UNIBAHIA – UNIDADE BAIANA DE ENSINO PESQUISA E EXTENSÃOCURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA

ELEMENTOS DE MAQUINA (HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA)MICHELL THOMPSON FERREIRA DA MATA

LAURO DE FREITAS – BAJUNHO DE 2012

MICHELL THOMPSON FERREIRA DA MATA

ELEMENTOS DE MAQUINA (HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA)

TRABALHO APRESENTADO COMO PARTE DA AVALIAÇÃO PARCIAL DA DISCIPLINA DE ELEMENTOS DE MAQUINAS DO CURSO DEENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICADA FACULDADE UNIBAHIA.

PROFESSORA: CAMILA RUIZ

LAURO DE FREITAS – BAJUNHO DE 2012

APRESENTAÇÃO

Este trabalho tem por finalidade relatar o que se foi aproveitado dentro e fora de sala de aula.

O assunto de hidráulica e pneumática que foi ministrado dentro da disciplina de Elementos de Maquinas baseasse simplesmente Em seus acionadores e demais mecanismos de montagem e funcionamento.

Sumário

HIDRÁULICA.......................................................................................................5

PNEUMÁTICA......................................................................................................5

ATUADORES HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS............................5

VÁLVULAS HIDRÁULICAS E PNEUMÁTICAS .................................................6

VÁLVULAS ACIONADAS ELETRICAMENTE....................................................7

FILTROS HIDRÁULICOS.....................................................................................7

FILTROS DE AR..................................................................................................8

ALGUNS TIPOS DE FILTROS.............................................................................8

BOMBA HIDRÁULICA ELETRICA......................................................................10

RESERVATÓRIO HIDRÁULICO..........................................................................10

REGULADORES DE PRESSÃO PNEUMÁTICO................................................11

RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO............................................................11

CONCLUSÃO.......................................................................................................12

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA.........................................................................13

ANEXOS............................................................................................................................14

HIDRÁULICA 

É uma palavra que vem do grego e é a união de hydra = água, e aulos = condução/aula/tubo é, portanto, uma parte da física que se dedica a estudar o comportamento dos fluidos em movimento e em repouso. É responsável pelo conhecimento das leis que regem o transporte, a conversão de energia, a regulação e o controle do fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão, temperatura, viscosidade, etc).

A hidráulica pode ser dividida em três capítulos, para efeito de estudo apenas: a hidrostática que trata dos fluidos parados, a hidrocinética, que estuda os fluidos em movimento, levando em consideração os efeitos da velocidade e a hidrodinâmica que leva em consideração as forças envolvidas no escoamento dos fluidos (forças da gravidade, da pressão, da tensão tangencial, daviscosidade, da compressibilidade e outras).

A hidráulica pode ser também dividida em: teórica e prática. A hidráulica teórica também é conhecida na física como Mecânica dos Fluidos e a hidráulica prática ou hidráulica aplicada é, normalmente, também intitulada de Hidrotécnica. Dentre as aplicações da hidráulica destacam-se as máquinas hidráulicas (bombas e turbinas), as grandes obras de saneamento, fluviais ou marítimas, como as de usinas hidrelétricas, como a Usina hidrelétrica de Tucuruí, por exemplo,diques, polderes, molhes, quebra-mares,portos , vias navegáveis, emissários submarinos, estações de tratamento de água e de esgotos, etc.

Para estudos hidráulicos complexos de grandes obras e estruturas utilizam-se os chamadosmodelos físicos e/ou matemáticos em laboratórios.

PNEUMÁTICA 

Derivado do termo grego: πνευματικός (pneumatikos que significa "fôlego", "sopro") é um ramo da ciência e tecnologia, que faz uso de gás ou ar pressurizado. Pode ser utilizado numa gama alta de aplicações como freios de caminhões e ônibus, clínicas, sistemas pneumáticos, pinturas, pulverizações. Sua aplicação ajuda a libertação do operário de operações repetitivas, possibilitando o aumento do ritmo de trabalho, aumento de produtividade e, portanto, um menor custo operacional.

A T U A D O R E S H I D R Á U L I C O S E P N E U M Á T I C O S

Com o passar do tempo, o homem criou e aperfeiçoou mecanismos cuja função é transformar energia de pressão de fluidos em energia mecânica. Esses mecanismos são denominados a t u a d o r e s , pois sua função é aplicar ou fazer atuar energia mecânica sobre uma máquina, levando-a a realizar um determinado trabalho. Aliás, o motor elétrico também é um tipo de atuador. As únicas diferenças como já observaram, é que ele emprega energia elétrica e não energia de pressão de fluidos. Os atuadores que utilizam fluido sob pressão podem ser classificados segundo dois critérios diferentes:

Quanto ao tipo de fluido empregado, podem ser:

pneumáticos: quando utilizam ar comprimido;

hidráulicos: quando utilizam óleo sob pressão.

Quanto ao movimento que realizam, podem ser:

lineares: quando o movimento realizado é linear (ou de translação);

rotativos: quando o movimento realizado é giratório (ou de rotação). Já os atuadores rotativos podem ser classificados em:

angulares: quando giram apenas num ângulo limitado, que pode em alguns casos ser maior que 360°.

CONTÍNUOS

Quando têm possibilidade de realizar um número indeterminado de rotações. Nesse caso, seriam semelhantes à roda d’água e ao cata vento mencionados anteriormente. São os motores pneumáticos ou hidráulicos.

ATUADORES LINEARES

Os atuadores lineares são conhecidos como c i l i n d r o s o u p i s t õ e s . Um exemplo de pistão é uma seringa de injeção, daquelas comuns, à venda em farmácias. Só que ela funciona de maneira inversa à dos atuadores lineares. Numa seringa, você aplica uma força mecânica na haste do êmbolo. O êmbolo, por sua vez, desloca-se segundo um movimento linear (de translação), guiado pelas paredes do tubo da seringa, e faz com que o fluido (no caso, o medicamento) saia sob pressão pela agulha. Ou seja, está ocorrendo uma transformação de energia mecânica em energia de pressão do fluido.

ATUADORES ROTATIVOS

Os atuadores rotativos, conforme classificações anteriores podem ser angulares ou contínuos. Os atuadores rotativos são mais conhecidos como cilindros rotativos.

Os atuadores rotativos contínuos são mais conhecidos como motores pneumáticos ou hidráulicos, conforme o fluido que os acione seja ar comprimido ou óleo.

V Á L V U L A S H I D R Á U L I C A S E P N E U M Á T I C A S

Vimos que para os atuadores funcionarem é necessário que o fluido (óleo ou ar comprimido) chegue até eles. Não é difícil imaginar uma tubulação de aço, borracha ou outro material ligando o compressor ou a bomba hidráulica ao atuador. Se o ar ou óleo contiverem impurezas que possam danificar os atuadores, será preciso acrescentar um filtro no caminho. Se o ar contém muito vapor d’água, então se acrescenta à tubulação o que denominamos p u r g a d o r , para separar a água do ar. Agora pense na instalação elétrica de sua casa. Imaginem-na sem chave geral, disjuntores e interruptores de luz. Toda vez que você quisesse acender a luz da sala, teria que subir no poste e ligar os fios de sua casa aos da rua. E para apagar?

No caso dos atuadores, se desejamos que o pistão que foi acionado para a direita volte agora para a esquerda, temos que desligar o compressor ou a bomba, inverter as mangueiras dos dois lados do cilindro e religar o compressor ou a bomba. Mas existe um jeito mais fácil. Podemos direcionar o fluido dentro de um circuito hidráulico ou pneumático por meio de válvulas. As válvulas são mecanismos que permitem controlar a direção do fluxo de fluido, sua pressão e vazão (quantidade de fluido que passa por um ponto do circuito num certo tempo). Para cada uma destas funções existe um tipo específico de válvula. Nos circuitos hidráulicos e pneumáticos, as válvulas desempenham um papel semelhante ao das chaves, disjuntores e interruptores no circuito elétrico d e s u a c a s a . A s v á l v u l a s p e r m i t e m c o n t r o l a r o a t u a d o r a s e r a c i o n a d o e o m o m e n t o d o a c i o n a m e n t o – d a m e s m a f o r m a q u e a o a c i o n a r m o s os interruptores de luz indicamos qual lâmpada deve ou não ficar acesa. Ao contrário dos interruptores de nossa casa, que normalmente são acionados manualmente, as válvulas hidráulicas e pneumáticas podem ser acionadas manualmente, eletricamente ou por meio do próprio fluido sob pressão. O caso do operador de retro escavadeira. Sua máquina tem vários pistões hidráulicos, cada um deles responsável por um determinado movimento. A cada um dos pistões está associada uma válvula, acionada manualmente por meio de alavancas. O operador, ao acionar uma determinada alavanca, determina não apenas o pistão que será acionado, mas também o sentido de seu movimento (extensão ou retração).

 VÁLVULAS ACIONADAS ELETRICAMENTE

As máquinas automáticas que utilizam energia hidráulica ou pneumática não precisam necessariamente de eletricidade para acionar suas válvulas. Pode-se usar um conjunto de válvulas manuais, acionadas pelo próprio fluido sob pressão, para que a máquina execute seus movimentos e realize seu trabalho. No entanto, utilizando-se válvulas acionadas eletricamente, os circuitos hidráulicos e pneumáticos tendem a ficar mais simples. Além disso, com o emprego crescente de computadores para controlar máquinas, o uso de válvulas acionadas eletricamente tornou-se quase obrigatório, uma vez que as “ordens”enviadas pelo computador à máquina são sinais elétricos. As válvulas acionadas eletricamente são normalmente chamadas solenóides.

Solenóide é um fio elétrico enrolado num carretel. É uma bobina. Quando ligamos os terminais deste fio à rede elétrica, digamos 110 volts, acontecem alguns fenômenos físicos chamados eletromagnéticos.

FILTROS HIDRÁULICOS

Os filtros hidráulicos são dispositivos de filtração de líquidos, especialmente projetados e construídos para remover e eliminar os contaminantes e as impurezas de fluidos hidráulicos. Já que mais de 70% de todas as falhas de sistemas hidráulicos são causados pela contaminação do fluido, pode-se dizer que esta é a fonte número um das causas de colapsos do sistema hidráulico ou de lubrificação. Esses problemas levam à diminuição da produtividade, assim como geram mais custos com troca de componentes caro e com a reposição de fluidos.

FILTROS DE AR

A Importância da Qualidade do Ar

Na pneumática, a qualidade do ar utilizado é o fator mais importante para o bom funcionamento dos equipamentos. Sendo que o ar é a “matéria-prima” utilizada nesta tecnologia, sua qualidade deve ser a melhor e mais adequada possível à sua utilização.

O ar atmosférico que é comprimido para ser utilizado traz em sua composição uma série de partículas de impurezas e umidade. Após a compressão do ar, estas partículas se concentram e somam-se a elas partículas de óleo em quantidades que variam de acordo com o tipo de compressor utilizado. Esta mistura torna o ar impróprio para sua utilização sem uma filtragem adequada. Cada aplicação tem um grau de filtragem ideal, que deve garantir o bom funcionamento dos equipamentos que serão utilizados. Até mesmo para a obtenção de um produto final de qualidade deve-se levar sempre em consideração este fator. Também se deve lembrar que quanto melhor for a filtragem, melhor o desempenho e maior a confiabilidade e as possibilidades de se aproveitar ao máximo a vida útil dos equipamentos, além de minimizar as paradas para manutenção. As maiores partes das paradas de máquina estão relacionadas ao travamento de válvulas, portanto ao investirmos na qualidade do ar estaremos reduzindo drasticamente os custos envolvidos com manutenção corretiva.

Muitas vezes a qualidade do ar não é considerada, e os problemas de mau funcionamento acabam associados à qualidade dos equipamentos pneumáticos, principalmente às válvulas e atuadores. Se o ar carrega muita umidade ou impurezas em excesso, estes equipamentos perdem a lubrificação, travam ou desgastam suas vedações, gerando vazamentos, paradas de máquinas e até mesmo acidentes. O excesso de umidade também provoca oxidação da tubulação de ar, gerando mais impurezas no sistema.

Devido a tudo isto, a garantia de qualidade do ar deve ser sempre considerada como o primeiro e mais importante passo no dimensionamento de um sistema pneumático.

ALGUNS TIPOS DE FILTROS

Filtração de refrigerante O fluido refrigerante é necessário na maioria dos equipamentos industriais e comerciais, e até em aparelhos domésticos, especialmente no setor automotivo,...

Filtragem de líquidos A filtragem de líquidos é a eliminação sistemática de impurezas orgânicas e sintéticas de um fluxo de fluidos. Apesar de os sistemas de filtração variarem...

Filtro de águas industriais Os filtros de águas industriais são utilizados para remover as impurezas da água em ambientes industriais. Os poros no meio filtrante, contidas no filtro,...

Filtros bag A permeabilidade do meio filtrante determina o tamanho das partículas que serão bloqueadas a partir da filtragem através dos filtros BAG. O tipo de meio...

Filtros de água de osmose reversa Os modelos de filtros de água de osmose reversa são compactos filtros de líquidos utilizados em indústrias, incluindo o setor de eletrônica, de pesquisas...

Filtros de ar Os fabricantes de filtro de ar projetam esses produtos para remover uma série de contaminantes da atmosfera, incluindo fungos, gases, poeira e odores....

Filtros de ar de carbono Os filtros de ar de carbono, como o nome já menciona, utilizam o carbono, um material natural e não-metálico, que é muito eficaz para a remoção de gases...

Filtros de ar hepa Os filtros de ar HEPA, ou filtros "alta eficiência de partículas de ar" estão entre o tipo mais eficaz de filtro de ar utilizado, com taxa de remoção de...

Filtros de biodiesel Os filtros de biodiesel são utilizados para limpar e clarificar as fontes de combustível biodegradáveis. O processo de criação do biodiesel envolve a separação...

Filtros de cartucho Os filtros de cartucho incluem um meio filtrante e um recipiente. Os cartuchos são porosos, não têm partes móveis e podem ser reutilizáveis. Os cartuchos...

Filtros de compressor de ar Os filtros de compressor de ar ou filtros de ar comprimido, são elementos essenciais aos sistemas de ar por compressão, que servem para a remoção de substâncias...

Filtros de espuma Os modelos de filtros da espuma são tipos de filtros de ar que utilizam espuma como material filtrante. Os filtros da espuma são feitos de pequenas células...

Filtros de exaustão Como um sistema de ventilação HVAC libera o ar em espaços internos, é importante que utilizem filtros de exaustão para garantir a qualidade elevada do...

Filtros de gás Os filtros de gás removem o excesso de resíduos e solutos indesejáveis suspensos na gasolina que, de algum modo, podem impedir o desempenho e danificar...

Filtros de hvac Os sistemas de climatização com filtros HVAC são usados em quase todos os edifícios e operam através de sistemas de canalização, de aquecimento ou de arrefecimento...

Filtros de limpeza de ar Filtros de limpeza de ar são usados para remover uma os agentes contaminantes do ar, incluindo pólen, poeira, partículas de sujeira, alérgicos e odores...

Filtros de linha Os filtros de linha são os dispositivos que servem para remover as impurezas e líquidos das correntes de ar em diferentes sistemas e tubulações em sistemas...

Filtros de membrana Os filtros de membrana são finas películas micro porosas utilizadas para capturar ou reter partículas de impurezas contidas no ar. Com taxas de eficiência...

Filtros de vácuo Os filtros a vácuo mantêm a qualidade do ar e possuem alta funcionalidade mecânica, removendo as impurezas do ar que circula através de uma determinada...

Filtros eletrostáticos Filtros eletrostáticos trabalham carregando as partículas de poeira do ar, atraindo essas partículas para as placas de metal no filtro. Eles utilizam material...

Filtros para líquidos Os filtros para líquidos são mecanismos utilizados em aplicações industriais, comerciais e residenciais como dispositivos projetados para remover excesso...

Filtros químicos Filtros químicos usam um filtro de carvão ativado para eliminar substâncias químicas de fluidos. Este processo de filtragem depende da capacidade de absorver...

Filtros secos aquáticos A aplicação mais comum dos filtros secos aquáticos é em sistemas aquáticos da indústria de pesca, em que esses modelos de filtros secos são utilizados...

Filtros ulpa Os filtros ULPA são filtros de partículas de ar qualificados, com 99,9995% de eficiência na remoção de partículas de 0,12 micrômetros ou maiores, tais...

BOMBA HIDRÁULICA ELÉTRICA

Uma bomba hidráulica elétrica é um dispositivo acionado por um motor elétrico destinado a comprimir um fluido, tipicamente um grau especial de óleo, utilizado para acionar um mecanismo secundário. A maior parte dos recursos das engrenagens das bombas ou do lóbulo do tipo mecanismos internos de bombeamento e normalmente são executados em velocidades de operação relativamente baixas. A bomba hidráulica elétrica pode ser impulsionada por motores de corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC) de acordo com as especificidades da aplicação. Na maioria dos casos, a bomba e o motor formam uma unidade integral sem funcionamento dos eixos externos e uma flange tipo junção entre os dois. Uma grande variedade de tamanhos de bomba e capacidades está disponíveis como unidades disponíveis imediatamente ou peças de substituição padrão para aplicações específicas.

RESERVATÓRIO HIDRÁULICO

A função de um reservatório hidráulico é conter ou armazenar o fluido hidráulico de um sistema.

Reservatório Hidráulico deve dispor:

Capacidade mínima de armazenamento de fluído de 3 vezes a vazão de bombeamento por minuto;

Volume de expansão mínima de 10% da capacidade de armazenamento do fluído;

Placas defletoras (chicanas);

Filtro de respiro;

Bocal de abastecimento com filtro;

Aberturas para limpeza e inspeção.

Reservatório Hidráulico – Finalidades

Armazenar o fluído;Permitir a inspeção do fluído;Separar contaminantes sólidos;Dissipar calor do fluído;Separar o ar do fluído;Absorver a expansão térmica do fluído;Permitir a montagem de componentes.

REGULADOR DE PRESSÃO PNEUMÁTICO

Tem por função manter constante a pressão de trabalho, independente da pressão fornecida pelo compressor de ar ou mesmo do consumo do ar nos pontos de trabalho. A pressão é regulada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho, enquanto que do outro lado da membrana, atua uma mola cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem.

Com o aumento da pressão na área de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Com isso, a secção nominal de passagem do ar na sede da válvula diminui progressivamente, ou se fecha totalmente. Isto significa que a pressão é cortada para a linha de alimentação do sistema pneumático. Por ocasião do consumo do ar na linha de trabalho, a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula, permitindo que o ar penetre no sistema pneumático novamente.

RESERVATÓRIO DE AR COMPRIMIDO

O reservatório serve para a estabilização da distribuição do ar comprimido. Ele elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há momentaneamente alto consumo de ar, é uma garantia de reserva. A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar, por isso se separa diretamente no reservatório, uma parte da umidade do ar com água. A água encontrada nos reservatórios de ar comprimido é resultante da condensação do ar quente de compressão(aspirado e comprimido com a umidade encontrada na atmosfera), resfriado pelo contato com o grande volume de ar fresco do reservatório. A água, mais pesada, repousa no fundo do tanque e deve ser, diariamente, eliminada por intervenção manual.

CONCLUSÃO

Pode – se concluir que a hidráulica e pneumática nada mais é que um sistema multifuncional que auxilia tanto as indústrias como a nossa vida no dia-a-dia, seja ela em mecanismos nas portas do ônibus ou até mesmo nos membros biônicos desenvolvidos para o corpo humano.

Diversos componentes servem tanto para hidráulica como para a pneumática e o que muda é o seu elemento de acionamento (Fluidos líquidos, ar ou gás).

Diante a grandes evoluções na tecnologia cabe aos futuros Engenheiros colaborarem com a mesma a fim de melhorar e enriquecer nossa área.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Bonacorso, nelso Gause e Valdir Noll, AUTOMAÇÃO ELETROPNEUMÁTICA, São Paulo, Editora Érica, 2004

Software Automation Studio 3.0.5

www.micromecanica.com.br

www.parker.com.br

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http://www.festo.com

SIMBOLOGIA DE SISTEMA HIDRAULICO E PNEUMATICO

VáLVULA DE DESVIO BY PASS

Filtro de ar Comprimido