor elétrico

Compressor de parafuso

Elevação de rotação

Compressor

Tamanhos de compressores

até 40 litros por minuto e

potência de entrada menor que

15 kw.

de 40 até 300 litros por minuto

e potência de entrada entre 15 e

100 kW;

acima de 300 litros por

minuto e potência de entrada

acima de 100 kW.

Grandes:

Médios:

Pequenos:

Escolha de compressores

Região de atuação de cada compressor no gráfico: Pressão x Vazão

psig: pounds per square inchgauge - libras por polegada quadrada manométrica.

pcm: pés cúbicos por minuto

Resfriador Posterior

Resfriador posteriorPermite retirar entre 75% a 90% do vapor de água do ar, bem

como vapores de óleo do compressor.

Símbolo

Entrada do ar

Fluxo do ar

Saída da água de

refrigeração

Dreno

Saída do ar

Entrada da água de refrigeração

Separador

Desumidificação do Ar

Secagem por Refrigeração

Secagem por absorção

Secagem química.

O ar passa por material higroscópico (Cloreto de Cálcio, Cloreto de Lítio,

Dry-o-Lite) e reage.

O material higroscópico pode ser insolúvel ou

deliquescente (reage e se torna líquido).

É necessário substituir o material de tempos em

tempos.

Secagem por adsorção



Reservatório

Reservatório

1. Manômetro

2. Válvula registro

3. Saída do ar comprimido

4. Entrada do ar

5. Placa de identificação

6. Válvula de alívio

7. Escotilha para inspeção

8. Dreno

Dreno

Arsaturado

Condensado

Dreno

Arsaturado

Condensado

Reservatório

Dreno

Manômetro

Saída do ar

Entrada do ar

Válvula de alívio

Condensado

Distribuição do Ar Comprimido

Rede em circuito aberto

Distribuição de ar comprimido

É a mais simples. Deve ser montada com um declive de 1 a 2% na direção do fluxo (para garantir a

eliminação da água que se condensa).

Rede em circuito fechado


Permite que o ar flua nas duas direções, reduzindo o problema de condensação. Neste caso a

distribuição deriva diretamente do anel.

Reservatório secundário



Permite que o ar flua nas duas direções, reduzindo o problema de condensação. Neste caso a

distribuição deriva de tubulações transversais.

Reservatório secundário



Válvulas de fechamento de linha permitem o isolamento de seções para inspeção,

manutenção e modificação.

� Pernas com dreno

para coletar e

remover água;

� Inclinação da

tubulação;

� Conecções no topo

das tubulações

principais para

evitar água;

� Unidade de

condicionamento

(Lubrefil) antes de

cada aplicação.



Eliminação da água (condensado)

Drenos (Purgadores)

� Devem ser instalados em

todos os locais baixos da

tubulação;

� Os drenos podem ser

manuais ou automáticos;

� Devem possuir válvulas de

fechamento de linha para

manutenção do dreno.

Dreno semi-automático

� Quando a pressão é

desligada a válvula abre-se

automaticamente;

� Na maior parte das

aplicações o copo não se

encherá durante o ciclo

diário;

� O dreno pode ser aberto

manualmente se

necessário.


� Sem pressão a mola

mantém o dreno aberto e a

água pode fluir livremente.


� Com pressão a mola é

comprimida e mantém o

dreno fechado.


� Durante a operação o copo

vai recolhendo a água.


� Quando a pressão se

encerra a água flui.

Dreno automático

Mesmo com

pressão uma bóia

abre a saída da

água quando o

nível está alto (2).

Independente do

nível a bóia se abre

quando a pressão

cessa (3).

1 2 3

Símbolos de separadores de água

Com drenagem manual

Com drenagem automática

Regulador de Pressão

Válvula reguladora de pressão

2

4 6

8

10

40

80

120

lbf/in2

bar

P1 P2

2

4 6

8

10

40

80

120

lbf/in2

bar

P1 P2

Reduz a pressão P1

para a pressão de

trabalho desejada P2.


2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

P1 P2

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

P1 P2

Quando não há vazão

a válvula fica fechada.


Para elevar a pressão

ajustada deve-se

puxar o botão de

ajuste para cima e

girar no sentido

horário.

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

P1 P2

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

P1 P2


Para reduzir a pressão

ajustada deve-se

puxar o botão de

ajuste para cima e

girar no sentido anti-

horário.

O excesso de pressão

é liberado para a

atmosfera.

P1 P2

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

P1 P2

2

4 6

8

10

4080

120

lbf/in2

bar

Simbologia da válvula reguladora de pressão

Válvula de Alívio


Limita a pressão de um

reservatório,

compressor, linha de

pressão etc.

O aumento de pressão

vence a força de uma

mola que libera o

excesso para a

atmosfera.SaídaEntrada SaídaEntrada


Limita a pressão de um

reservatório,

compressor, linha de

pressão etc.

O aumento de pressão

vence a força de uma

mola que libera o

excesso para a

atmosfera.SaídaEntrada SaídaEntrada

Lubrificador de ar comprimido


Os componentes

pneumáticos possuem

partes móveis,

sujeitas à desgastes.

O correto acréscimo

de óleo no ar

comprimido permite

que os componentes

tenham grande

durabilidade.


O gotejamento de óleo ocorre

pelo diferencial de pressão. É

visível para permitir o ajuste.

Válvula de retenção evita o

retorno do óleo quando não

há fluxo.

P1

P2

P1

P2P1

P2

P1

P2

O copo de policarbonato permite

inspecionar o nível do óleo.

Copos de metal possuem uma

janela de vidro.

Ajuste da taxa de gotejamento.

Simbologia do lubrificador de ar comprimido

Unidade de Condicionamento

(Lubrefil)

Unidade de condicionamento

� Lubrefil - Lubrificação, Regulação de

pressão e Filtro (FRL - Filter, Regulator

and Lubricator);

� Devem ser usadas antes de cada

aplicação pneumática para garantir ar

seco, limpo, na pressão correta e com

lubrificação adequada;

� Modular e com sistema de conecção

rápida.



Filtro e regulador de

pressão Lubrificador


Visor de nível

Filtro

Separa e coleta

contaminantes (água e

partículas sólidas).

Elemento filtrante;

Copo de policarbonato;

Água retida;

Dreno manual (1/4 de volta);

Filtro com copo metálico

Usado quando:

� Temperatura acima de 50ºC;

� Pressão acima de 10 bar;

� Ambiente com solventes.

Visor

Filtro com indicador de estado

Com o uso o fluxo através

do filtro vai sendo reduzido.

O diferencial de pressão

eleva o diafragma que vai

cobrindo o indicador verde

com o indicador vermelho.

Filtro coalescente

Coalescência é a

união de pequenas

gotículas e

gotículas maiores.

Retém 99,9% de

todas as partículas

entre 0.3 e 0.6 µµµµm.

Reduz a

contaminação de

óleo de 20 ppm para

0.004 ppm.

Filtro coalescente

Entrada do fluxo

Camada sintética de drenagem Saída do

fluxo

Retentor rígido

Tela de manuseio

Contato firme de intertravamentoentre os meios e

retentor

Secção coalescente moldada em uma

única peça (contínua)

Filtro coalescente

Simbologia

Filtro

Filtro com dreno manual

Filtro com dreno automático

Compressor e resfriador

integrados

Indicador de

pressão

Dreno de

condensado

Válvula de

dreno

Reservatório

de ar

Tubulação de

distribuição

SWP

10bar

Válvula de isolamento

Válvula de

segurança

Compressor e resfriador

integrados

Indicador de

pressão

Dreno de

condensado

Válvula de

dreno

Reservatório

de ar

Tubulação de

distribuição

SWP

10bar

Válvula de isolamento

Válvula de

segurança

Unidade de ar comprimido

M

Símbolo para compressor integrado

MM

Símbolo para compressor integrado

Unidade de ar comprimido

Localização do compressor

� Introdução;

�Características;

�Exemplos de aplicação;

�Conceito de pressão;

�Umidade do ar;

�Produção do ar comprimido:

• Bombas; • Resfriador;

• Secador; • Reservatório;

• Drenos; • Filtros;

• Lubrificador; • Lubrefil.

Resumo

UNIFEIUNIFEI


Pneumática 02

EME-26 Aula 09 20-09-2007


UNIFEI

� Introdução aos sistemas pneumáticos;

�Características;

�Exemplos de aplicação;

�Conceito de pressão;

�Umidade do ar;

�Produção do ar comprimido:

• Bombas; • Resfriador;

• Secador; • Reservatório;

• Drenos; • Filtros;

• Lubrificador; • Lubrefil.

Resumo da aula anterior

Atuadores Pneumáticos

Lineares

Introdução� Atuadores pneumáticos incluem cilindros

lineares e atuadores rotativos;

� São dispositivos que providenciam potência e

movimento para sistemas automáticos,

máquinas e processos;

� Um cilindro pneumático é um dispositivo

simples, de baixo custo, fácil de instalar e

ideal para produzir movimentos lineares;

� A velocidade pode ser ajustada em uma larga

faixa;

� Um cilindro pode ser travado sem danos.

Atuadores pneumáticos � Cilindro de simples ação (com e sem retorno por mola);

� Cilindro de dupla ação (sem amortecimento);

� Cilindro de dupla ação (amortecimento fixo ou ajustável);

� Cilindro de dupla ação com haste passante;

� Cilindro de membrana;

� Cilindro sem haste;

� Cilindro de múltiplas posições;

� Cilindro Tandem ou cilindro duplex;

� Cilindro duplex geminado;

� Cilindro de percussão ou cilindro de impacto;

� Cilindro telescópico;

� Fole;

� Rotativos.

Construção básica1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Anel de amortecimento

Imã

Cilindro de amortecimento

Corpo

Bucha de vedação e guia

Anel limpador

Tampa superior

Entrada de ar

Reed switch

Haste do pistão

Haste do pistão

Vedação

Tampa inferior

Parafuso de amortecimento

Cilindro de simples ação e retorno por mola

� Consumo de ar num sentido;

� Forças de avanço reduzida devido à mola (em 10%);

� Baixa força de retorno (devido à mola).

Simples ação e retorno por mola

Simples ação sem mola

Retorno por gravidade ou outra

força externa


� Cilindros de dupla ação usam ar comprimido para avançar e recolher a haste;

� Permite melhor controle de velocidade;

� Sem amortecimento, amortecimento fixo e amortecimento variável.

� Cilindros sem amortecimento são adequados para trabalhar com o curso completo em baixa velocidade;

� Altas velocidades requerem amortecimento externo.

Cilindro de dupla ação sem amortecimento

� Normalmente os pequenos cilindros costumam ter amortecedores fixos.

Cilindro de dupla ação com amortecimento fixo

Cilindro de dupla ação com amortecimento fixo

Os amortecedores são discos instalados nas tampas do cilindro.

Reduz progressivamente a velocidade da haste na parte final dos movimentos.

Cilindro de dupla ação com amortecimento ajustável

Cilindro com amortecimento

Projetado para desacelerar os movimentos de grandes massas nos fins de curso, prolongando a

sua vida útil do atuador.

� Pistão movendo-se para a esquerda com velocidade;

� O ar sai pelo centro do anel de amortecimento.

Amortecimento regulável


� A ponta do eixo encaixa-se no anel, bloqueando a passagem de ar pelo centro;

� O ar escapa pelo orifício ajustável.


� O parafuso ajusta a saída do ar de modo que pistão, haste e carga aproximem-se suavemente da tampa.


� Ar é injetado para avançar a haste;

� O anel de amortecimento é deslocado para a direita, permitindo maior passagem de ar do que pelo orifício.


O pistão inicia o movimento de avanço da haste sem a restrição do parafuso de ajuste.

Cilindro de dupla ação com imã

Um imã fixado no pistão opera chaves magnéticas (reed switches) para indicar a

posição da haste.

Cilindros de membrana

� Altas forças (até 25000 N);

� Curso limitado (60 mm);

� O atrito é consideravelmente menor.

Haste

Membrana

Entrada de ar

Cilindro de dupla ação com haste passante

� Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos;

� Absorve pequenas cargas laterais;

� Força igual nos dois sentidos.

Cilindro de dupla ação com haste passante

Cilindro sem haste

Usado para cursos muito grandes, quando

surgem problemas de flambagem na haste de

um cilindro comum.

Com imã

Com tubo fendido

Com cabo ou fita

Cilindro sem haste

Cilindro sem haste com amortecimento ajustável

Cilindro sem haste – Exemplo de aplicações

Cilindro de múltiplas posições

Aplicado em mudança de desvios, acionamento

de válvulas etc.

Cilindro duplex geminado

Consiste em dois ou mais cilindros de dupla ação, unidos entre si. Essa união possibilita a obtenção

de três, quatro ou mais posições distintas.

1 2 3 4

Cilindro duplex geminado

Cilindro Tandem

� Grande força com pequeno diâmetro;

� Somente para pequenos cursos.

Cilindro Tandem

Cilindro de percussão ou cilindro de impacto

Apresenta um pequeno curso. É aplicado em prensas pneumáticas para forjamento, britadeiras,

rebitadeiras etc.

Cilindro de impacto

Circuito de controle� No esquema a válvula está na

posição que mantém o

cilindro recolhido;

� Quando a válvula é operada a

câmara superior é

pressurizada e o volume sob

o pistão é liberado.

� A pressão no topo atinge

rapidamente o máximo, mas

o cilindro só dispara quando

a pressão inferior cair para

cerca de 1/9 da superior

(relação entre áreas mais

comum).

Cilindro Telescópico

Apresenta curso longo e dimensões reduzidas de comprimento, porém um diâmetro grande face à força gerada. É

aplicado em máquinas que precisam de um longo curso e comprimento reduzido.

Cilindro Telescópico

Cilindros de fixação

Pequeno curso e grande força. Retorno por mola ou dupla ação.



Força de um atuador pneumático

Exemplo: calcular a força teórica de avanço e recuo de um atuador com pistão de 50 mm de diâmetro, haste de 20 mm de diâmetro e pressão de 8 bar.

N 1571

40

850

F

2

=

××π

=

( )N 1319

40

82050

F

22

=

×−×π

=

Avanço

Recuo

Força de oposição da mola

� Calcular a força de um cilindro de simples ação com mola é mais complicado.

� A força de oposição da mola aumenta progressivamente enquanto o cilindro atua. Esta força deverá ser subtraída da força teórica encontrada.

Consumo de ar do cilindro

Para um cilindro de dupla ação o volume de ar necessário é dado por um ciclo completo.

� Avanço

� Recuo

Onde:

D = diâmetro do êmbolo (mm)

d = diâmetro da haste (mm)

V = volume de ar (dm3)

S = curso (mm)

Ps = pressão manométrica de trabalho (bar)

Pa = pressão atmosférica (assumido com sendo 1 bar)

6

2

10)PaPs(S

4

D

V−

×+××

×π

=

( )6

22

10)PaPs(S

4

dD

V−

×+××

−×π

=

Fole (Bellows)

Fole (Bellows)

Atuadores Pneumáticos

Rotativos

Atuadores oscilantes

Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num movimento rotativo com ângulo

limitado de rotação.

Atuador com cremalheiraCilindro de aleta

giratória

Atuador oscilante (270º)

Atuadores oscilantes

Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão



1- Corpo do cilindro 6- vedação do pistão 11- Ajuste do ângulo

2- Corpo do atuador 7- Cremalheira 12- Ajuste do amortecimento

3- Tampa do cilindro 8- Pinhão 13- Imã

4- Eixo 9- Pistão 14- Suporte da cremalheira

5 - 10- União

1- Corpo do cilindro 6- vedação do pistão 11- Ajuste do ângulo

2- Corpo do atuador 7- Cremalheira 12- Ajuste do amortecimento

3- Tampa do cilindro 8- Pinhão 13- Imã

4- Eixo 9- Pistão 14- Suporte da cremalheira

5 - 10- União

Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão com duplo torque

Motor pneumático de pistão

Radial Axial

Motor pneumático de pistão

Motor pneumático de palhetas

Este tipo de compressor tem a vantagem de possuir pequeno peso e ser de simples

construção.



Motor pneumático tipo turbina

Os turbo-motores são empregados somente

em trabalhos leves como por exemplo em

equipamentos dentários que podem chegar

a 500.000 rpm. O modo de trabalhar é o

contrario de um turbo-compressor.

Motor pneumático tipo turbina

Unidade hidropneumática

Permite o posicionamento preciso e o controle da velocidade, mesmo com cargas variáveis.


A – Haste E – Válvula de retenção

B – Tubo de transferência F – Cilindro compensador (reservatório)

C – Válvula de fluxo G – Haste indicadora do cilindro compensador

D – Parafuso de ajuste

A – Haste E – Válvula de retenção

B – Tubo de transferência F – Cilindro compensador (reservatório)

C – Válvula de fluxo G – Haste indicadora do cilindro compensador

D – Parafuso de ajuste


Acessórios para montagem

Montagens rígidas

Flange traseira

Flange frontal

Cantoneiras

Extensão dos tirantes

Montagens articuladas

Flambagem

Absorvedor de choque

� Para desaceleração suave de grandes

massas e velocidades;

� Suplementa ou sobrepõe os cilindros com

amortecimento próprio;

� Ajustáveis e fixos.

Absorvedor de choque

Construção

Micro cilindros

� Êmbolo de 2.5 mm a 6 mm de diâmetro;

� Normalmente simples ação/retorno por mola;

� Pressão de operação: 2.5 a 7 bar.

Modos construtivos

Instalação

Instalação

Instalação

Instalação

Instalação

Guias Lineares e Atuadores Anti-

Giro

Atuador com guia linear

Para aplicações onde a carga movida pelo pistão deve manter um orientação

Guias lineares

Atuador Anti-Giro

Atuador Anti-Giro

Elementos de Controle

Válvulas

� São elementos de comando;

� Regulam a vazão, pressão e direção:

• Válvulas direcionais;

• Válvulas de bloqueio;

• Válvulas de pressão;

• Válvulas de fluxo (ou vazão);

• Válvulas de fechamento.

Simbologia

Tipos de Acionamentos

� Botoeira;

� Por alavanca;

� Por pedal.

Válvulas de sede ou de assento

Elemento de vedação das válvulas de assento podem ser esferas, pratos ou cones.

Válvulas de sede esférica

� Simples construção;

� Preço vantajoso.

Válvulas de sede ou de prato

Melhor vedação

Válvula direcional de prato de três vias acionada pneumaticamente

Válvulas corrediças (tipo gaveta)

� Força de atuação pequena;

� Curso é mais longo do que em válvulas de assento;

� Vedação destas válvulas é problemática.

Válvula corrediça plana longitudinal

Melhor vedação

Válvula corrediça giratória� Construídas para acionamento manual ou por pedal;

� Difícil adaptar outro tipo de acionamento a essas válvulas;

� Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças podem ser comunicados seus canais entre si.

Válvula de retenção com mola

� Bloqueia completamente a passagem em uma direção e na direção, o ar passa com a mínima queda de pressão.

� O fechamento pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana.

Válvula “OU”

Tendo pressão em qualquer uma das duas entradas tem-se pressão na saída.

A = X + Y

Válvula “E”Tem-se pressão na saída somente se as duas entradas tiverem pressão simultaneamente.

A = X . Y

Válvula de escape rápido

� Aumentam a velocidade no cilindro;

� Usadas próximas aos cilindros (principalmente de ação simples).


� Regulam a pressão da linha secundária;

� Pressão de trabalho constante;

� Estabilidade dos elementos de trabalho.

Válvula reguladora de fluxo bidirecional

Influencia o fluxo de ar comprimido

Válvula reguladora de fluxo unidirecional

Válvulas de fechamento

Abrem e fecham a passagem de fluxo

Válvulas de retardo•Temporizador;

•Segurança.

Contadores

Controle e monitoramento de operações seqüenciais.

Sensor fluídico de proximidade

Sensor fluídico de proximidade trabalha sem contato mecânico, detectando a presença ou

passagem de algum objeto

Geradores de vácuo

� Efeito Venturi;

� Bomba de vácuo.

Geradores de vácuo compactos

Ventosas

Fixação e transporte de cargas

UNIFEI

1

Introdução à hidráulica

Prof. Edir dos Santos Alves (FengPUC - RS)

1 - Simbologia

Os componentes hidráulicos são representados por símbolos para facilitar o

desenho de circuitos hidráulicos. Na maioria da bibliografia liga à indústria os símbolos

são baseados em normas conforme a nacionalidade da publicação, mas, em geral é

usada a norma ISO 1219.

O objetivo dos símbolos é mostrar o tipo ou função da conexão de componentes

e trajetórias de fluidos. Símbolos básicos podem ser combinados para formar um

símbolo composto. Eles não dão a indicação do tamanho e não são orientados numa

direção particular.

Onde um elemento de controle é mostrado sobre um componente este não

representa a sua localização física verdadeira. É usual representar os símbolos em sua

condição de não funcionamento, parado.

Uma seta transversal sobre um elemento hidráulico indica

ajuste ou variação.

Uma linha cheia representa uma linha de fluxo, ela não dá uma

indicação da pressão na linha. Pode ser uma linha de sucção,

pressão ou retorno ao tanque.

Uma linha de drenagem é aquela que representa uma tomada

do elemento para que o fluido retorne para o reservatório, é

representa por linha tracejada com traço curto.

Uma linha piloto, ou seja, que é usada para transmitir um sinal

de pressão de um ponto a outro com vazão mínima é

representada com linha tracejada com traço longo.

Na maioria das vezes as linhas de drenagem e piloto não são diferenciadas,

porque são facilmente identificadas devido às suas aplicações. Uma linha de drenagem

sempre tem uma representação do reservatório.

Uma válvula de retenção consiste de uma

esfera ou carretel que é mantida fechada pela

ação de uma mola. Verificar representação.

Caso a pressão que a válvula de retenção

deverá abrir seja crítica para o funcionamento

do circuito, a mola que mantém a válvula de

retenção fechada deverá ser representada.

2

A válvula de retenção pode ser pilotada

remotamente. Neste caso o piloto é usado

para retirar do assento a esfera e permitir a

passagem de fluido no sentido normalmente

fechado da válvula. A válvula é conhecida

como válvula de retenção pilotada.

Similarmente, o piloto pode ser empregado

para evitar que a válvula abra.

Válvulas de controle direcional são representadas com uma quantidade de

retângulos; se existirem dois retângulos a válvula tem dois estágios ou posições que

ela pode assumir.

A representação da linha da tubulação de trabalho deve ser representada em

apenas um dos retângulos; ela é representada naquela posição em que a válvula fica

inoperante. Uma válvula com duas tomadas tem duas conexões e pode ser aberta ou

fechada. Observar as duas formas de representação.

Efetuando a combinação das duas e fazendo que uma mola mantenha a válvula

aberta, teremos uma representação como mostrado na figura abaixo .

Uma forma mais conhecida de uma válvula de controle direcional é com quatro

tomadas.

3

As tomadas (ou portas ou orifícios) são representadas por letras: P é o

fornecimento ou pressão; T é retorno ou tanque; A e B são as tomadas de trabalho. No

retângulo da esquerda P está conectado com A e B ao T, este é muitas vezes

designado como "posição paralela". No lado direito do retângulo, P está conectado com

B e A com T; isto inverte a conexão e é algumas vezes chamado de "posição cruzada".

Para visualizar a operação de uma válvula de controle direcional imagine a tubulação

de trabalho permanecendo fixa e a os retângulos efetuando movimento.

As válvulas direcionais podem ser operadas manualmente, mecanicamente,

eletricamente, pneumaticamente ou hidraulicamente. O método de operação é

mostrado na extremidade lateral do retângulo ao qual a válvula é operada, embora isto

não represente uma posição física.

Uma válvula para controle de pressão pode ser normalmente aberta ou

normalmente fechada. Uma válvula de controle de pressão é representada através de

um único retângulo com uma passagem sobre ela. A condição de normal aberta ou

fechada dependerá da função da válvula.

Uma mola ajustável mantém a válvula de controle de pressão em sua condição

normal. Um sinal piloto atua contra a mola para mudar o estado da válvula quando a

pressão piloto excede o valor de ajuste fixado na válvula pela mola de controle. O piloto

pode ser estar localizado internamente ao corpo da válvula, ou de uma fonte remota.

4

Uma válvula de controle de fluxo é mostrada como uma restrição na linha de

fluxo. Se o controle do fluxo é ajustável, o mesmo é indicado por uma seta transversal.

As mesmas podem controlar o fluxo em apenas uma direção; ou ter a capacidade de

efetuar o controle do fluxo independente da pressão e viscosidade, chamada de válvula

de controle de fluxo compensada.

Bidirecional

Unidirecional

Controle de Fluxo

Compensada

Um símbolo formado por um circulo representa uma unidade rotacional (bomba

hidráulica ou motor hidráulico). Um triângulo preenchido mostra a direção que o fluido

escoa, para fora da unidade é uma bomba e para dentro é um motor.

Bomba

hidráulica

unidirecional

de

deslocamento

fixo

5

Bomba

hidráulica

reversível com

deslocamento

variável

Motor

hidráulico

unidirecional

de

deslocamento

fixo

Motor elétrico

e

motor térmico

Um cilindro hidráulico é representado como corpo do cilindro, pistão e haste.

Amortecedores são colocados nos cilindros para suavizar as paradas ao atingirem suas

posições extremas e são representados junto com o pistão.


sem amortecimento

Simbologia simplificada


com amortecimento

Simbologia simplificada

6

Acessórios de condicionamento são representados através de losangos

regulares.

Filtro

sem desvio

Filtro

com desvio

Resfriador

Aquecedor

Rotâmetro

Pressostato

7

Estes são alguns símbolos mais empregados. Uma vez que os princípios

básicos estão entendidos,a a função do elemento que eles representam será

facilmente identificada, especialmente quando considerado no contexto de um circuito

específico. Fabricantes de equipamentos hidráulicos modificam e combinam os

símbolos padronizados para indicar mais corretamente a operação de seus produtos.

2 - Fluidos hidráulicos

O fluido hidráulico, numa instalação hidráulica tem como função principal,

transmitir forças e movimentos.

Através das várias possibilidades de utilização e aplicação dos acionamentos

hidráulicos, exigem-se outras funções e propriedades dos fluidos hidráulicos.

Como não existe fluido hidráulico ideal para todos os campos de utilização, é

necessário considerar características específicas na sua escolha. Só assim é possível

uma operação econômica e sem falhas.

2.1 - Requisitos dos fluidos hidráulicos

O fluido hidráulico deve estar em condições de umedecer as peças móveis com

uma película de lubrificação que não se rompa. A película de lubrificação poderá

romper-se devido à pressões altas, alimentação insuficiente de óleo, baixa viscosidade

e movimentos lentos ou muito rápidos de deslizamento. A conseqüência é desgaste por

engripamento.

Além do desgaste por engripamento, poderá haver ainda desgaste por abrasão,

por fadiga e por corrosão.

O desgaste por abrasão ocorre quando os fluidos hidráulicos estão sujos, não

filtrados convenientemente, contaminados com partículas sólidas (por ex. abrasão por

metais, carepa, areia etc.) ao separarem as peças deslizantes entre si. Do mesmo

modo as partículas estranhas poderão ser transportadas por altas velocidades do

fluido, e causarem abrasão nos componentes.

Através da cavitação pode-se alterar a estrutura nos componentes, levando-os

ao desgaste por fadiga. Desgaste profundo poderá ocorrer nos mancais das bombas,

através da contaminação do fluido hidráulico com água.

Através de paradas prolongadas da instalação hidráulica, e utilização de fluidos

hidráulicos não apropriados, poderá ocorrer desgaste por corrosão. Forma-se a

ferrugem por atuação da umidade sobre as áreas de deslizamento, e isto conduz ao

desgaste acentuado dos componentes.

2.2 - Viscosidade

Como viscosidade entende-se a propriedade de um fluido hidráulico, à

resistência contra o deslocamento laminar de duas camadas vizinhas do fluido

hidráulico.

A característica mais importante na escolha de um fluido hidráulico, é a

viscosidade. Ela não caracteriza a qualidade de um fluido hidráulico, mas define o seu

comportamento numa determinada temperatura de referência. Para a escolha de

componentes hidráulicos, é importante considerar os valores máximos e mínimos de

8

viscosidade, indicados nos catálogos dos fabricantes de componentes hidráulicos,

devido ao limite de capacidade dos mesmos.

O fluido hidráulico também não deve, mesmo num extenso campo, ficar mais

"viscoso" ou "menos viscoso", no caso de variações de temperatura, caso contrário iria

variar a vazão em pontos de estrangulamento (alteração da velocidade dos

consumidores).

Fluidos hidráulico com alto índice de viscosidade são necessários sobretudo em

utilizações sujeitas à altas variações de temperatura, como máquinas de trabalho

móbil, veículos e aviões.

A viscosidade de fluidos hidráulicos altera-se com o aumento da pressão. Nas

pressões acima de 200 bar esta propriedade precisa ser observada no planejamento

de instalações hidráulicas. Com aproximadamente 400 bar já pode ser alcançado um

valor dobrado da viscosidade.

2.3 - Características importantes

A seguir, serão destacadas as qualidades e exigências para um fluido hidráulico

num sistema hidráulico "exigente".

Compatibilidade com materiais: O fluido hidráulico deve apresentar uma alta

compatibilidade com outros materiais utilizados em instalações hidráulicas, como

materiais para mancais, vedações, pinturas etc. Este também é o caso, que o fluido

hidráulico esteja vazando da instalação hidráulica, e entre em contato com outras

partes como cabos elétricos, peças mecânicas etc.

Resistência contra solicitação térmica: O fluido hidráulico poderá aquecer-se

durante a operação da instalação (se possível não acima de 80ºC). Nos tempos de

parada o fluido hidráulico esfria novamente. Estes processos repetidos influem sobre a

vida útil do fluido hidráulico. Por isso em muitas instalações, a temperatura de operação

do fluido hidráulico, é mantida constante com trocadores de calor (aquecimento e/ou

resfriamento).

A vantagem é uma curva característica de viscosidade estável e uma maior vida

útil do fluido hidráulico. Como desvantagens devem ser citadas aqui os maiores custos

de aquisição e operação (energia para aquecimento e água/ar para o resfriamento).

Resistência à oxidação: O processo de envelhecimento de óleos minerais sofre

a influência do oxigênio, calor, luz e catalização. Um óleo mineral com alta resistência

ao envelhecimento, possui inibidores de oxidação que evitam uma rápida recepção do

oxigênio. Um aumento na recepção do oxigênio favorecerá adicionalmente a corrosão

de peças construtivas.

Cobre, chumbo, bronze, latão e aço, tem efeito catalítico especialmente alto e

influem sobre a vida do fluido hidráulico.

Estes materiais ou combinações de materiais encontram-se muitas vezes nos

elementos construtivos hidráulicos.

Baixa compressibilidade: o ar solúvel transportado num fluido hidráulico

condiciona a compressão da coluna do fluido hidráulico. Esta característica tem

influência na precisão de acionamentos hidráulicos. Nos processos de comando e

regulação, a compressibilidade influi nos tempos de resposta. Se grandes volumes sob

pressão forem abertos rapidamente, ocorrem golpes de descarga na instalação. A

compressibilidade do fluido hidráulico, o mesmo aumenta com temperatura ascendente

e diminui com pressão ascendente.

9

Como valor teórico para óleo mineral, para cálculos práticos, pode-se adotar um

fator de compressibilidade de 0,7 a 0,8% por 100 bar. Para o fluido "água" pode-se

adotar um fator de 0,45% por 100 bar.

A compressibilidade sobe consideravelmente, quando é transportado ar não

solubilizado (bolhas de ar). Através de tamanho incorreto do reservatório e construção

errada do reservatório, bem como tubulação inadequada, o ar não solubilizado não

consegue separar-se do fluido hidráulico, e com isto piora o fator de compressibilidade

consideravelmente.

Baixa expansão por temperatura: Se o fluido sob pressão atmosférica for

aquecido, aumenta o seu volume. Nas instalações com grande volume de

preenchimento, a temperatura posterior de operação da instalação, deverá ser

considerada.

Exemplo: O volume do óleo mineral cresce em 0,7% a cada 10ºC de aumento de

temperatura.

Baixa formação de espuma: Pequenas bolhas de ar ascendente poderão formar

espuma na superfície do reservatório. Através de uma correta montagem das

tubulações de retorno no reservatório, e através de correta construção do reservatório,

por ex. com chicanas (divisórias), pode-se minimizar a formação de espuma. Os óleos

minerais possuem aditivos químicos que reduzem a capacidade de existirem espuma.

A tendência na formação de espuma do fluido hidráulico aumenta através do

envelhecimento, contaminação e água condensada.

Se a bomba succionar óleo espumante, poderão ocorrer pesadas falhas no

sistema, e a rápida danificação da bomba.

Baixa absorção de ar e boa eliminação de ar: O fluido hidráulico se possível,

deve absorver e transportar pouco ar, mas eliminar rapidamente o ar absorvido.

Aditivos químicos favorecem grandemente esta exigência. A capacidade de eliminação

do ar piora com o aumento de temperatura do fluido hidráulico.

Alto ponto de ebulição e baixa pressão de vapor: Quanto mais alto for o ponto de

ebulição do fluido hidráulico utilizado, tanto maior poderá ser a temperatura máxima de

operação da instalação.

Alta densidade: Como densidade de um fluido hidráulico, entende-se a relação

de sua massa para o seu volume. Preferivelmente a densidade deveria ser alta, para

transmitir uma potência maior com o mesmo volume do fluido hidráulico. Em

acionamentos hidrostáticos esta consideração é menos importante do que nos

acionamentos hidrodinâmicos. A densidade dos óleos minerais está entre 0,86 e

0,9g/cm� .

A densidade é necessária para a conversão da relação (viscosidade/densidade)

viscosidade cinemática para a viscosidade dinâmica, ou vice-versa.

Boa condutibilidade térmica: O calor gerado nas bombas, válvulas, motores,

cilindros e tubulação, deverão ser transportados para o reservatório pelo fluido

hidráulico. O reservatório irradia parcialmente o calor gerado para o ambiente, através

das paredes do mesmo. Se as superfícies de irradiação não forem suficientes,

precisam ser previstos adicionalmente trocadores de calor (resfriadores) na instalação,

para evitar superaquecimento da instalação e do fluido hidráulico.

Não ser higroscópio (não atrair umidade): Em instalações, que operam com

óleos minerais, precisa-se cuidar que o óleo permaneça isento de água, porque podem

ocorrer falhas que levam à parada da instalação. A água poderá invadir através das

vedações dos cilindros e eixos, através de trocadores à água não estanques e umidade

10

do ar condensada nas paredes do reservatório. Também no preenchimento do

reservatório, poderá estar contido no tambor do fluido hidráulico, a água condensada.

Se o teor de água for maior que 0,2% do volume total, precisa ser feita a troca do fluido

hidráulico. Uma separação da água do fluido hidráulico, poderá ser realizada com o

auxílio de separadores ou centrífugas, durante a instalação em funcionamento

(principalmente em grandes instalações).

Em instalações que operam ao ar livre (maior umidade do ar e chuva), monta-se

um secador de ar junto com filtro de ar, o qual seca o ar necessário (devido a

compensação do volume).

Como a água tem um peso específico maior, esta poderá permanecer no fundo

do reservatório (óleo mineral e água não se misturam quimicamente e podem voltar a

se separar).

Se o reservatório tiver um indicador passante de nível (entre a superfície livre até

o fundo), pode-se perceber claramente a existência da água. Se o registro de dreno no

reservatório for aberto cuidadosamente, a água sairá primeiro. Em instalações grandes,

muitas vezes é montado um sinalizador de água, no ponto mais baixo do reservatório,

que emite um sinal elétrico para um nível de água ajustável.

Difícil ignição (não inflamável): Instalações hidráulicas também são aplicadas em

locais mornos e quentes, com locais de produção que operam com chama viva, ou

temperaturas bem altas. Para calcular o risco de ruptura de tubos e/ou mangueiras.

Nestes casos de aplicação são utilizados fluidos hidráulicos com alto ponto de ignição,

de difícil inflamabilidade ou fluidos não inflamáveis.

Fluido não venenoso (baixa toxidade, quanto ao vapor e após a sua

decomposição): Para evitar periculosidade da saúde e do ambiente através dos fluidos

hidráulico, devem ser observadas as instruções específicas na documentação dos

fabricantes de fluidos hidráulicos.

Boa proteção contra a corrosão: Os fabricantes de bombas, válvulas, motores e

cilindros, testam os mesmos com óleo mineral, que provocam nos componentes uma

proteção anti-corrosão. A capacidade de proteção anti-corrosão de óleos minerais, é

obtida através de aditivos químicos, que formam uma película repelente à água nas

superfícies metálicas e quando do envelhecimento do óleo mineral neutralizam os

produtos de decomposição corrosiva.

Após o teste dos componentes hidráulicos, o óleo mineral restante é conduzido

ao reservatório. A película de óleo mineral nos componentes protege os mesmos

contra a corrosão até a colocação em operação. Numa estocagem mais prolongada

dos componentes, devem ser tomadas providências especiais contra a corrosão (por

ex. através de óleos de conservação).

Nenhuma formação de substâncias pegajosas: O fluido hidráulico, durante os

tempos de parada da instalação hidráulica ou durante a operação, assim como no

aquecimento e resfriamento, e também através do envelhecimento, não deve formar

substâncias, que levem à "adesão" de peças móveis dos componentes hidráulicos.

Facilidade para filtragem: O fluido hidráulico de um equipamento hidráulico é

filtrado permanentemente durante a operação, na entrada ou retorno ou nos dois

sentidos, para retirar as partículas sólidas do fluido hidráulico. O fluido hidráulico e sua

viscosidade, tem influência sobre o tamanho do filtro e o material da malha do filtro.

Com o aumento da viscosidade, aumenta a contra-pressão (∆p). Com isto

deverá ser previsto um filtro maior. Para os fluidos hidráulicos agressivos, necessita-se

de materiais especiais para o elemento filtrante.

11

Os aditivos contidos nos fluidos hidráulicos, não devem sedimentar-se nos filtros.

Se nos equipamentos forem usados filtros bem finos de 5� m de abertura de malha ou

menores, deve-se analisar o fluido hidráulico quanto à sua aptidão para estas

condições de aplicação.

Compatibilidade para troca com outros fluidos hidráulicos (troca de óleo):

Através de mudança ou modificação da linha de produtos, condições ambientais

alteradas ou novas leis, poderá ser necessário proceder a troca do fluido hidráulico.

Nestes casos os fabricantes dos fluidos hidráulicos e dos componentes hidráulicos

deverão ser consultados, quanto à compatibilidade do fluido hidráulico e os

componentes montados no equipamento hidráulico, para as novas condições de

aplicação.

Há casos em que todos os componentes, vedações e mangueiras, precisam ser

completamente desmontados e limpos do fluido hidráulico antigos. Quando não feito

num procedimento correto, estes casos podem levar à falha total do equipamento

hidráulico.

Formação de lama: Os fluidos hidráulicos e seus aditivos, durante todo o tempo

de operação, não devem sedimentar-se e levar à formação de lama (efeitos de

adesão).

Manutenabilidade: Os fluidos hidráulicos necessitam de altos investimentos de

manutenção, os quais por ex. após tempos mais longos de parada, precisam ser

novamente revolvidos e misturados. Fluidos hidráulicos nos quais os aditivos perdem

rapidamente suas características ou volatizam-se precisam ser controlados mais vezes

química ou fisicamente.

Por processo simples, deve ser possível o controle do fluido hidráulico. Em

situações extremas, os fabricantes do fluido hidráulico e do filtro, podem analisar

amostras sobre a permanência ou troca do mesmo.

Defesa ao meio ambiente: A melhor defesa para o ambiente, na utilização de

equipamentos hidráulicos, é obtida pelo planejamento, construção, fabricação,

operação e manutenção corretas.

A utilização de fluidos hidráulicos não agressivos ao meio ambiente, não

substituem o parágrafo anterior (ISO 14000).

Os fluidos hidráulicos devem cumprir os seguintes requisitos:

• Boa degradabilidade biológica,

• Fácil descarte,

• Nenhuma toxidade para os peixes,

• Nenhuma toxidade bacteriológica,

• Nenhuma periculosidade para água,

• Nenhum perigo para os alimentos,

• Nenhum perigo para a forragem,

• Nenhuma irritação para a pele e a mucosa através do fluido em todas as

três formas de estado (sólido, líquido, gasoso) e falta ou pelo menos

cheiro agradável.

Custos e disponibilidade de compra: basicamente deveriam ser utilizados fluidos

hidráulicos, que tenham preço vantajoso e que tenham alcançado boa distribuição. Isto

12

é especialmente importante para locais de aplicação de equipamentos hidráulicos em

regiões não industrializadas.

O catálogo de avaliação necessário, só poderia ser elaborado de modo

imperfeito. A escolha de um fluido hidráulico sob pontos de vista econômicos, só

poderá ser feita pesando-se os custos de operação e dos custos das conseqüências.

Por isso é importante, estar informado sobre as características físicas e químicas do

fluido hidráulico, para evitar falhas em novos projetos, reposição ou consertos.

Bombas Hidráulicas

1 - Bombas hidráulicas

O elemento de conversão em energia hidráulica é o elemento chave num

sistema hidráulico: a bomba hidráulica. Num sistema pneumático a conversão em

energia pneumática é feita pelo compressor de ar. A energia primária é normalmente

convertida por um motor elétrico ou um motor térmico (motor de combustão interna).

Na indústria é mais empregado um motor elétrico. O motor elétrico converte energia

elétrica em energia mecânica (torque e rotação) sendo seu eixo diretamente acoplado

ao eixo da bomba que converte a energia mecânica em "energia hidráulica" (cria a

vazão).

A maioria das bombas recebem fluido de um reservatório e bombeá-lo até um

atuador carregado-o de tal forma que o mesmo (atuador = cilindro/motor hidráulico)

possa desempenhar seu trabalho mecânico. As bombas, disponíveis comercialmente,

podem fornecer vazões baixíssimas até valores superiores a 50 l/min. Elas são

capazes de suportar (ao fornecer vazão para o sistema) faixas de pressão entre 30 -

1000 bar na sua tomada de saída. Para aplicações industriais, as pressões máximas

ficam em torno de 350 - 450bar; pressões elevadas são necessárias para dispositivos

de teste ou simulação, tratando-se de casos especiais.

Importante: A bomba não cria e nem manda pressão para os atuadores. Ela apenas

movimenta o fluido, causando a vazão. A pressão eleva-se em função da

dificuldade que o mesmo encontra para escoar; caso não exista carga para o

atuador, o fluido escoará sob pressão muito baixa. Como a resistência (carga)

atua sobre o fluido, a pressão indicada na tomada de saída da bomba eleva-se

até um valor, que é normalmente indicado como a pressão máxima da bomba.

Logo, uma bomba de 200bar é uma unidade que pode manter um fluxo contra

uma carga de 200bar.

As bombas empregadas nos sistemas hidráulicos são as bombas de

deslocamento positivo. Os tipos construtivos mais comumente empregados, por razões

tecno-economicas, são as bombas de engrenagens (engrenamento externo), de

palhetas e de pistões axiais.

Os parâmetros mais importantes, referentes a determinação da capacidade e as

características técnicas das bombas hidráulicas são: pressão máxima, vazão máxima,

rotação e rendimento.

Pressão: A faixa de pressão de uma bomba é geralmente limitada pela capacidade da

bomba em suportar uma determinada pressão sem que se verifique um

indesejável aumento de vazamentos internos e sem perigo ao conjunto

mecânico (mancais, rotor, carcaça, etc.) Em geral, as bombas de

engrenagens externas e de palhetas suportam uma pressão máxima entre

130 a 250 bar. Bombas de engrenamento interno suportam pressões

13

inferiores entre 100 - 150 bar. As bombas de pistão suportam elevadas

pressões, chegando até 350 bar.

Vazão: A segunda consideração mais importante na seleção de uma bomba é o seu

tamanho (deslocamento) e o fornecimento de fluido. O deslocamento

significa o volume fornecido pela bomba quando a mesma realiza um volta

completa em seu eixo de acionamento. Geralmente é expressa em cm3/rot.

Muitas vezes faz-se referência ao tamanho da bomba, como a vazão

volumétrica de saída, em litros por minuto (l/min). Outras formas de referir-se

a mesma capacidade é fluxo.

A quantidade de vazão de uma bomba está baseada no seu

desempenho em condições específicas. Por exemplo, bombas com

aplicações em veículos (tratores, escavadeiras etc) são geralmente testadas

em 1.200 rpm sob uma pressão de saída de 100bar e pressão atmosférica

na entrada. Os fabricantes, fornecem em seus catálogos os dados de

desempenho das bombas em formas de tabelas ou gráficos, indicando as

condições do óleo (viscosidade e temperatura), rotação e pressão.

Rotação: A terceira consideração é a taxa de rotação do eixo de acionamento, a qual é

limitada pela habilidade da bomba trabalhar sem cavitar ou por outras

considerações mecânicas. A faixa de rotação mínima e máxima, assim como

a pressão na entrada, são claramente fornecidos pelo fabricante para facilitar

a seleção da bomba numa necessidade de projeto.

Rendimento: A qualidade da bomba é indicada em termos de rendimento, sendo três

os rendimentos comumente utilizados para isso:

Rendimento volumétrico é a relação entre a vazão real e vazão

teórica da bomba. A diferença entre a vazão real e a teórica é, normalmente,

devido ao vazamento interno necessário para a lubrificar a bomba.

Rendimento global é a relação entre a potência hidráulica na saída e

a potência mecânica na entrada da bomba.

Rendimento mecânico é a relação entre o rendimento global e o

rendimento volumétrico. Perdas mecânicas ocorrem devido, principalmente,

aos atritos internos e compressão do fluido.

Outra consideração a ser feita, para determinar a seleção correta da bomba é a

sua compatibilidade com o fluido a ser bombeado. Durante muito tempo o óleo mineral

foi o fluido utilizado pelos sistemas hidráulicos. Porém, hoje em dia, em função das

considerações de segurança e legislações governamentais, estão sendo empregados

fluidos hidráulicos resistentes ao fogo.

Neste caso, as vedações utilizadas nas bombas podem não ser compatíveis

com o tipo de fluido. Outra questão diz respeito a uma redução no limite de pressão

que a bomba pode operar, uma vez que a capacidade lubrificante desses fluidos

resistentes ao fogo é baixa.

Outra característica importante das bombas, que deve ser utilizada pelo

projetista, é a sua relação potência peso. Numa aplicação para área aeronáutica,

automotiva e marítima interessa-lhes um conjunto de acionamento leve (quando

comparada com uma aplacação industrial).

Geralmente, os efeitos da temperatura ambiente e da altitude afetam o

rendimento e independem do tipo de bomba. Os limites para operação satisfatória são

estabelecidos, primariamente, pelos efeitos do ambiente sobre o fluido do que pelo tipo

de ação do bombeamento. Em caso de um fluido muito quente, o rendimento

14

volumétrico diminui. A umidade apenas influencia naquelas aplicações onde a mesma

fica exposta ao meio exterior.

1.1- Tipos de bombas

Os dispositivos mecânicos usados para a transferência de fluido, basicamente,

não são projetados para atender a modulação ou transferência de energia, mas sim

para movimentar um fluido. Os tipos de bomba para transferência de fluido são bombas

de deslocamento positivo e bombas de deslocamento não-positivo (centrífuga). As

bombas centrífugas não são recomendadas para aplicações em sistemas hidráulicos.

1.1.1 - Bomba de engrenagens (engrenamento externo)

Esta bomba é constituída de um par de engrenagens acopladas. As duas

engrenagens têm o mesmo número de dentes e o mesmo módulo. Uma engrenagem é

motriz e a outra é a conduzida.

As duas engrenagens são colocadas dentro de uma carcaça, que as envolve

com precisão verificando-se uma vedação. Dentro dessa carcaça observam-se duas

câmaras que se comunicam com a tubulação de sucção e de descarga.

Durante a rotação as duas engrenagens estão girando em sentido contrário, na

câmara de sucção verifica-se uma depressão devido ao desengrenamento dos dentes.

O fluido contido no reservatório é empurrado pela pressão atmosférica preenche o

volume entre a superfície dos dentes e a carcaça, sendo arrastado por eles até a

câmara de descarga. Na câmara de descarga, ao ocorrer o engrenamento dos dentes,

existe uma redução de volume passando o fluido a ser expulso pela tubulação de

descarga. O deslocamento das bombas de engrenagens é fixo (constante), não

podendo variar durante a operação.

1.1.2 - Bomba de palhetas

Uma bomba de palhetas é constituída por um rotor que gira ao redor de uma

carcaça internamente cilíndrica. O rotor tem certo número de ranhuras dentro das quais

são colocadas, com um ajuste leve, as palhetas.

O rotor é montado com uma excentricidade com relação centro da carcaça.

Durante a rotação por efeito da força centrífuga e do pequeno atrito, as palhetas são

mantidas em contato com a superfície interna do corpo da bomba.

O espaço compreendido entre o rotor, corpo da bomba e as palhetas preenche-

se com o fluido do reservatório. Da mesma forma como ocorre com a bomba de

engrenagens, na câmara que verificar-se um crescimento de volume observa-se uma

depressão que faz a pressão atmosférica empurrar o óleo do reservatório para dentro

15

dessa câmara. Por outro lado, ao haver uma câmara onde ocorre uma redução de

volume, o fluido é expulso da bomba.

As bombas de palhetas simples (muitas vezes chamadas de desbalanceadas)

permitem uma variação na vazão de fornecimento (dentro de certos limites) para

rotação constante. Para efetuar-se essa variação na vazão, faz-se a alteração na

excentricidade. A vazão nula corresponde a excentricidade nula, ou seja, quando o

centro do rotor coincide com o centro da carcaça. A vazão assume seu valor máximo,

quando a excentricidade é máxima: o rotor está tangente à carcaça da bomba.

O ajuste da vazão é feito através dispositivo com parafuso e mola de

compressão que "sente" o valor da pressão na câmara de descarga, modificando o

valor da excentricidade automaticamente.

Figura 2: Bomba de palhetas; 1- ajuste do deslocamento; 2 - ajuste do anel estator; 3 - ajuste da pressão

máxima

As chamadas bombas de palhetas balanceadas têm a carcaça interna na forma

oval. Essa forma constritiva permite que a pressão não seja unilateral, onde duas

forças hidráulicas de mesma intensidade, mesma direção e sentidos contrários não

agem sobre o mancal do rotor. As bombas balanceadas não podem ter seu

deslocamento variável, porém suportam valores mais altos de pressão.

1.1.3 - Bombas de pistões axiais

Podem ser do tipo disco inclinado ou eixo inclinado.

Figura 3: Bombas de pistões axiais com eixo inclinado (esq.) e disco inclinado (dir.)

A bomba do tipo disco inclinado é constituída por um corpo rotativo contendo os

cilindros com seus êmbolos. O corpo rotativo forma uma estrutura única com o eixo,

16

que está ligado ao motor de acionamento. Ainda nesse rotor existe um anel fixo, onde

existem dois rasgos em forma de rim os quais se comunicam com as tubulações de

descarga e sucção, respectivamente.

Os pistões estão unidos a uma placa, solidária ao disco inclinado, podendo (os

pistões) movimentarem-se na direção de seu próprio eixo. Os pistões e a placa são

induzidos a realizarem um movimento de rotação, pelo eixo de acionamento. Isso

promove aos pistões um movimento alternativo.

Cada pistão é preenchido com fluido quando passa por um dos rasgo (volume

interno crescente), e esvazia-se quando passa em frente ao rasgo oposto (volume

interno decrescente).

Uma vez que a vazão fornecida pela bomba é dependente do curso do cilindro,

essa pode assumir diferentes valores conforme a variação do ângulo de inclinação do

prato por onde deslizam os pistões. Em geral, esse ângulo de inclinação não excede a

30° e, quanto maior o ângulo de inclinação maior a vazão. Um ângulo de inclinação 0°

significa vazão nula, em alguns tipos de sistemas hidráulicos esse ângulo pode assumir

um valor negativo, o que significa uma inversão no sentido de escoamento do fluido.

Figura 5: Bomba com disco inclinado 1-eixo de acionamento; 2- disco inclinado; 3- placa; 4- ponta do

eixo; 5- rasgos; 6- anel fixo; 7- pistões; 8- placa de união dos pistões.

Toda a bomba que permite uma variação no valor de seu deslocamento,

permitem uma aplicação mais eficiente dos sistemas hidráulicos. Em outras palavras,

há a possibilidade de fazer emprego de sistemas que controlam a energia hidráulica

modulando-a conforme a energia mecânica necessária pelo atuador hidráulico.

Os controles eletrohidráulicos de vazão e pressão incorporados na bomba

permitem maior flexibilidade e operações mais eficientes, reduzindo o número de

válvulas necessárias no circuito de controle e comando. Hoje em dia o emprego de

controles eletrônicos nas bombas hidráulicas está mais fácil. Um CLP, PC,

microprocessador, potenciômetro ou dispositivo que forneça um sinal de controle a

uma cartela eletrônica da bomba (até mesmo um sinal PWM).

17

Os benefícios para o emprego da eletrônica são numerosos. O fator de maior

interesse é a tremenda economia de energia - 40 a 50% - utilizando-se esses controles,

porém o custo ainda é bastante elevado.

1.1.4 - Bombas múltiplas

Em casos onde a demanda do sistema requeira um número de diferentes

vazões e pressões, o mesmo desempenha uma melhor operação através da

combinação de duas ou mais bombas as quais são acionadas ou não conforme a carga

existente. Essas bombas são algumas vezes denominadas de bombas geminadas.

Um tipo padrão, disponível comercialmente, é o denominado sistema "alta-

baixa", onde as saídas das bombas são automaticamente chaveadas com o circuito de

acordo com a demanda de pressão do sistema. Esse sistema é assim denominado por

possuir duas bombas, onde uma delas tem a capacidade de fornecer alta vazão sob

baixa pressão; enquanto a outra bomba pode fornecer baixa vazão sob alta pressão,

pois as duas bombas têm um rotor único ligado ao motor de acionamento.

1.2 - Determinação da capacidade das bombas hidráulicas

A capacidade das bombas pode ser indicada de alguma das seguintes formas:

através da vazão fornecida e a correspondente rotação e pressão. Através do

deslocamento da bomba (valor teórico referindo-se diretamente à geometria da bomba)

ou através de uma série de curvas características relacionando diferentes vazões com

rotação e pressão. A quantidade de fluido fornecido diminuirá se os desgastes na

bomba forem altos.

Tem-se:

BBtnDQ ×=

π

×

=

2

pD

TBB

t

BB

B

vol

nD

Q

icaVazão teór

Vazão real

×

==η

B

BB

hm

T2

pD

×π

×

=η

hmvol

BB

BB

tot

Tn2

pQ

η×η=

××π

×

=η

Onde: DB: deslocamento da bomba (por rotação);

nB: rotação do eixo;

pB: pressão de saída;

Qt: vazão teórica;

QB: vazão real;

Tt: torque de entrada teórico;

TB: torque de entrada real;

ηvol: rendimento volumétrico;

ηhm: rendimento hidromecânico;

ηtot: rendimento total.

18

1.3 - Reservatório

A função de um reservatório de fluido num sistema hidráulico são as seguintes:

• Fornecer uma câmara na qual qualquer variação em volume de fluido no

circuito hidráulico possa ser acomodado. Quando um cilindro avança,

ocorre um aumento no volume de fluido no circuito e consequentemente

existe uma redução nível do reservatório.

• Suprir o fluido perdido por algum vazamento que tenha ocorrido no

sistema.

• Servir como local de enchimento de fluido ao sistema.

• Favorecer a troca de calor de calor com o ambiente, permitindo o

arrefecimento do fluido.

Os reservatórios podem ser pressurizados, em geral entre 0,35 e 1,4 bar

exigindo métodos de controle dessa pressão.

A capacidade do reservatório deve atender às necessidades de volume que o

sistema necessita, basicamente. Na maioria das vezes o parâmetro de referência para

determinação de seu volume interno mínimo, é a vazão máxima possível de ser

fornecida pela bomba. Adota-se na prática, que em caso de verificar-se algum

vazamento no sistema hidráulico, é preciso que haja um tempo suficiente para desligar

o motor e durante esse espaço de tempo deve existir uma quantidade de fluido, pois

não estaria ocorrendo um retorno ao reservatório. Em geral, o tempo máximo está

entre 3 e 4 minutos. Uma vez que a unidade de medida de vazão mais empregada para

indicar a vazão em um sistema hidráulico é l/min. o volume em litros do reservatório é

obtido pelo produto desse tempo prático e vazão máxima da bomba. Conforme for o

nível de controle empregado para detectar vazamentos no sistema esse tempo pode

ser reduzindo, sendo possível até mesmo dar o tempo de 1 minuto. Isso evita um

superdimensionamento do reservatório, o que não traz vantagens econômicas em

todos os sentidos.

Outras regras, empíricas, utilizadas como ponto de partida para determinação do

tamanho do reservatório é adotar-se entre 2 a 5 litros por HP instalado. Isso pode

acarretar em um reservatório muito grande quando é utilizado um sistema que trabalha

em alta pressão. Outro parâmetro emprego para seu dimensionamento, é a

necessidade de transferir calor pelas suas superfícies.

A bomba pode ser montada externa ou internamente ao reservatório.

Externamente, pode localizar-se no topo ou lateralmente. É preferível uma colocação

externa, pois permite uma boa manutenabilidade. O posicionamento lateral favorece a

sucção, especialmente quando é empregado um fluido resistente ao fogo que contém

uma parte de água, porque tem uma densidade maior.

1.4 - Unidade de acionamento

Algumas vezes a complexidade e a magnitude de um trabalho sugerem que um

sistema hidráulico será difícil de entrar em funcionamento com seus componentes

montados separadamente,. Em tais casos, uma unidade de acionamento consistindo

de um reservatório, bomba, motor de acionamento, filtros, trocador de calor e um bloco

com arranjo de válvulas básicas pode ser empregado. O controle mínimo que pode

possuir uma bomba é uma válvula para ajustar a pressão máxima de trabalho do

sistema. O reservatório contaria com filtro na entrada, todas as conexões necessárias

para ligar as tubulações, indicadores de nível e temperatura do óleo e tampas para

19

acesso em caso de uma limpeza geral. Esse tipo de unidade de acionamento é um

claro exemplo de uma unidade operacional recomendável.

Os fabricantes cobram mais caro por uma unidade hidráulica com todas essas

montagens, do que se estivessem separadamente com o reservatório construído pelo

usuário. Mas os mesmos garantem que esse custo adicional é compensado pelo fato

do usuário não precisar selecionar os componentes, projetar o sistema, construí-lo ou

preocupar-se com ele. Eles asseguram que uma unidade hidráulica com os

componentes compatíveis fornecidos por esse fabricante para uma necessidade

específica, geralmente garante o máximo rendimento do sistema, confiabilidade e

disponibilidade com um mínimo de ruído.

O coração do sistema hidráulico é bomba! Portanto, a correta seleção da

mesma, até para um sistema simples, garantirá a tranqüilidade de todos os envolvidos

com a máquina hidráulica.

Para projetar uma unidade de acionamento hidráulico, o engenheiro projetista

deve conhecer uma quantidade de outros assuntos:

• Tipo de máquina ou aplicação.

• Trabalho a ser desempenhado.

• Força máxima e pressão de trabalho necessárias.

• Velocidades máxima e mínima para o trabalho.

• Tamanho e peso das partes móveis da máquina.

• Tipo, função e precisão dos controles.

• Tipo de ciclo de serviço.

• Tipo de energia primária disponível para acionamento da unidade

hidráulica.

• Espaço disponível.

• Método necessário para troca de calor com óleo.

• Especificação de ruído.

• Alguma condição de aplicação não comumente usada, exigências

especiais ou condições ambientais.

3- Atuadores Hidráulicos

São responsáveis pela conversão da energia hidráulica em energia mecânica

para realizar um determinado trabalho.

Os atuadores hidráulicos são disponíveis em várias formas para permitir uma

ação específica. Chamamos de cilindro os atuadores lineares, pois desenvolvem um

trabalho linear; os motores (atuadores rotativos) executam um movimento rotativo

contínuo e os chamados osciladores (atuadores semi-rotativos) executam uma volta

incompleta (arco) um número limitado de voltas.

3.1 - Atuadores lineares

Quando o fluido é bombeado para o interior da câmara de um cilindro, o pistão e

a haste são forçados a efetuarem um movimento empurrando ou puxando uma carga.

20

Após o avanço o mesmo pode retornar por ação da gravidade, da força de um mola ou

de um fluxo reverso de fluido proveniente da bomba.

Fazendo uma pequena comparação entre os cilindros empregados para

sistemas pneumáticos e hidráulicos, sua forma construtiva não apresenta muita

diferença. Entretanto, os cilindros hidráulicos diferenciam-se por:

Serem mais robustos em razão das maiores pressões de serviço (material mais

resistente e maiores dimensões).

As vedações são mais perfeitas

Os atuadores lineares podem ser divididos em três grupos principais:

• Haste sólida (de deslocamento)

• Simples ação

• Dupla ação

3.1.1 - Cilindro de haste sólida

Este cilindro consiste de uma haste a qual é deslocada de um lado de um tubo

pelo bombeamento de fluido para o interior do tubo. O volume da haste que sai de

dentro do tubo é igual ao volume de fluido entrando no tubo, por isso é algumas vezes

chamado de "cilindro de deslocamento".

Figura 6: Cilindro de haste sólida.

Esse cilindro é projetado para que, pelo menos, o peso próprio da haste execute

o recuo (ou outro tipo de força externa). A qualidade do acabamento da superfície

interna do tubo não é necessariamente muito alta, o que reduz bastante os custos de

fabricação quando comparados com outras formas construtivas de cilindros.

Considerando d como sendo o diâmetro da haste, a força máxima a ser exercida

pelo cilindro é determinada pela seguinte relação: força = pressão x área da haste

.

A velocidade de avanço é determinada por:

Uma variação do cilindro de haste sólida é o cilindro telescópico. Os cilindros

telescópicos são usados quando um grande deslocamento é necessário e existe uma

limitação de espaço no sentido do comprimento do cilindro. Eles consistem de varias

hastes uma entrando na outra e funcionam pelo princípio do deslocamento.

21

Os tubos (hastes) contêm um colar na sua parte traseira, onde também existe

passagem para o fluido e ao mesmo tempo impedem a separação dos mesmos.

Quando o mesmo recebe o comando para o avanço, todas as seções movimentam-se

juntas até que sendo a parte mais interna a última a deslocar-se.

Para uma mesma quantidade de vazão que chega no cilindro, a velocidade de

avanço vai aumentando conforme cada sucessiva seção (geralmente denominada de

estágio) atinge seu final de curso. Similarmente, para uma pressão máxima a

capacidade de mover uma carga vai reduzindo.

3.1.2 - Cilindro de simples ação

Esses cilindros podem ser acionados em uma única direção (ou avança ou

recua) por forças hidráulicas; o movimento de retorno é realizado ou pela ação de uma

mola ligada na haste do cilindro ou por outro tipo de força externa.

Para existir uma boa vedação no pistão, a câmara cilindro deve ter um bom

acabamento superficial (brunimento). O lado do pistão não tocado pelo óleo deve ser

drenada para não aprisionar óleo e reduzir o curso útil do cilindro.

Figura 8: Formas de ligação de mola com a haste.

3.1.3 - Cilindro de dupla ação

Esse tipo de cilindro é acionado tanto para avanço quanto para recuo pelo

fornecimento de fluido da bomba, para um lado apropriado do cilindro. O cilindro

consiste de um tubo com tampas nas extremidades as quais podem ser soldadas,

roscadas ou presas por tirantes com roscas nas pontas. Esse cilindro pode ter uma ou

duas hastes e, neste caso, pelo menos uma das tampas terá uma bucha de vedação

para servir de apoio para a haste.

22

O mais empregado é um cilindro de haste única (quando se apresenta com duas

hastes é denominado de cilindro com haste passante). A principal aplicação de um

cilindro de haste passante é quando se faz necessária a mesma velocidade de avanço

e recuo; o que não verifica-se com o cilindro de haste única pela existência de áreas

diferentes. Outras aplicações do cilindro de haste passante é que o uma das pontas

pode ser usada para sinalizar o posicionamento da outra ponto, assim como este

cilindro apresenta a vantagem de um bom alinhamento.

Figura 10: Cilindro de dupla ação com haste passante.

a - Para a determinação da velocidade de um cilindro de dupla ação e haste única, são

consideradas:

Área do pistão

Área da coroa circular

Quando o pistão deve avançar a velocidade

Logo:

Então, quando a haste do pistão está avançando, a vazão de fluido que sai de

dentro do cilindro (chamada de vazão induzida de avanço) é menor do que a vazão que

está chegando da bomba.

Quando a haste do cilindro deve recuar; assumindo q a vazão que chega no lado

da câmara da haste e Q a vazão no outro lado do câmara do cilindro. Logo, a

velocidade do pistão será:

Ou então:

Portanto, quando a haste do cilindro está recuando a vazão que deixa o cilindro

(vazão induzida de recuo) é maior do que a vazão que vem da bomba.

b - Para a determinação da força disponível na haste de um cilindro de dupla ação com

haste simples, devem considerar dois tipos de força. Muitos autores fazem a distinção

entre força estática e força dinâmica sendo a força dinâmica 0,9 vezes a força estática.

Outras considerações podem ser levadas a efeito tais como atritos, inércia, atrito

interno no êmbolo devido a vedação (usualmente de 5 bar) etc.

23

A força estática desenvolvida por um cilindro hidráulico é o produto da pressão

pela área.

Durante o avanço teremos:

Durante o recuo:

3.1.4 - Tamanhos padronizados de cilindros

A tabela a seguir apresenta o diâmetro da gaste para alguns atuadores de um

determinado fabricante.

Diâmetro dahaste Diâmetro do

Pistão Pequena Grande

40 20 28

50 28 36

63 36 45

80 45 56

100 56 70

125 70 90

140 90 100

160 100 110

180 110 125

200 125 140

220 140 160

250 160 180

280 180 200

320 200 220

3.1.5 - Amortecimento de fim de curso

Para evitar os choques nos finais do curso os cilindros hidráulicos têm sempre

amortecimento de fim de curso. A partir de um determinado deslocamento da haste do

cilindro, uma quantidade de óleo é forçada a passar por um estrangulamento

(geralmente variável) provando uma perda de carga (criando um contra pressão na

câmara do cilindro). Essa contrapressão provoca a frenagem do êmbolo.

24

3.1.6 - Tipos de fixação dos cilindros hidráulicos

A fixação dos cilindros pode ser feita de várias maneiras, como mostra a tabela a

seguir:

1 - articulação paralela

2 - Articulação esférica

3 - Flange dianteiro

4 - Flange traseiro

5 - Basculamento central

6 - Fixação por pés

Quando a haste encontra-se em um ambiente com muito pó, a mesma dever ser

protegida com um fole que se distende e se retrai.

Outros tipos de cilindro, assim como importantes parâmetro para correta

aplicação e utilização dos cilindros serão tratadas em outro material específico para

projeto de sistemas hidráulicos.

3.2 - Motores hidráulicos

Da mesma forma que os cilindros, os motores hidráulicos têm como função

básica, transformar a energia hidráulica em energia mecânica sob a forma de torque e

rotação para movimentar uma carga.

Construtivamente, o motor assemelha-se a uma bomba hidráulica, apenas tem

uma função inversa.

25

3.2.1 - Classificação dos motores hidráulicos

Assim como as bombas (e cilindros) os motores podem uni ou bidirecionais

(girar em um ou dois sentidos). Podem ser de vazão fixa ou variável, conforme

possibilidade de alteração de seu deslocamento.

Os de vazão fixa, mais empregados, são: de engrenagens, de palhetas e de

pistões (radiais ou axiais). Os construídos para ajuste no deslocamento são: palhetas e

de pistões (radiais ou axiais).

Como ocorre com as bombas, o motor deve possuir uma linha de dreno utilizado

para fazer a lubrificação das partes com movimento relativo. Procura-se minimizar a

contrapressão na tomada de saída do motor, o que poderá reduzir sua capacidade de

vencer um determinado torque.

Uma vez entendido o princípio de funcionamento das bombas (desse mesmo

tipo), seria repetitiva uma descrição da forma construtiva desses motores. O diferencial

maior será observado ao efetuar-se a utilização do mesmo, pois conforme necessidade

de seu emprego exigirá um tipo de circuito hidráulico adequado (transmissões

hidrostáticas). Para um maior aprofundamento consultar os livros recomendados, os

quais apresentam maior detalhamento de imagens explicativas.

3.2.2 - Determinação da capacidade de um motor hidráulico

Uma vez que se verifica essa similaridade entre bomba e motor, as expressões

matemáticas das bombas são empregadas de forma inversa. A seguir será feita sua

exposição a partir dos rendimentos volumétrico, mecânico e global.

Rendimento volumétrico é:

Onde é vazão fornecida pela bomba que chega ao motor

Rendimento mecânico é:

Onde é o torque disponível no eixo do motor e corresponde a variação

de pressão entre a entrada e a saída do motor

Rendimento global é:

A relação entre os rendimentos é a mesma:

3.3 - Osciladores hidráulicos

São também denominados de atuadores semi-rotativos, sendo estes dispositivos

usados para converter uma energia hidráulica (fluxo sob pressão) em torque num

26

ângulo de giro limitado pelo projeto do atuador. Para atender a qualquer situação de

projeto é usual uma volta completa (ângulo de giro de 360° ), sendo possível exceder

esse valor ao fazer uso de atuador semi-rotativo que emprega um pistão.

3.3.1 - Tipo palheta

Consiste de uma ou duas palhetas unida a um eixo de saída que gira quando se

verifica uma variação de pressão entre as suas tomadas. Um atuador com palheta

única está limitado a um ângulo de giro de 320° e com duas em 150°,

aproximadamente.

O máximo torque, mais freqüente, em um atuador com palheta única é de 40 x

103

Nm e para palheta dupla de 80 x 103

Nm.

3.3.2 - Tipo pinhão-cremalheira

Um cilindro hidráulico é usado para acionar a cremalheira e fazer gira a

engrenagem (conforme mecanismo pinhão-cremaleira). Esse é o tipo de atuador semi-

rotativo mais disponível comercialmente para aplicações hidráulicas, havendo uma

maior diversidade em aplicações pneumáticas.

O ângulo de rotação depende do deslocamento da cremalheira e tamanho da

engrenagem, na sua maioria efetuam 360° de ângulo de giro. Um parafuso de ajuste

para sua posição final, é geralmente disponível. Amortecimentos nos finais de seus

cursos, também são muitas vezes empregados.

Os torques de saída, possíveis nesses tipos de atuadores, são de 800 x 103

Nm

sob pressão de 210 bar.

Os atuadores semi-rotativos são empregados para movimentar objetos em

ângulo controlado, como por exemplo, para abrir grandes válvulas borboleta em

tubulações e para dobra de barras ou tubos. Eles são controlados com as mesmas

válvulas usadas para atuadores lineares para ajustes de torque, velocidade e posição.

O arco percorrido pode ser limitado por dispositivos mecânicos internos (ou externos)

de parada, com amortecimento se necessário for.

27

4- Válvulas Hidráulicas

Virtualmente todo o sistema de fluido de trabalho requer algum tipo de válvula.

Num sistema hidráulico, as válvulas podem controlar a pressão, vazão para um atuador

ou a quantidade de fluxo permitida para um determinado ponto. Em geral, uma válvula

influencia em apenas uma dessas funções:

Uma válvula de alívio é usada para regular a pressão máxima num circuito ou

em parte dele.

Uma válvula direcional de quatro vias pode ser usada para alterar a direção de

rotação de um motor hidráulico (o emprego correto deve ser mudança no sentido de

movimento).

Uma válvula de controle de fluxo pode alterar a velocidade de um atuador pela

alteração na quantidade de vazão até ou de um atuador hidráulico.

Na prática, duas ou mais válvulas podem estar combinadas em um único

envelope (corpo) para formar uma válvula composta que tem mais de uma função. Um

exemplo típico disso é onde uma válvula de controle de vazão e uma válvula de

retenção são montadas juntas produzindo uma válvula de controle unidirecional de

velocidade.

A tendência atual das válvulas para a indústria é pela miniaturização;

compatibilidade com os controles eletrônicos (melhoria de desempenho) e novos

materiais. Para as válvulas pneumáticas estão sendo bastante empregadas

construções em plástico para redução de peso e imunidade à corrosão; estão em

grande desenvolvimento componentes cerâmicos para as válvulas hidráulicas visando

um aumento em sua vida útil elevando sua resistência à contaminação.

"As válvulas são os elementos essenciais para o controle de desempenho de

sistemas hidráulicos."

4.1 - Válvulas de controle de pressão

Uma válvula de controle de pressão pode ser usada para limitar a pressão

máxima (válvula de alívio), ajustar uma contrapressão (válvula de contrabalanço) ou

fornecer um sinal quando um determinado valor de pressão tenha sido atingido (válvula

de seqüência). A principal característica da maioria das válvulas de controle de pressão

é que as forças hidráulicas são resistidas por molas.

O interesse primário nos circuitos hidráulicos é controlar ou o nível de pressão

ou a taxa de vazão. Em teoria, a maioria das válvulas de controle de vazão pode ser

usada para controlar a pressão. Se o tamanho do orifício, fornecimento de vazão e

viscosidade do fluido são constantes a pressão permanece constante; se uma das três

varia, a pressão varia. Tipicamente, tais válvulas produzem apenas o tipo mais bruto de

controle de pressão. Por maior precisão de controle, muitos tipos de válvulas de

controle de pressão são desenvolvidos e são categorizadas pela sua função a ser

desempenhada.

28

4.1.1 - Válvula de alívio (de segurança)

Desempenham o papel de um "fusível" analógico no sistema hidráulico, pois

modulam suave e continuamente a vazão para manter a pressão a partir de um nível

superior de pressão pré-ajustada. Uma válvula de alívio é normalmente fechada até

que o nível de pressão atinja um valor pré-ajustado. Como a pressão do sistema

aumenta, o fluxo sobre uma válvula de alívio de um determinado tamanho aumenta até

que toda a vazão proveniente da bomba passe pela válvula. Quando a pressão do

sistema cai, a válvula fecha-se suave e calmamente.

As válvulas de alívio são disponíveis para atuação direta ou com operação

através de piloto hidráulico (dois estágios = uma válvula pequena comanda uma

maior). Outra forma é a modulação elétrica através de um solenóide proporcional.

Uma válvula de alívio pode receber o comando para tornar-se inoperante através

de duas formas: pela liberação da pressão piloto = ventagem ou através de uma

ligação com um piloto externo.

A ventagem é possível através da utilização de uma válvula de alívio de dois

estágios, onde existe uma via na válvula secundária que, ao ser ligada com o tanque,

libera a pressão de fechamento da válvula principal. A ventagem provoca um

desbalanceamento no carretel da válvula principal abrindo-a numa pressão muito baixa

fazendo com que toda a vazão da bomba passe pela válvula ao tanque. A vazão

passando pela válvula principal é grande, mas pela via de ventagem é bastante

pequeno.

29

Um piloto externo desempenhará a mesma função de descarregamento de uma

válvula de atuação direta. Quando a força hidráulica da linha piloto for maior que a

força ajustada pelo controle de uma mola, a válvula de alívio se abrirá totalmente,

passando toda a vazão da bomba pela válvula ao tanque.

A diferença entre as duas formas de tornar inoperante a válvula de alívio, reside

que a ventagem não depende do ajuste feito na válvula principal enquanto que através

de piloto externo (descarregamento) é dependente.

4.1.2 - Válvula de descarga

Permite a passagem livre sobre uma área de baixa pressão quando um sinal é

aplicado a uma via piloto. Numa aplicação típica, as válvulas de descarga podem ser

utilizadas para reconhecer um sinal hidráulico de um acumulador. Numa pressão pré-

determinada, quando um acumulador é carregado até um determinado nível específico,

a bomba pode ser aliviada com o descarregamento de toda sua vazão ao tanque. A

pressão de descarregamento desse tipo de válvula é geralmente determinada através

de um carretel carregado por uma mola, a qual pode ser ajustada para variar a pressão

de descarregamento.

30

Uma outra aplicação desse tipo de válvula é em sistemas com duas bombas

(bombas geminadas = sistema alta-baixa) descarregando a bomba secundaria quando

a o circuito da bomba principal atinge uma pressão pré-determinada abaixo da ajustada

na válvula de alívio.

4.1.3 - Válvula de contrabalanço

A válvula deve resistir ao movimento ou equilibrar a carga que está sendo

mantida pelo cilindro ou motor hidráulico. Essas válvulas, através de um controle na

pressão, permitem um excelente controle dinâmico. Se uma carga deve ser mantida

por longo intervalo de tempo, recomenda-se a utilização em série de uma válvula de

retenção pilotada. Deve-se ajustar a válvula com 30% acima da pressão necessária

para equilibrar a carga.

Uma válvula de contrabalanço pilotada (ou válvula de frenagem) apresenta uma

vantagem por requer uma pressão de abertura menor. Uma pressão relativamente

baixa na seção piloto fará a abertura da válvula, removendo a contrapressão para a

câmara do cilindro. Quando a carga tenderia a descer, a pressão piloto é perdida e a

seção de contrabalanço cria uma contrapressão. Quando a pressão de trabalho surge,

a válvula é pilotada removendo a contrapressão.

Similarmente, para uma aplicação com um motor hidráulico a mesma válvula

fará a frenagem de uma massa movimentada por um guindaste (por exemplo), e

quando a válvula direcional for para sua posição central teremos:

• A massa será mantida em sua posição.

• A massa não descerá por ação da gravidade.

• O motor freia suavemente.

A relação entre as áreas da linha piloto e a de contra-pressão situam-se entre

2:1 a 10:1, conforme o tipo de aplicação.

31

4.1.4 - Válvula de seqüência

São válvulas usadas para determinar a seqüência de operação das máquinas

quando o sensoriamento da pressão é maior que um valor de máximo. A válvula

normalmente fechada permite o fluxo entre a tomada primária (entrada) e a secundária

(saída) quando a pressão atinge um nível pré-ajustado, tendo geralmente incorporada

uma válvula de retenção quando o sentido de escoamento inverte-se.

Geralmente uma válvula de seqüência tem dois ou mais carretéis que devem ser

atuados antes que o fluxo possa passar pela válvula. Tipicamente uma mudança de

sinal ao carretel de controle, assegura que certa pressão mínima tenha sido

desenvolvida em uma parte do circuito antes que o fluido possa passar para outra

parte.

4.2 - Válvulas para controle na vazão (fluxo)

O fluxo pode ser controlado através de um estrangulamento (restrição) ou uma

derivação. O estrangulamento nada mais é do que uma redução de uma área de

passagem até a condição de fluxo zero; por derivação significa alterar a rota do fluxo

de maneira que o atuador recebe apenas uma parte do fluxo total para movimentar-se.

Quando o controle do fluxo é feito através da vazão que entra no atuador, o circuito é

conhecido como sistema "meter-in" (ou controle na entrada). Caso o controle seja

realizado na vazão induzida (saída) do atuador, é denominado de "meter-out" (controle

na saída). Quando uma parte do fluxo é dirigido ao reservatório (ou até mesmo para

outro ramo do circuito a ser controlado) é chamado de sistema "bleed-off" (em sangria).

Figura 1: (1) estrangulamento (2) orifício.

32

Figura 2: Sistema "meter-in".

Figura 3: Sistema "meter-out".

Figura 4: Sistema "bleed-off".

4.2.1 - Válvula de controle de fluxo não-compensada

São as válvulas mais simples, controlam a vazão através de um

estrangulamento ou restrição. A quantidade de vazão que passa através de um orifício

e a perda de carga nele estão diretamente relacionadas. Se a pressão aumenta, o fluxo

na válvula aumenta.

Figura 5: Formas de passagem do fluxo.

33

As válvulas de agulha de controle variável são os tipos mais comuns de válvulas

não-compensadas; a vazão sobre a mesma varia conforme a variação de viscosidade e

pressão. Geralmente, esse tipo de válvula tem junto uma válvula de retenção para

permitir um único sentido de controle da vazão. A ligação em paralelo permite fluxo

controlado em um sentido e livre em outro.

Para algumas tarefas, a possibilidade de ajuste ou é pouco importante ou não é

potencialmente nocivo. Nesses casos, uma válvula com restrição fixa pode ser

empregada. Basicamente, ela consiste de uma válvula de retenção com um

estrangulamento incorporado.

Figura 6: (1) corpo, (2) escala, (3) entrada, (4) ajuste, (5) bujão, (6) trava.

Tanto a válvula de estrangulamento fixo quanto variável são simples, confiáveis

e baratas. Elas não oferecem precisão caso ocorra alguma alteração no valor da

viscosidade ou da carga. Elas podem ser empregadas em qualquer circuito, em

diferentes formas de ligação. Recomenda-se utilizá-las quando não exige-se precisão

importante, quando o calor gerado durante a perda de carga pode ser tolerado, ou seja

a gravidade é de pouca importância; logo cumprem um bom papel.

Figura 7: Relacionamento dos ajustes.

34

4.2.2 - Válvulas de controle de fluxo compensadas

As válvulas de controle de fluxo compensada mantém intimamente constante o

valor da vazão independente das variações de pressão no circuito. Como as unidades

não-compensadas, elas contém um orifício (ou estrangulamento) para ajuste da vazão.

A perda de carga sobre esse orifício é utilizada para movimentar um carretel

balanceado contra uma mola. Esse dispositivo é conhecido como balança de pressão

ou hidrostato. O movimento desse carretel é utilizado para manter constante a perda de

carga sobre o orifício, o qual foi ajustado, produzindo uma vazão constante. A perda de

carga no orifício é relativamente baixa.

O hidrostato está ligado em série com o orifício de ajuste e, conforme o sentido

do fluxo, quando uma válvula de controle de vazão compensada é usada em um

sistema em sangria o hidrostato deve encontrar-se após a restrição. Deve-se tomar o

cuidado no momento da ligação, observando atentamente o sentido correto do fluxo.

São mais caras do que as não-compensadas, em na maioria das vezes procura-

se fazer a utilização de uma quantidade mínima nos circuitos hidráulicos. Quando se

deseja utilizar o mesmo ajuste de velocidade de uma atuador, porém a linha onde

estará inserida uma válvula de controle de vazão compensada em uma linha com duplo

sentido de escoamento, emprega-se um arranjo com válvulas de retenção simples

denominado de retificador (conforme eletrotécnica para conversão de corrente

alternada em contínua).

Essas válvulas compensadas são, algumas vezes, denominadas de válvulas

compensadas de duas vias; havendo consequentemente a válvula compensada de três

vias, onde o hidrostato é substituído por uma válvula de controle de pressão com

derivação ao reservatório.

Figura 8: Válvula de controle de fluxo de 2 vias, com balança de pressão na entrada.

Figura 9: Válvula de controle de fluxo de 2 vias, com balança de pressão na saída.

35

Referências http://www.em.pucrs.br/~edir/chp/Aula1/chp_aula1.htm

http://www.em.pucrs.br/~edir/chp/Aula2/chp_aula2.htm



http://www.em.pucrs.br/~edir/chp/Aula4/Valvulas_de_vazao.htm

http://academicos.cefetmg.br/admin/downloads/2098/APOSHID.doc

1

HIDRÁULICA

Prof. Ezequiel de Souza Costa Júnior (CEFET-MG)

1 Introdução

1.1 Histórico:

Existem apenas três métodos conhecidos de transmissão de potência na esfera comercial:

mecânica, elétrica e fluídica. Naturalmente, a transmissão mecânica é a mais velha delas, por

conseguinte, a mais conhecida. Começou com o “ilustre desconhecido” inventor da roda e

utilizam hoje de muitos outros artifícios mais apurados como engrenagens, cames, correias,

molas, polias e outros.

A elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de

outros componentes, é um desenvolvimento dos tempos modernos. É o melhor meio de se

transmitir energia a grandes distâncias.

A força fluida tem sua origem, por incrível que pareça, a milhares de anos antes de Cristo.

marco inicial, de que se tem conhecimento, foi o uso da potência fluida em uma roda d’água, que

emprega a energia potencial da água armazenada a uma certa altura, para a geração de energia. s

romanos por sua vez, tinham um sistema de armazenamento de água e transmissão, através de

canais ou dutos para as casas de banho ou fontes ornamentais.

O uso do fluido sob pressão, como meio de transmissão de potência, já é mais recente,

sendo que o seu desenvolvimento ocorreu, mais precisamente, após a primeira grande guerra.

A grande vantagem da utilização da energia hidráulica consiste na facilidade de controle da

velocidade e inversão, praticamente instantânea, do movimento. Além disso, os sistemas são auto

lubrificados e compactos se comparados com as demais formas de transmissão de energia.

As desvantagens dos sistemas é que se comparados com a eletricidade, por exemplo, os

sistemas têm um rendimento baixo, de modo geral em torno de 65%, principalmente devido a

perdas de cargas e vazamentos internos nos componentes. A construção dos elementos necessita

de tecnologia de precisão encarecendo os custos de produção.

2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS

2.1 FLUIDO

Fluido é qualquer substância capaz de deformar-se continuamente e assumir a forma do

recipiente que a contém. Como o presente trabalho trata apenas de circuitos hidráulicos, o fluido

que nos interessa é o óleo hidráulico. O fluido pode ser líquido ou gasoso.

2.2 FORÇA E PRESSÃO

Pode-se definir força, como qualquer causa capaz de realizar trabalho. Por exemplo, se se

quer movimentar um corpo qualquer, deve-se aplicar uma força sobre ele. O mesmo ocorre

quando se quer pará-lo.

Por outro lado, o conceito mais amplo de pressão pode ser entendido como a resistência

oferecida pelo recipiente ao escoamento de um fluido. Disso decorrem duas situações, as

observações estática e dinâmica. Nas observações estáticas diz-se que “em um fluido confinado

sobre áreas iguais atuam forças iguais” (princípio de Pascal), nas observações dinâmicas a

pressão corresponde à energia necessária para vencer as resistências de escoamento decorrentes

do atrito e choque dentro das tubulações.


2

A aplicação mais simples do princípio de Pascal consiste em ao aplicar uma força “F”

sobre uma superfície “A”, defini-se como pressão “P” , a razão entre a força “F” e a superfície

“A”. Por exemplo, se se tem uma dada pressão igual a 300.000 N/m2 (300 kPa) distribuída em

uma superfície de 1 m2, diz-se que em cada quadrado de lado igual a 1 m da superfície

considerada, está atuando uma força de 300.000 N (300 kN) e pode-se dizer, ainda, que se tem

300 kN de força atuando sobre o corpo.

No caso da Figura 1, sobre o êmbolo de 1 m2 de área atua a força de 300 kN, resultando

numa força de 900 kN sobre o êmbolo de área de 3 m2. Portanto, com o aumento da área nota-se

a multiplicação da força aplicada pela razão de acréscimo da área, considerando o equilíbrio, ou

seja, sistema ideal.

FIGURA 1 - Prensa de Joseph Bramah

O resumo matemático do princípio de Pascal é:

P.A F ou ==

A

F

P , ou ainda: P

F

A =

onde: P = pressão

F = força

A = área

A Figura 2 representa um macaco hidráulico fundamental, onde F é a força que o operador

faz e G e a força multiplicada pelo macaco.

FIGURA 2 - Macaco hidráulico fundamental


3

Na óleo-hidráulica diz-se que existe pressão em determinada parte do circuito hidráulico,

quando existe resistência ao fluxo de óleo gerado pela bomba. A bomba nunca gera pressão, gera

somente vazão de óleo. As resistências encontradas pelo óleo na sua trajetória são as

responsáveis pela geração da pressão.

Como exercício calcule a força “F” do operador do macaco hidráulico para elevar uma

carga “G” de 20kN, considere as distâncias apresentadas em centímetros e o sistema ideal, sem

atrito.

Manômetro de BOURDON O tubo de Bourdon consiste de uma escala calibrada em unidades de pressão e de um

ponteiro ligado, através de um mecanismo, a um tubo oval, em forma de “C”. Esse tubo é ligado

à pressão a ser avaliada.

Observando a Figura 3 nota-se que com o aumento da pressão no sistema, o tubo de

Bourdon tende a endireitar-se devido às diferenças nas áreas entre os diâmetros interno e externo

do tubo. Esta ação de endireitamento provoca o movimento do ponteiro, proporcional ao

movimento do tubo, que registra o valor da pressão no mostrador. Esses instrumentos são de boa

precisão com valores de erro variando entre 0,1 e 3% da escala total.

FIGURA 3 - Manômetro de Bourdon

A pressão é, normalmente, expressa por kgf/cm2, PSI (pounds square inches - libras por

polegadas quadradas), bars ou atmosferas. Porém de acordo com o sistema internacional de

medidas, a pressão deve ser expressa em N/m2 que corresponde a Pa. (Pascal) e seu múltiplos. O

QUAD. 1 apresenta valores de conversão das unidades de pressão mais usuais.

QUADRO 1 - FATORES DE CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO

1 atm 1,0333kgf/cm2

1kgf/cm2 0,9677atm

1atm 1,0134bar 1kgf/cm2 0,9807bar

1 atm 14,697psi(lbf/pol2) 1kgf/cm

2 14,223 psi(lbf/pol

2)

1atm 760mmHg 1kgf/cm2 736mmHg

1bar 0,9867atm

1psi 0,0680atm

1bar 1,0196kgf/cm2 1psi 0,0703kgf/cm

2

1bar 14,503 psi(lbf/pol2) 1psi 0,0689bar

1bar 759mmHg 1psi 51,719mmHg

1MPa 10,2kgf/cm2

1MPa 10bar

1Mpa 145,04 psi(lbf/pol2) 1MPa 7501,2mmHg


4

2.3 VAZÃO VOLUMÉTRICA

A vazão de um fluido pode ser determinada de duas formas distintas. Como ela é dada por

1/min (litros por minuto) ou g.p.m. (galões por minuto) ou no sistema internacional em m3/seg.,

etc., pode-se determiná-la pela razão do volume escoado do fluido por unidade de tempo ou

ainda pelo produto da velocidade do fluido versos a área da secção transversal na qual o mesmo

está escoando.

t

V

Q = A.vQ =

Onde: Q = vazão

A = área

v = velocidade

V= volume

t = tempo

Para efeito de dimensionamento de tubulações consideram-se como velocidades

econômicas de escoamento de fluxo os seguintes valores (REXROTH, 1985):

Sucção: de 0,5m/s a 1,5m/s

Pressão até 10MPa: 2m/s a 12m/s

Pressão de 10,0 MPa a 31,5 MPa: 3 m/s a 12 m/s

Retorno: de 2 m/s a 4 m/s

2.4 POTÊNCIA HIDRÁULICA E POTÊNCIA DE ACIONAMENTO

A potência de um circuito hidráulico normalmente é concebida a partir do atuador para o

motor de acionamento e para cálculos rápidos considera-se o rendimento total do sistema em

torno de 65%. Daí a potência hidráulica pode ser definida a partir da seguinte expressão:

VFph

×=

Onde: Ph = Potência hidráulica (Watt)

F = Força desenvolvida considerando uma segurança de ± 10% na carga (Newton)

V = Velocidade de movimentação da carga (m/s)

Considerando as grandezas envolvidas num circuito hidráulico a expressão para cálculo da

potência hidráulica é:

QPPh

×=

Onde: Ph= Potência hidráulica (Watt)

P = pressão de trabalho do circuito (N/m2 = Pa)

Q = Vazão volumétrica (m3/s)

A potência de acionamento do motor considerando o rendimento do circuito pode ser

calculada a partir da seguinte expressão:

η

=h

ac

P

P

Onde o denominador da relação é o rendimento total do circuito.


5

FIGURA 4 - Elevação de carga

2.5 UNIDADE DE POTÊNCIA HIDRÁULICA

O Quadro 2 apresenta os componentes básicos de uma unidade de potência hidráulica

representada na Figura 5.

QUADRO 2 - COMPONENTES DE UMA UNIDADE DE POTÊNCIA HIDRÁULICA

1. Motor elétrico 2. Entrada de energia elétrica

3. Capacitor 4. Chave liga/desliga

5. Saída de pressão 6. Válvula de segurança

7. Manômetro 8. Retorno para o tanque

9. Visor de nível 10. Conexão para o tanque

11. Reservatório 12. Dreno

13. Flange de acoplamento 14. Bomba de deslocamento positivo

15. Tubulação de sucção 16. Filtro de retorno

FIGURA 5 - Unidade de potência hidráulica


6

2.6 TRANSMISSÃO DE ENERGIA HIDRÁULICA

A óleo-hidráulica pode ser definida como um meio de transmitir energia, através de um

líquido confinado sob pressão. O componente de entrada de um circuito hidráulico denomina-se

bomba, e o de saída, atuador.

A maior parte das bombas incorpora vários elementos de bombeamento tais como pistãos,

palhetas, parafusos ou engrenagens. Os atuadores podem ser do tipo linear (cilindro) ou rotativo

(motores hidráulicos).

O circuito hidráulico não é uma fonte de energia. A fonte de energia é o acionador, tal

como, o motor que gira a bomba. O leitor poderia perguntar então, porque não esquecer a

hidráulica e ligar a parte mecânica diretamente ao acionador principal? A resposta está na

versatilidade de um circuito hidráulico, o qual oferece algumas vantagens sobre outros meios de

transmissão de energia.

3 COMPONENTES HIDRÁULICOS

3.1 BOMBAS

A bomba é provavelmente o componente mais importante e menos compreendido no

circuito hidráulico. Sua função é a de converter a energia mecânica em energia hidráulica,

empurrando o fluido hidráulico no circuito. As bombas são feitas em vários tamanhos e formas,

mecânicas e manuais com diversos mecanismos de bombeamento e para diversas aplicações.

Todas as bombas, entretanto, são classificadas em uma de duas categorias básicas: Turbobombas

(bombas centrífugas ou deslocamento dinâmico) ou bombas volumétricas (deslocamento

positivo).

3.1.1 TIPOS DE BOMBAS PARA APLICAÇÃO ÓLEO HIDRÁULICA

3.1.1.1 Tipos de bombas de deslocamento positivo de vazão constante

a- manuais

b- engrenagens

c- parafusos

d- palhetas

e- pistões radiais

axiais

3.1.1.2 Tipos de bombas de deslocamento positivo de vazão variável

a- manuais

b- palhetas

c- pistões radiais

axiais


7

3.2 VÁLVULAS

3.2.1 VÁLVULAS LIMITADORAS DE PRESSÃO, DE ALÍVIO OU DE SEGURANÇA

A pressão máxima do circuito hidráulico pode se controlada com o uso de uma válvula

limitadora de pressão normalmente fechada. (Figura 6). Com a via primária da válvula conectada

à pressão do sistema, e a via secundária conectada ao tanque, o carretel no corpo da válvula é

acionado por um nível predeterminado de pressão, e neste ponto as vias primária e secundária

são conectadas, e o fluxo é desviado para o tanque.

QUADRO 3 - COMPONENTES DA VÁLVULA LIMITADORA DE PRESSÃO

1. Cone de vedação 2. Sede da válvula

3. Mola 4. Botão de ajuste

5. Encaixe do parafuso 6. Porca de trava

FIGURA 6 - Válvula limitadora de pressão

3.2.2 VÁLVULAS DE RETENÇÃO

As válvulas de retenção (Figura 7) são aparentemente pequenas quando comparadas aos

outros componentes hidráulicos, mas elas são componentes que servem à funções importantes e

muito variadas. Uma válvula de retenção consiste basicamente de corpo da válvula, vias de

entrada e saída e de um assento móvel que é preso por uma mola de pressão.

QUADRO 4 - COMPONENTES DA VÁLVULA RETENÇÃO

1. Corpo da válvula 2. Esfera de vedação

3. Mola A- Engate macho

B- Engate rápido (fêmea)


8

FIGURA 7 - Válvula de retenção

3.2.3 VÁLVULAS DE CONTROLE DE FLUXO

A função da válvula controladora de fluxo (Figura 8) é a de reduzir a vazão em uma linha

do circuito. Ela desempenha a sua função por ser uma restrição maior que a normal do sistema.

Para vencer a restrição é necessário uma pressão maior provocando o desvio do fluxo para outra

parte do circuito, ou promovendo a abertura da válvula limitadora de pressão deslocando o fluxo

para o reservatório. São utilizadas quando se deseja controlar a velocidade em determinados

atuadores.

FIGURA 8 - Válvula controladora de fluxo

QUADRO 5 - COMPONENTES DA VÁLVULA CONTROLADORA DE FLUXO

1. Corpo da válvula 2. Botão de ajuste

3. Válvula estranguladora 4. Sede da válvula

5. Esfera de vedação 6. Mola

A- União macho B- Engate rápido(fêmea)


9

3.2.4 VÁLVULAS DIRECIONAIS

3.2.4.1 Considerações Iniciais

Em sua grande maioria, os circuitos hidráulicos necessitam de meios para se controlar a

direção e o sentido do fluxo de fluido. Através desse controle, pode-se obter movimentos

desejados dos atuadores (cilindros, motores e osciladores hidráulicos etc.), de tal forma que, seja

possível se efetuar o trabalho exigido.

O processo mais utilizado para se controlar a direção e sentido do fluxo de fluido em um

circuito, é a utilização de válvulas de controle direcional, comumente denominadas apenas de

válvulas direcionais. Esses tipos de válvulas podem ser de múltiplas vias que, com o movimento

rápido de um só elemento, controlam a direção ou sentido de um ou mais fluxos diversos de

fluido que vão ter à válvula.

3.2.4.2 IDENTIFICAÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE DIRECIONAL

Para identificação da simbologia das válvulas direcionais (ISSO/ ABNT) deve-se

considerar:

- Número de posições

- Número de vias

- Posição normal

- Tipo de Acionamento

Os quadrados (Figura 9) unidos representam o número de posições ou manobras distintas

que uma válvula pode assumir. Deve-se saber que uma válvula direcional possui no mínimo dois

quadrados, ou seja, realiza pelo menos duas manobras.

O número de vias corresponde ao número de conexões úteis que uma válvula pode possuir,

podem ser vias de passagem ou vias de bloqueio ou a combinação de ambas.

A posição normal de uma válvula de controle direcional é a posição em que se encontram os

elementos internos quando a mesma não foi acionada, geralmente é mantida por força de uma

mola.

FIGURA 9 - Simbologia de válvulas direcionais


10

As numerações de vias e comandos são indicadas por números ou letras:

• Vias para utilização (saídas): A - B - C - D ou 2 - 4 - 6 - 8

• Linhas de alimentação (entrada): P ou 1

• Tanque, escapes (exaustão): R - S - T ou 3 - 5 - 7

• Linha de comando (pilotagem): Z - Y - X ou 12 - 14 - 16

3.2.4.3 TIPOS DE VÁLVULAS DIRECIONAIS

FIGURA 10 - Válvula direcional principal 4/2vias acionada por alavanca e retorno por mola

QUADRO 6 - COMPONENTES DA VÁLVULA DIRECIONAL 4/2 VIAS

1. Carretel 2. Mola

3. Mola 4. Sede

5. Alavanca P – Via de pressão

A – Via de utilização B – Via de utilização

T – Via de retorno

FIGURA 11 - Válvula de controle direcional 4/3 vias, centro aberto, alavanca e centrada por mola


11

QUADRO 7 - COMPONENTES DA VÁLVULA DIRECIONAL 4/3 VIAS, CENTRO ABERTO

1. Carretel 2. Sede

3. Mola 4. Mola

5. Alavanca 6. Mecanismo de encosto

P – Via de pressão A – Via de utilização

B – Via de Utilização T – Via de retorno

FIGURA 12 - Válvula de controle direcional 4/3 vias, centro fechado, acionada por alavanca e centrada por mola

QUADRO 8 - COMPONENTES DA VÁLVULA DIRECIONAL 4/3 VIAS, CENTRO FECHADO

1. Carretel 2. Sede

3. Mola 4. Mola

5. Alavanca 6. Mecanismo de encosto

P – Via de pressão A – Via de utilização

B – Via de Utilização T – Via de retorno

3.3 ATUADORES HIDRÁULICOS

3.3.1 Atuadores lineares

Por se tratar de um atuador, a função básica de um cilindro hidráulico é transformar força,

potência ou energia hidráulica em força, potência ou energia mecânica. O cilindro hidráulico é

composto de diversas partes. A Figura 13 define bem os diferentes elementos que, unidos,

compõe esse equipamento.


12

FIGURA 13 - Atuador linear ou cilindro hidráulico

QUADRO 9 - COMPONENTES DO ATUADOR LINEAR

1. Êmbolo 2. Vedação do êmbolo

3. Haste 4. Guia da haste

5. Vedação da haste 6. Anel raspador

7. Flange dianteiro 8. Conexão

9. Cilindro 10. Câmara da haste

11. Câmara do êmbolo 12. Conexão

3.3.2 ATUADORES ROTATIVOS

A energia hidráulica fornecida para um motor hidráulico é convertida em mecânica sob a

forma de torque e rotação.

FIGURA 14 - Atuador rotativo ou motor hidráulico

QUADRO 10 - COMPONENTES DO ATUADOR ROTATIVO

1. Sede com dutos de ligação 2. Engrenagem interna fixa

3. Engrenagem externa 4. União universal

5. Eixo de saída

Construtivamente, o motor assemelha-se a uma bomba, excetuando-se, evidentemente, a

aplicação que é inversa uma da outra. Existem casos, inclusive, em que o equipamento pode

trabalhar ora como bomba, ora como motor hidráulico.


13

4 BIBLIOGRAFIA

PARKER HANNIFIN CO., Tecnologia hidráulica industria, Centro Didático de Automação

Parker Hannifin – Divisão Schrader Bellows

REXROTH, Treinamento hidráulico – curso thr, Rexroth Hidráulica Ltda, 1985

PALMIERI, A.C., Manual de hidráulica básica, Albarus,

DRAPINSK, J., Hidráulica e pneumática industrial e móvel, São Paulo, SP, MacGraw Hill do

Brasil, 1977, 287p.

Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 1

COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE GUARATINGUETÁ

APOSTILA DE HIDRÁULICA- 2º BIMESTRE 2003

HIDRÁULICA: é uma ciência baseada nas características físicas dos líquidos em repouso e em

movimento. Potência hidráulica é aquela fase da hidráulica que se refere ao uso dos líquidos para

transferir potência de um local para outro. Portanto, é essencial para o estudo dos princípios de

potência hidráulica, compreender o conceito de potência e fatores relacionados.

POTÊNCIA: é a medida de uma força que se move por uma determinada distância a uma dada

velocidade. Para compreender esta afirmação, precisamos definir força.

FORÇA: qualquer causa que tende a produzir ou modificar movimentos. Devido à inércia, um

corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a

permanecer em movimento, até ser atuado por uma força externa. A resistência à mudança de

velocidade depende do peso do objeto e da fricção entre as superfícies de contato. Se quisermos

movimentar um objeto, como a cabeça de uma máquina-ferramenta (torno), devemos aplicar-lhe

uma força. A quantidade de força dependerá da inércia do objeto. A força pode ser expressa em

qualquer das unidades de medida de peso (comumente expressa em quilos ou libras).

PRESSÃO: é uma quantidade de força aplicada numa unidade de área. P=F/A. Os sistemas

hidráulicos e pneumáticos têm como medida de pressão o quilograma-força por centímetro

quadrado (kgf/cm2), a libra-força por polegada quadrada (PSI, do inglês Pounds per Square

Inch) e também bar (N/m2 x 1000) do sistema francês ou ainda pascal (Pa) que é igual a força

de 1 Newton por metro quadrado.

Conversão de unidades: 1 Kgf/cm

2 = 14,223 PSI = 98,066 Kpa = 0,981 bar = 0,968 atm.

I polegada = 2,54 centímetros e 1 libra = 0,453 quilogramas

BLAISE PASCAL: físico e matemático Francês, viveu no século XVII, estudou as propriedades

físicas dos líquidos e formulou a lei básica da hidráulica. A lei de Pascal estabelece que : a

pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido (líquido ou gás) estático, é a mesma em todas as direções e é perpendicular às paredes do recipiente onde ela está encerrada.

DANIEL BERNOULLI: cientista Holandês do século XVIII, estudando a relação da velocidade

de um fluido e a pressão exercida neste, descobriu um fenômeno interessante no qual hoje leva

seu nome, ou seja, o princípio de Bernoulli que diz: Quando a velocidade de um fluido aumenta,

a pressão deste fluido diminui. Ou seja, para qualquer fluido em movimento a pressão é menor

onde a velocidade é maior.

OBS: Quando não há movimento de fluido, aplicamos o princípio de Pascal (pressão é a mesma

em todos os sentidos) e quando há movimento de fluido aplicamos o princípio de Bernoulli (o

aumento da velocidade do fluido acarreta numa queda de pressão).

TRANSMISSÃO HIDRÁULICA MULTIPLICADOR DE FORÇA

Temos dois cilindros hidráulicos interligados, com áreas de 5 cm2 e de 20 cm

2.

Aplicando-se uma força de 10 Kgf no cilindro menor, uma pressão gerada de 2 Kg/cm2 será

transmitida (lei de Pascal) ao cilindro maior. A pressão de 2 Kgf/cm2 atuando numa área de 20

cm2, exercerá uma força de 40 Kgf no pistão do cilindro maior. Temos, portanto, um ganho de

força na ordem de 4 vezes a força aplicada inicialmente. Neste caso obteremos nesta transmissão

hidráulica uma vantagem mecânica de 4, cuja maneira de calculá-la basta fracionar as áreas dos

pistões ou dividir a força obtida pela força introduzida.


MULTIPLICADOR DE PRESSÃO: temos um cilindro hidráulico especial, pistão de atuação

dupla, com diferentes áreas e interligados por uma haste interna, para transmitir a força gerada

pela pressão. Inicialmente aplica-se 10 PSI no pistão de área 20 polegadas quadradas, que vai

fazer uma força de 200 libras na haste interna. A força gerada vai atuar no pistão de área 5

polegadas quadradas e gerar uma pressão de 40 PSI no conjunto menor. Temos então um

aumento de pressão de 10 para 40 PSI no sistema. Nota: quanto maior for a diferença entre as

áreas dos pistões, maior será a multiplicação da pressão.

GAXETAS DE VEDAÇÃO: são os elementos que guarnecem as unidades hidráulicas,

impedindo vazamentos internos (não há perda de líquido) ou vazamentos externos (há perda de

líquido). As gaxetas são fabricadas de borracha sintética (petróleo) para uso com óleo mineral ou

de borracha natural (seringueira) para uso com óleo vegetal. A troca das borrachas acarretará, a

curto prazo, a destruição das mesmas e o completo vazamento em todo sistema. Existem vários

tipos e modelos em uso nos componentes hidráulicos, a mais comum é a tipo anel conhecida

como O´ring.

FLUIDOS USADOS NOS SISTEMAS HIDRÁULICOS: função: transmitir energia, lubrificar e refrigerar. O óleo a ser usado nos sistemas hidráulicos deve ser especialmente

fabricado para tal fim. Além dos poderes normalmente encontrados nos demais óleos

(incompressibilidade, lubrificante, antioxidante), ele deverá conter o poder antiespumante e

principalmente a viscosidade apropriada para transmissão de força num circuito fechado. Nos

circuitos mais modernos encontramos também a proteção contra o fogo, quando o óleo poderá

ser submetido a altas temperaturas até se volatilizar e nunca provocará a chama. Nota: Óleo

limpo é um fator de grande importância para a operacionalidade dos equipamentos hidráulicos.

Requisitos básicos para o óleo hidráulico:

Prevenir a formação de goma e verniz Incompressibilidade

Lubrificante Anticorrosivo

Baixo custo Refrigerante

Alto índice de viscosidade Separar-se da água

Liberar o ar instantaneamente Não ser tóxico e nem ter acidez

Não ser inflamável Ser compatível com retentores e gaxetas

Diminuir a formação de espuma


Principais fluidos hidráulicos utilizados: água, óleo mineral (derivado do petróleo), óleo

vegetal (mamona), óleo sintético (mais moderno, alto poder lubrificante e resistente ao fogo),

óleo glicol (água + etileno ou propileno de glicol) e óleo solúvel (emulsificador, que se mistura

com água).

TUBULAÇÕES E MANGUEIRAS: a seleção e instalação apropriada das tubulações e

mangueiras é de importância primordial em um circuito hidráulico. O encanamento é

classificado de acordo com a espessura da parede e a bitola nominal. Normalmente as tubulações

são medidas pelo diâmetro externo, enquanto que as mangueiras pelo diâmetro interno devido às

malhas de aço (alma)que lhe são envolvidas para que possam suportar alta pressão. Basicamente

as tubulações e mangueiras iniciam com bitola de 1/8 da polegada e vão aumentando de tamanho

de 1/16 e 1/16, sucessivamente. Os encanamentos de menor diâmetro são os que suportam

maiores pressões, devido a força resultante da pressão em suas paredes de contato. As

mangueiras são comumente usadas onde há movimento do mecanismo ou lugar de constante

manutenção.

As tubulações são fabricadas de alumínio (baixa pressão), aço, ferro, cobre (alta pressão)

e de titânio (alta pressão, alta temperatura e baixo peso, atualmente usadas nas aeronaves mais

modernas).

As mangueiras não devem ser instaladas retorcidas senão provocarão afrouxamento de

suas porcas quando receberem a pressão nominal do sistema. Seu tempo de vida é limitado ao

prazo estipulado pelo fabricante (normalmente 05 anos) e devem ser substituídas quando

apresentarem rachaduras na superfície ou quando apresentarem vazamentos. As mangueiras são

montadas (colocados terminais em suas extremidades) no tamanho ideal para encaixe nas

válvulas hidráulicas e sempre deverão ser testadas quanto a vazamentos e resistência à ruptura,

antes da instalação.

CAPÍTULO II - UNIDADES HIDRÁULICAS BÁSICAS

RESERVATÓRIO: é a unidade hidráulica que armazena, filtra e dissipa o calor oriundo do

sistema hidráulico. Externamente possui bocal de abastecimento, linha de saída para a bomba de

força e bomba manual, tubo suspiro, bujão dreno, visor e conexão para a linha de retorno geral.

Internamente possui filtro, válvula de alívio e chicana quebra-redemoinho. Tratando-se de um

supridouro de óleo, elemento vital dos SH, torna-se ele um elemento indispensável ao sistema. O

reservatório deve ter uma capacidade de armazenamento de fluido duas a três vezes a capacidade

da bomba e ser suficientemente grande para conter mais do que o volume de líquido requerido

pelo sistema.


Componentes Externos do RESERVATÓRIO

a) Bocal de abastecimento: é um orifício com uma tampa presa por uma corrente. No

interior deste orifício, encontramos uma tela substituível de arame, de malha fina,

com a finalidade de impedir que substâncias estranhas entrem no reservatório, quando

este for reabastecido.

b) Linha de sucção da bomba hidráulica: são linhas que permitem a passagem do óleo

do reservatório para a entrada das bombas. c) Tubo suspiro: comunica o interior do reservatório com a atmosfera, possuindo

normalmente na sua linha, um filtro. Tem por finalidade equilibrar a pressão

atmosférica no interior do tanque e, em caso de obstrução, pode fazer parar o SH,

pois as bombas não mais terão capacidade de puxar o óleo do tanque devido ao vácuo

ocasionado na superfície do líquido. d) Bujão dreno: é um tampão localizado na parte mais baixa do tanque que tem por

finalidade permitir a drenagem do óleo durante a manutenção. e) Visor: é o indicador de nível de óleo do sistema. Deve ser verificado antes de cada

operação do SH. f) Linha de retorno geral: colocadas em ângulo de 45º em relação ao fundo do tanque

para que a vazão de retorno não seja de imediato succionada pela bomba e permita

com isso a máxima dissipação de calor do óleo. Esta linha deve estar abaixo do nível

de fluido, para impedir a aeração e a formação de espuma no óleo.

Componentes Internos do RESERVATÓRIO

a) Filtro: tem por finalidade reter as impurezas que podem contaminar o óleo.

b) Válvula de alívio: desvia o fluido que retorna ao filtro, em caso de entupimento do

mesmo. É denominada válvula by-pass do filtro. Obs.: O óleo by-passado não é

filtrado. c) Chicana: é uma chapa estendida em pé, no sentido longitudinal do reservatório,

assentada no seu fundo. Evita a turbulência do óleo de retorno, provocando o efeito

quebra-redemoinho no interior do tanque.

f iltro

bocal de

enchimento

c/ suspiro

linha de sucção linha de retorno

chicana

bujão dreno

v isor

nív el do f luido

RESERVATÓRIO HIDRÁULICO


BOMBAS HIDRÁULICAS: são dispositivos utilizados para converter energia mecânica

em energia hidráulica. Quando em operação, criam um vácuo parcial na linha de entrada e

provocam a sucção do líquido para dentro de seu corpo. Segundo sua ação mecânica, encaminha

este mesmo líquido à linha de saída (pressão) e força-o para dentro do sistema hidráulico. As

bombas hidráulicas produzem vazão de líquido para o SH, sendo que a resistência à esta vazão

ocasiona a formação da pressão. Quanto maior for a resistência à vazão, maior será a pressão

fornecida pela bomba. Na linha de sucção da bomba, o vácuo parcial permite a admissão de óleo

em sua entrada, entretanto podemos observar que na falta de óleo poderá ocorrer duas situações

distintas:

Aeração: faltando óleo na entrada da bomba, ela não poderá fornecer vazão e ficará girando livre

apenas com ar no seu interior.

Cavitação: A falta de óleo na entrada da bomba faz com que o ar succionado provoque o

efeito vácuo na sua entrada, denominado cavitação. Este efeito é prejudicial às bombas de força

porque provoca danos ao corpo do elemento gerador de força das mesmas, chegando até mesmo

à quebra do mecanismo.

Eixo de Cizalhamento: é o enfraquecimento de um certo local do eixo da bomba que

provoca a sua quebra quando a bomba estiver travada .

Desempenho das Bombas Hidráulicas: as bombas são geralmente avaliadas em termos

de descarga volumétrica, designada “volume de descarga” ou “capacidade”, que é a quantidade

de líquido que a bomba pode descarregar em sua abertura de saída, por unidade de tempo. A

descarga volumétrica é geralmente expressa em termos de litros por minuto (lpm) ou galões por

minuto (gpm).

Uma bomba não pode por si própria produzir pressão, pois não pode proporcionar

resistência à própria vazão. A pressão por ela produzida será proporcional à resistência à vazão

do líquido que ela fornece ao sistema. Caso não haja resistência à vazão, não haverá pressão e a

bomba trabalhará livre. Havendo resistência à vazão, haverá pressão que será proporcional à

resistência oferecida ao fluxo de saída da bomba. A proporção que aumenta a pressão, a descarga

volumétrica da bomba diminui. Esta queda de descarga volumétrica é causada pelo vazamento

interno do óleo do lado de saída para o lado de entrada da bomba, vazamento este denominado

“deslizamento”, que é uma característica comum em todas as bombas. Alguns tipos de bombas

possuem maior deslizamento interno que outras. Esta é a medida de eficiência das bombas e é

geralmente expressa em porcentagem.

Classificação das Bombas Hidráulicas: embora muitos métodos diferentes sejam usados para

classificar bombas, uma divisão fundamental pode ser feita quanto ao tipo de deslocamento. As

bombas são designadas de deslocamento positivo ou deslocamento não-positivo.

Deslocamento

Positivo Não-positivo

Palheta Pistão Engrenagem Centrífuga Hélice Vazão Mista O deslizamento é negligível O deslizamento pode ser a vazão total

PRINCÍPIOS DE OPERAÇÃO DAS BOMBAS HIDRÁULICAS

Bomba tipo Palheta: consiste de um rotor provido de ranhuras que é girado por um eixo de

acionamento. Cada ranhura do rotor retém uma palheta retangular chata, que pode mover-se

radialmente na ranhura. Quando o rotor gira, a força centrífuga aciona as palhetas para fora.

Devido à excentricidade do rotor em relação à carcaça da bomba, a entrada de óleo está situada


na parte onde as câmaras aumentam de tamanho e o movimento das palhetas conduzem o óleo

para a saída da bomba, onde as câmaras diminuem de tamanho, empurrando-o para o sistema

hidráulico.

Bomba tipo Engrenagem: consiste de uma engrenagem de acionamento e uma engrenagem

acionada, contidas numa caixa bem justa. As engrenagens giram em direções opostas e

encaminham o óleo lateralmente, no espaço entre os dentes, empurrando-o para o sistema

hidráulico. A eficiência da bomba é medida pela folga entre a engrenagem e a carcaça da bomba.

Bomba tipo Pistão: consiste de 7 ou 9 pistões em ângulo de 45o, cujo movimento do eixo

acionador provoca o ir e vir dos pistões, succionando o óleo na metade do ciclo da bomba e

pressionando no ciclo oposto. Obs.: As bombas de deslocamento positivo geralmente são

utilizadas em sistemas hidráulicos de média e alta pressão (1.000 a 3.000 PSI).

As bombas hidráulicas a seguir, são usadas apenas com água, normalmente irrigação:


Bomba tipo Voluta: consta de uma câmara circular de bombeamento com uma abertura de

entrada central e uma abertura de saída periférica. Um impulsor (em forma de espiral = voluta)

giratório, composto de várias pás curvas está na câmara de bombeamento e quando em

movimento envia o líquido para a saída da bomba.

Bomba tipo Difusor: semelhante à voluta, incorpora uma série de pás denominadas difusor, que

em movimento envia o líquido para a saída da bomba.

Bomba tipo Hélice: semelhante às centrífugas, com exceção de que as pás de hélice impelem o

líquido axialmente através da bomba, em vez de radialmente como as outras. Sua ação pode ser

comparada com a de um ventilador contido em um tubo. Obs.: As bombas de deslocamento não

positivo geralmente são usadas em sistemas que requerem grande vazão e pressão relativamente

baixa. Podem ser ligadas em série para desenvolver maior pressão.

FILTROS HIDRÁULICOS: quando os sistemas hidráulicos trabalham em altas velocidades e

pressões, substâncias contaminadoras causam o gasto excessivo e a perda de potência, e podem

causar o mau funcionamento dos componentes. A filtragem adequada compensa muitas vezes o

seu custo por meio da redução da manutenção e despesas com a substituição de peças.

Filtros de tela (encontrados no bocal dos tanques), filtros (encontrados nas linhas do SH)

e os plugues magnéticos, podem ser usados para remover partículas estranhas do fluido

hidráulico e são eficientes como salvaguarda contra contaminação.

A localização e o tipo de filtro usado são determinados pelas necessidades do circuito.

Um filtro de alta pressão é usado no lado da descarga (pressão) da bomba. Filtros de baixa

pressão são freqüentemente usados nas linhas de retorno do tanque.

A maioria dos filtros usados nos SH é do tipo cartucho, cujo elemento filtrante é um

cartucho de papel ou mesmo de metal, micrométricos, que possuem normalmente duas camadas

de material filtrante, uma das quais absorve as substâncias contaminadoras, enquanto que a outra

proporciona o peneiramento fino.

Incorporado ao corpo dos filtros hidráulicos encontramos uma válvula de alívio,

denominada by-pass, que tem por finalidade desviar o fluxo de fluido em caso de obstrução do

elemento filtrador, garantindo a passagem do óleo, porém, sem a devida filtragem. Alguns tipos

de filtros possuem também um indicador de obstrução que alerta o operador , seu entupimento.

A manutenção do filtro consiste em trocar o elemento periodicamente. Seu tempo de uso

depende das condições de operação. Normalmente o elemento de filtragem deve ser trocado pela

primeira vez depois de 50 horas de funcionamento, e depois, a cada 500 horas, ou conforme o

manual específico do equipamento.


VÁLVULAS UNIDIRECIONAIS ou VÁLVULAS DE RETENÇÃO: válvulas unidirecionais

ou válvulas de retenção são válvulas simples que permitem a vazão livre do fluido em apenas

uma direção, fechando sua passagem em sentido contrário. Encontramos duas modificações

neste tipo de válvula: unidirecional com restrição (fluxo livre num sentido, restrito em sentido

contrário) e unidirecional comandada ( fluxo livre num sentido, sentido contrário fechado até que

seja comandado para abrir).

RESTRITORES: restritores fixos ou varáveis são usados para controlar a vazão de

fluxo de líquido em circuitos hidráulicos, permitindo o controle da velocidade e suavizando o

movimento dos mecanismos acionadores através da restrição da velocidade do fluxo do líquido.

Restritor fixo: possui um orifício calibrado, por onde o fluxo é restrito de acordo com a

necessidade do atuador hidráulico. Comumente encontramos incorporado à ele, dois filtros de

tela que impedem a passagem de partículas sólidas que poderiam obstruir o orifício.

Restritor variável: possui internamente uma agulha cônica de restrição que pode ser

ajustada manualmente de acordo com a necessidade do atuador hidráulico. Nota: maior fluxo de

líquido proporciona maior velocidade de acionamento dos mecanismos.

MANÔMETROS: a energia de um SH é a pressão criada pela resistência à vazão da

bomba de força. Os manômetros são os instrumentos responsáveis pela leitura correta de pressão


em um sistema hidráulico, sendo, portanto, o medidor de quantidade de energia possuída num

sistema.

Encontramos nos manômetros hidráulicos, duas marcas coloridas: a de cor verde indica a

pressão operacional do SH, enquanto que a de cor vermelha indica pressão excessiva nas linhas.

O princípio de funcionamento dos manômetros é a atuação de um tubo de Bourdon, tubo

este de forma espiral que distende-se quando recebe pressão hidráulica e movimenta com isso,

mecanicamente, um ponteiro indicador. Ao cessar a pressão existente nas linhas, o tubo de

Bourdon retrai-se para a forma inicial de repouso, puxando com si o ponteiro indicador para a

posição zero do mostrador.

É muito comum encontrarmos hoje em dia manômetros elétricos no painel de comando,

instrumentos estes que recebem sinal elétrico de um tubo de bourdon localizado internamente

num transmissor de pressão, que está acoplado às linhas de pressão hidráulica. Seu princípio de

operação baseia-se num tubo de bourdon que recebe pressão hidráulica, aciona um rotor elétrico

que transmite à um indicador no painel, o movimento de distenção do bourdon e a conseqüente

indicação no mostrador

BOMBAS MANUAIS : utilizadas em situações emergenciais para substituir as bombas

de força, podem ser usadas também em pequenos circuitos hidráulicos de teste e até mesmo em

macacos ou prensas hidráulicas. A bomba manual transforma força manual em pressão

hidráulica. O movimento de vaivém do seu cabo de comando provoca o movimento de um pistão

que flutua dentro do cilindro da bomba. A cada retrocesso do pistão, o óleo entra no cilindro

passando através de uma válvula de uma direção. Quando o pistão é empurrado, ele empurra

consigo o óleo anteriormente admitido que é enviado à linha de pressão da bomba, através de

uma outra válvula de uma direção que impede sua volta para dentro da bomba. Tanto no

movimento de avanço como de retrocesso do pistão, a bomba envia fluido para o SH, pois a

diferença de área do pistão proporciona um excesso de óleo no seu interior. Assim, a cada

impulso no seu cabo de comando haverá um impulso de líquido na saída da bomba.

Todo reservatório hidráulico deve possuir na sua construção, uma reserva de óleo

hidráulico que garanta o abastecimento da bomba manual. Nos aviões este artifício tem salvado

muitas vidas porque com a falha da bomba hidráulica principal, a bomba manual tem garantido

energia hidráulica necessária para acionar os comandos de vôo, os freios das rodas, baixar e

travar os trens de pouso etc.

ACUMULADOR DE PRESSÃO: componente necessário em todo circuito hidráulico

dinâmico, o acumulador tem por finalidade amortecer o aumento súbito de pressão no sistema,

ao mesmo tempo em que acumula a pressão produzida pela bomba. Consiste de uma peça

cilíndrica com duas câmaras separadas por um êmbolo flutuante. Num dos lados do êmbolo é

colocado nitrogênio pressurizado (efeito mola) que empurra o êmbolo para o batente oposto. A

medida que a bomba hidráulica vai pressurizando o fluido no sistema hidráulico, a pressão vai

forçando o êmbolo em sentido contrário, comprimindo o nitrogênio, movimentando o êmbolo


para o interior do cilindro do acumulador. Quanto maior for a pressão, mais ele empurra o

êmbolo, acumulando maior pressão e absorvendo a carga hidráulica da bomba, protegendo-a

contra vibrações e choques hidráulicos.

Acumuladores de pressão não precisam de indicadores de pressão em suas linhas de ar e,

quando se faz necessário verificar a sua pré-carga (pressão de ar) , basta aliviar a pressão do SH

e observar o movimento do ponteiro do manômetro. Quando houver uma queda súbita da pressão

para zero, a última leitura é a medida da pré-carga.

REGULADOR DE PRESSÃO: é o componente hidráulico que controla o nível maior de

pressão atuante no SH, ao mesmo tempo que alivia a carga da bomba de força, quando este nível

é atingido. É fator primordial na vida útil de uma bomba de força, porque durante todo tempo de

operação do SH, ela estará trabalhando livre e a sua durabilidade será muito maior.

Sua operação consiste de receber a pressão produzida pela bomba e, permitir que esta

pressão se encaminhe para o SH e vá se acumulando em todo circuito. Quando o nível máximo

de pressão é atingido, 3.000 PSI, por exemplo, o regulador muda a posição de suas válvulas

internas e passa a enviar a pressão da bomba direto para o reservatório, ao mesmo tempo em que

mantém presa a pressão hidráulica anteriormente criada, desde o próprio regulador até os demais

componentes do SH. Temos então, a partir daí, somente a parte central do SH com pressão,

enquanto que a bomba estará trabalhando livre e enviando o óleo diretamente para o tanque. Diz-

se neste caso que o regulador está aberto para o retorno.

Quando algum componente hidráulico é comandado, a pressão cairá para um nível

mínimo de pressão do regulador, 2.600 PSI, por exemplo , então suas válvulas internas mudam

novamente de posição e abrem a entrada de pressão da bomba para o SH que vai aumentar até o

seu nível máximo (3.000 PSI). Diz se neste caso que o regulador está fechado para o retorno (ou

aberto para o sistema).


REDUTOR DE PRESSÃO: uma válvula de redução de pressão é usada para limitar a pressão

em um circuito secundário a um valor abaixo que a pressão de operação do circuito principal.

Isto ocorre em circuitos hidráulicos que trabalham com alta pressão (3.000 PSI), entretanto certo

equipamento precisa de uma pressão bem abaixo deste limite, por medida de segurança. Assim, o

redutor recebe os 3.000 PSI na sua entrada e através de um pistão com mola de regulagem,

permite que somente passe por seu interior uma pressão bastante inferior (1.000 PSI, por

exemplo). Vale ressaltar aqui que o pistão atuador e sua respectiva mola não permitem a

passagem de uma pressão além do limite preestabelecida na sua regulagem (o que exceder a

1.000 PSI não poderá passar pelo redutor, pois o pistão fecha a passagem do fluido).

VÁLVULA DE ALÍVIO: limitar a pressão do SH é a principal função da válvula de alívio.

Quando a pressão hidráulica na entrada da válvula for suficiente para sobrepujar a força de sua

mola, a esfera é afastada de seu assento e a válvula é aberta, aliviando o excesso de pressão,

mantendo o SH com a pressão de regulagem da mola.

É preciso ficar bem claro que a válvula de alívio limita a pressão do SH a um valor

máximo (3.500 PSI, por exemplo), que sempre é maior do que a pressão do regulador (3.000

PSI), entretanto diferentemente do regulador, na operação da válvula de alívio a bomba de força

produz ininterruptamente a pressão, estando a bomba sempre com carga total. NOTA: a válvula

de alívio somente entrará em operação em caso de falha do regulador de pressão e a pressão do

SH ultrapassar seu nível máximo (3.000 PSI) e atingir 3.500 PSI.

ATUADOR HIDRÁULICO: os atuadores hidráulicos executam função oposta à das bombas

hidráulicas e convertem energia hidráulica em energia mecânica para efetuar trabalho útil. Num

circuito típico, o atuador é mecanicamente ligado à carga de trabalho e é atuado pelo fluido da

bomba; assim sendo, força ou torque é transformado em trabalho. Os atuadores podem ser

classificados, de modo geral, como dos tipos linear (cilindro atuador) ou rotativo (motor

hidráulico).

O atuador linear, como um cilindro acionador, é usado para operações de prender e

prensar ou para movimento de avanço rápido e fino. As aplicações de um atuador rotativo ou

motor hidráulico incluem operações de mandrilar, tornear, posicionar etc.

Cilindro de Simples Efeito: o atuador linear mais simples é o cilindro de simples ação, que

aplica força em apenas uma direção. O fluido penetra no cilindro através de um orifício apenas e

desloca o pistão atuador, forçando-o para fora, desenvolvendo a força necessária para

movimentar o mecanismo acionador. Ainda que não haja previsão para retração por força

hidráulica da haste, a força da gravidade ou até mesmo uma mola podem exercer o artifício do

retorno.


Cilindro de Duplo Efeito: o cilindro de dupla ação permite a aplicação da pressão hidráulica em

ambas as extremidades do pistão, para controlar o movimento linear nas duas direções opostas.

Este cilindro de ação dupla é também chamado de diferencial por ter uma área maior (lado sem

haste) e uma área menor (lado com haste). Quando a pressão é aplicada na área maior, seu

movimento é mais lento por consumir maior volume de óleo, porém desenvolve maior força. A

pressão em sentido contrário movimenta-o com maior velocidade, devido à área menor de

atuação do óleo no pistão, entretanto desenvolve menor força.

Cilindro de Haste Dupla: encontramos ainda o cilindro de duplo efeito, de haste dupla, que

exerce forças iguais nos dois sentidos, pois as duas áreas de atuação são também iguais (áreas

menores).

Motor Hidráulico: tais como as bombas rotativas, podem ser de pistão, engrenagem ou palheta.

Algumas vezes, muitas bombas hidráulicas podem ser usadas como motores com pequenas ou

nenhuma modificação. No motor tipo engrenagem ambas as engrenagens são acionadas, mas

somente uma é ligada ao eixo de saída. No motor tipo palheta, todas as palhetas são acionadas

pela pressão hidráulica, entretanto como não há força centrífuga no início de sua operação, molas

ou balancins são freqüentemente usados atrás de cada palheta, para este fim. No motor tipo

pistão, o fluido entra na metade dos furos dos pistões, força-os para fora, causando a rotação do

bloco de cilindro e do eixo de acionamento. O motor tipo pistão é o mais utilizado de todos pois

possui uma inércia relativamente baixa, sua aceleração é rápida e pode adaptar-se facilmente nas

aplicações onde reversões imediatas são desejadas.

MOTOR HIDRÁULICO TIPO PALHETA MOTOR HIDRÁULICO TIPO ENGRENAGEM

MOTOR HIDRÁULICO TIPO PISTÃO


VÁLVULA SELETORA (DIRECIONAL): como o próprio nome indica, a válvula seletora ou

válvula direcional tem por finalidade selecionar a pressão hidráulica para as diferentes áreas dos

cilindros atuadores. Ela tem como função permitir a seleção do movimento desejado nos

mecanismos acionadores. Encontramos válvulas seletoras com comando manual no próprio

corpo da válvula ou com comando elétrico a distância.

Sua operação consiste basicamente em quatro posições de atuação do óleo hidráulico:

pressão da bomba, retorno para o tanque, cilindro 1 (pressão selecionada para a área maior do

cilindro) e cilindro 2 (pressão selecionada para a área menor do cilindro ).

O comando elétrico ou manual da válvula permite a alternância da pressão para o cilindro

1 ou para o cilindro 2 e com isto o movimento de distensão ou de recolhimento da haste do

atuador hidráulico. Quando o comando for para um motor hidráulico, a alternância no comando

da seletora inverte o sentido de rotação do motor.

SERVO-VÁLVULAS: o controle automático das funções da máquina com grande precisão de

velocidade, aceleração e colocação em posição, é possibilitado convertendo-se um sinal elétrico

em saída hidráulica. O instrumento desta conversão é a válvula servo eletro-hidráulica.

O componente básico deste tipo de válvula é o motor de torque. O motor de torque tem

como partes principais o ímã permanente, duas bobinas e uma armação. Com sinal elétrico de


entrada zero no motor de torque, não há corrente elétrica nas bobinas e a armação permanece na

posição neutra. Quando a corrente é aplicada numa das bobinas, ela movimenta uma haste que

seleciona o sentido da pressão hidráulica. Quando aplicada na outra bobina, ela executa o

movimento em sentido contrário. O movimento da haste seletora é proporcional ao sinal elétrico

aplicado no motor de torque e o movimento do atuador hidráulico por conseqüência obedece ao

ritmo imposto pelo motor de torque.

OBS: o motor de torque apesar de levar este nome, não se comporta como um motor

rotativo como estamos comumente acostumados. Ele se limita a provocar um movimento

vibratório numa haste seletora que direciona a passagem do fluido na direção desejada. Sua

vantagem em relação à válvula seletora operada por solenóide, é a baixa corrente elétrica

necessária para sua operação que atinge no máximo 200 miliamperes.

Este tipo de válvula é muito usada nos equipamentos hidráulicos mais modernos, e já

vem incorporada à um cilindro atuador, entretanto seu alto preço inibe muitas vezes o

comprador. Na Feira de Mecânica de 1998, ela estava sendo vendida pela BRASVÁLVULAS de

Santo Amaro - SP, por R$ 7.000,00 a unidade.

VÁLVULA REGULADORA DE FLUXO: semelhante ao restritor variável, é usada

normalmente para restringir o fluxo, controlando a velocidade do atuador linaer (cilindro

hidráulico) ou rotativo (motor hidráulico). O ajuste de velocidade de vazão é feito virando-se

manualmente um dial na face externa da válvula.

VÁLVULA DE SEQÜÊNCIA: sua função, normalmente, é a de retardar um movimento

secundário, até que o principal se haja completado. É usada, por exemplo, para permitir que um

atuador hidráulico funcione e, somente após sua operação final um outro atuador ligado em

paralelo, entre em operação. Normalmente deve ser instalada nas linhas alternadas de dois

cilindros hidráulicos, permitindo que apenas um deles receba a pressão hidráulica inicial e,

somente após o seu fim de curso quando a pressão ultrapassar a regulagem de seqüência (150

PSI), a pressão passará para o outro cilindro e o comandará. Na prática, um cilindro prenderia

primeiramente uma peça e o outro iniciaria posteriormente o trabalho de furar a mesma peça.


VÁLVULA DESACELERADORA: é uma válvula operada por came (haste), normalmente

usada em derivação com uma válvula reguladora de fluxo para o trecho de translação rápida de

um ciclo do atuador. Sua operação consiste em permitir a passagem livre do fluido hidráulico,

até que seja comandada por um came (haste), feche a passagem do fluido e o force a passar pela

válvula reguladora de fluxo. É como se fosse uma unidirecional comandada para fechar a

passagem do fluido no momento desejado. Normalmente instalada na linha alternada de pressão

do cilindro hidráulico, permite seu movimento rápido até que seja atuada e feche a passagem do

fluido, obrigando-o a desviar-se por uma válvula reguladora de fluxo, desacelerando seu

movimento.

INTERRUPTOR DE PRESSÃO: ou contactor manométrico, é o componente hidráulico que

tem por finalidade ligar ou desligar algum outro componente elétrico, de acordo com uma

pressão hidráulica pré-estabelecida. Ë muito utilizado, por exemplo, para ligar ou desligar um

motor elétrico que aciona a bomba hidráulica. Neste caso, quando ligamos o motor elétrico que

está acoplado à bomba , o motor começa a girar e com isso faz seu acionamento. Quando a

pressão produzida pela bomba atinge o limite pré-estabelecido, o interruptor de pressão desliga o

motor elétrico, fazendo a bomba parar. Por ocasião do consumo da pressão hidráulica por algum

mecanismo do sistema, o interruptor de pressão liga novamente a bomba para que produza a

pressão necessária para o acionamento do mecanismo.

VÁLVULA LANÇADEIRA OU VÁLVULA ALTERNADORA: é a válvula hidráulica que

separa o sistema hidráulico normal, do sistema hidráulico de emergência. Ë utilizada sempre na

linha de junção dos dois sistemas, permitindo que a pressão hidráulica necessária para o

comando de algum mecanismo seja sempre garantida em situação normal ou em situação de

emergência.


EXEMPLOS DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS

0

VÁLVULA REGULADORA DE FLUXO

VÁLVULA DE SEQUÊNCIA

UNIDIRECIONAL COM RESTRIÇÃO

CIRCUITO HIDRÁULICO EM FORMA DE SÍMBOLOS

O mesmo circuito anterior, em forma de ESQUEMA:


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

www.Automationstudio.com

Software Automation Studio

www.parker.com.br

www.rexroth.com.br

Manual do Oleodinâmico Industrial 935100 - Vickers

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Sistemas Hidraúlicos e Pneumáticos