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HIDRÁULICAA HIDRÁULICA

A Hidráulica consiste no estudo das características e usos dos fluidos. Experiências têm mostrado que a hidráulica é indispensável como um método moderno de transmissão de energia. Somente com a introdução de sistemas hidráulicos para comando e regulagem, amplas áreas de automatização foram possíveis.

MEIOS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA

Mecânica;Elétrica;Fluídica: Pneumática é Hidráulica

A palavra "Hidráulica" é derivada da raiz grega "Hidro" que significa água, e "Aulus" que significa cano (tubo). Hoje se entende, por hidráulica, a transmissão, controle de forças e movimentos por meio de fluidos.

HIDROSTÁTICA

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

HIDRODINÂMICA

Mecânica dos fluidos em movimento, teoria da vazão.

VANTAGENS DO SISTEMA HIDRÁULICO

Velocidade - Consegue-se, num sistema bem dimensionado, uma variação contínua e precisa de velocidade, bastando alterar a vazão.

Reversibilidade - Sem desligar a máquina, bastando apenas alterar a posição do êmbolo da válvula direcional, ocorre a inversão do movimento do atuador.

Proteção Contra Sobrecarga - Limitação de pressão pela válvula de segurança impedindo qualquer dano ao sistema.

Limitação de Força (Ou Torque) - Necessitando de um valor de pressão menor que o da válvula segurança utiliza-se uma válvula redutora de pressão.

Dimensões Reduzidas - Como a força e a velocidade dos atuadores dependem apenas de pressão e vazão respectivamente, o peso e o tamanho dos componentes hidráulicos são reduzidos em relação aos equivalentes equipamentos mecânicos e elétricos da mesma potência.

Hidráulica Industrial – Prof. Luiz Sérgio M. Rabelowww.partnerstreina.com.br - [email protected] – 2564-5623 – 9909-8837

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COMO É GERADA A PRESSÃO

A pressão resulta da restrição ou resistência ao fluxo do fluido.

Fig. 5

FLUXO EM PARALELO

Quando houver duas vias de fluxo paralelas, cada qual com resistências ao escoamento diferentes, a pressão aumentará até vencer a resistência menor, quando ocorrerá fluxo pela via correspondente. Costuma-se dizer que os fluidos "escolhem os caminhos mais fáceis".

Fig. 6


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5. QUANDO A VÁLVULA DE SEGURANÇA PERMITE PASSAGEM PARCIAL OU TOTAL DO FLUXO.

6. O MANÔMETRO ACUSARÁ O AJUSTE DE REGULAGEM DA VÁLVULA DE SEGURANÇA.

VÁLVULA DE SEGURANÇA

70 bar

1. QUANDO A TORNEIRA ESTÁ TOTALMENTE ABERTA, TODO O FLUXO DA BOMBA VAI PARA TANQUE.

2. NÃO HÁ PRESSÃO NESTA CONDIÇÃO

VÁLVULA DE SEGURANÇA

3. À MEDIDA QUE O FLUXO FOR RESTRINGIDO PELO FECHAMENTO GRADUAL DA TORNEIRA...

4. A PRESSÃO AUMENTA

1. O ÓLEO PODE ESCOLHER 3 VIAS DE PASSAGEM.

2. ELE ESCOLHERÁ PRIMEIRO “A” PORQUE É REQUERIDA UMA PRESSÃO DE APENAS 7 bar. O MANÔMETRO INDICARÁ 7 bar.

7 bar ABRE VÁLVULA “A”.

14 bar ABRE VÁLVULA “B”.

21 bar ABRE VÁLVULA “C”.



CHOQUE HIDRÁULICO

Quando a energia de trabalho hidráulica que está movendo um cilindro encontra um obstáculo (como o final de curso de um pistão), a inércia do líquido do sistema é transformada em choque ou batida, denominada de choque hidráulico. Se uma quantidade substancial de energia é estancada, o choque pode causar dano ao cilindro.

AMORTECIMENTOS

Para proteger os cilindros contra choques excessivos, os mesmos podem ser protegidos por amortecimentos. O amortecimento diminui o movimento do cilindro antes que chegue ao fim do curso. Os amortecimentos podem ser instalados em ambos os lados de um cilindro. Como regra geral, os amortecimentos são colocados em cilindros cuja velocidade da haste exceda a 600 cm/min.

Fig. 23

ESTILO DE MONTAGEM DO CILINDRO

Os pistões podem ser montados de várias formas ou estilos, entre os quais estão as montagens por flange, por munhão, por sapatas (orelhas) laterais, montagem por base, etc.

Fig. 24


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1. O FLUXO SAI LIVREMENTE DO CILINDRO ATÉ QUE...

4. A TAXA DE DESACELERAÇÃO É CONTROLADA POR UM PARAFUSO DE AJUSTE.

3. O FLUXO É OBRIGADO A PASSAR RESTRINGIDO E CAUSA A DESACELERAÇÃO DO ÊMBOLO.

5. UMA VÁLVULA DE RETENÇÃO PERMITE FLUXO LIVRE REVERSO PARA O AVANÇO DO ÊMBOLO.

2. A EXTREMIDADE DA HASTE ALCANÇA O CABEÇOTE DO CILINDRO.

FLANGE RETANGULAROSCILANTE

MUNHÃO CENTRALPÉS MUNHÃO TRAZEIRO



O deslocamento de um motor é dado pelo volume absorvido por rotação.

Fig. 30MOTOR DE ENGRENAGENS

Um motor de engrenagens desenvolve torque devido à pressão aplicada nas superfícies dos dentes das engrenagens. Inverte-se a rotação do motor invertendo-se a direção do fluxo. O deslocamento de um motor de engrenagens é fixo e é igual ao volume entre dois dentes multiplicado pelo número de dentes. O motor de engrenagens tem como vantagens principais sua simplicidade e sua maior tolerância à sujeira; entretanto, têm rendimento menor.

Fig. 31MOTOR DE PALHETAS

Num motor de palhetas, o torque se desenvolve pela pressão nas superfícies expostas das palhetas retangulares, que deslizam nas ranhuras de um rotor acoplado ao eixo quando este rotor gira, as palhetas seguem a superfície de um anel excêntrico, formando câmaras vedadas, que transportam o fluido da entrada para a saída. No tipo balanceado a pressão em qualquer dos pórticos é dirigida às duas câmaras interligadas a 1800. As cargas radiais assim se anulam.

Fig. 32 Fig. 33


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2. A FORÇA RESULTANTE NA PALHETA DÁ ORIGEM A UM TORQUE NO EIXO DO MOTOR.

EIXO DE ACIONAMENTO

PRESSÃO DO SISTEMA

1. PRESSÃO NESTA PALHETA OCASIONA UMA FORÇA...

ROTOR

3. A ENTRADA É LIGADA A DUAS PASSAGENS OPOSTAS DE PRESSÃO PARA BALANCEAR AS CARGAS DO ROTOR.

2. A FORÇA RESULTANTE NA PALHETA PROVOCA UM TORQUE NO EIXO DO ROTOR.

1. ESTA PALHETA ESTÁ SUJEITA A ALTA PRESSÃO NA ENTRADA E A BAIXA PRESSÃO NA SUPERFÍCIE OPOSTA. ROTAÇÃO

ENTRADA

SAÍDA

ANEL

ROTAÇÃOENTRADA

SAÍDA

DESLOCAMENTO = VOLUME MÁXIMO DA CÂMARA x NÚMERO DE CÂMARAS

PRESSÃO OU MOLAS MANTÉM AS PALHETAS CONTRA O ANEL

5. A PRESSÃO ENTRE OS DENTES NESTE SEGMENTO NÃO INFLUI O TORQUE, POIS O ÓLEO ESTÁ INDO PARA O TANQUE.

3. A PRESSÃO ENTRE OS DENTES NESTE SEGMENTO NÃO INFLUI O TORQUE, POIS O ÓLEO ESTÁ INDO PARA O TANQUE.

1. ESTES DOIS DENTES QUANDO SUJEITOS A PRESSÃO PROVOCAM A ROTAÇÃO DAS ENGRENAGENS NAS DIREÇÕES INDICADAS.

2. UMA SUPERFÍCIE DESTES DOIS DENTES ENGRENADOS TENDE A OPOR-SE AO MOVIMENTO, O TORQUE OBTIDO ESTÁ, PORTANTO EM FUNÇÃO DE UM DENTE.

4. ESTES DOIS DENTES TÊM APENAS A PRESSÃO DA LINHA DE TANQUE OPONDO-

SE AO MOVIMENTO



O fluxo, restringido provoca um aumento de pressão na câmara inferior. Isto cria desequilíbrio de forças hidráulicas e o óleo levanta o pistão de sua sede. Quando a diferença de pressão entre as câmaras superior e inferior for suficiente para vencer a tensão da mola (aproximadamente 1,5 bar) o pistão maior (do estágio inferior) é forçado para fora de sua sede permitindo que o fluxo passe ao tanque. Quanto maior o fluxo, maior a vazão que retorna, porém, como a compressão é feita apenas em uma mola fraca, a sobre pressão é mínima.

VENTAGEM

As válvulas de segurança pré-operadas podem ser controladas remotamente por meio de um pórtico ligado à câmara superior. Quando esta câmara está aberta para o tanque, a única força segurando o pistão contra a sede é uma mola fraca e a válvula abrirá a aproximadamente 1,5 bar.

Fig. 42

Algumas vezes, esta mola padrão é substituída por outra, de até 5 bar, quando se necessita de uma pressão piloto. Também é possível conectar uma válvula de segurança simples ao pórtico de ventagem para controlar a pressão remotamente.

Fig. 43VÁLVULA DE DESCARGA

Uma fonte de pressão externa é usada para movimentar o êmbolo desviando a vazão da bomba ao pórtico secundário. O dreno permanece interno uma vez que o pórtico secundário está ligado ao tanque. A válvula de segurança opera em equilíbrio, ficando aberta numa das infinitas posições, pelo fluxo de óleo através da válvula.


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1. QUANDO ESTA VÁLVULA TORNA INOPERANTE A VÁLVULA DE SEGURANÇA...

2. A PRESSÃO ALCANÇA 1,5 bar VENCENDO A MOLA FRACA E A VAZÃO DA BOMBA DESCARREGA AO TANQUE.

PARA O TANQUE

DA BOMBA

A VÁLVULA DE CONTROLE REMOTO REGULA A PRESSÃO DO MÍNIMO AO LIMITE MÁXIMO DA VÁLVULA PRINCIPAL

O FLUXO PILOTO SEGUE ESTA TRAJETÓRIA



VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO PRÉ-OPERADA

A válvula redutora de pressão pilotada tem uma ampla faixa de ajuste e geralmente oferece um controle mais preciso. A pressão de operação é ajustada por uma mola regulável no estágio piloto, localizado no corpo superior. O êmbolo da válvula, no corpo inferior, funciona da mesma maneira que a válvula redutora de ação direta, explicada anteriormente.

Fig. 48

BOMBAS HIDRÁULICAS

A bomba é provavelmente o componente mais importante e menos compreendido no sistema hidráulico. Sua função é a de converter a energia mecânica em energia hidráulica, recalcando o fluido hidráulico ao sistema.

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: Hidrodinâmica ou Hidrostática.

Hidrodinâmica

As bombas de deslocamento não positivo, por exemplo, as centrífugas, são usadas normalmente na transferência de fluidos, onde a resistência ao escoamento é provocada apenas pelo peso do fluido e pelos atritos consequentes ao escoamento.

Fig. 49


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ENTRADA

VÁLVULA PILOTO PARAFUSO DE AJUSTEDRENO

PRESSÃO DE CONTROLE

ÊMBOLO

MOLA

SAÍDA DE PRESSÃO REDUZIDA

ENTRADA

SAÍDA DE PRESSÃO REDUZIDA

DRENO

ENTRADA

SAÍDA

LÂMINAS DO IMPULSOR



A força centrífuga e a pressão sob as palhetas as mantêm contra o anel. Formam-se câmaras de bombeamento entre palhetas, rotor, anel e as duas placas laterais. Na abertura de entrada, a pressão diminui quando aumenta o volume entre o rotor e o anel. O óleo que entra, fica preso nas câmaras, sendo empurrado para a abertura de saída quando esta diminui.

BOMBA TIPO BALANCEADO

Hoje, a maioria das bombas de palhetas de deslocamento fixo utiliza o conjunto balanceado idealizado por Harry Vickers, que desenvolveu a primeira bomba de palhetas hidraulicamente balanceada, de alta velocidade e de alta pressão. Neste tipo, o anel é elíptico ao invés de redondo, o que permite dois conjuntos de pórticos internos.

Fig. 52

As duas aberturas de saída e as duas de entrada são separadas de 180°, de tal forma que as forças de pressão ou de sucção no rotor se cancelam evitando a carga radial no eixo e nos rolamentos.

BOMBAS TIPO NÃO BALANCEADO

A construção da bomba é do tipo não balanceado e o eixo sofre uma carga radial quando houver pressão no sistema e, portanto, no rotor. Esta construção do tipo não balanceado é limitada, em grande parte, à bomba de deslocamento variável.

Fig. 53


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PÓRTICO DE PRESSÃO OPOSTOS ANULAM AS CARGAS RADIAIS NO EIXO.

EIXO MOTOR

ENTRADA

SAÍDA

ROTOR

ROTAÇÃO

PALHETA

ANEL ELÍPTICO

ROTAÇÃO

ENTRADA

ENTRADA

SAÍDA

SAÍDA

1. QUANDO A PRESSÃO É ALTA PARA VENCER A MOLA DO COMPENSADOR, O ANEL MUDA DE POSIÇÃO DIMINUINDO A EXCENTRICIDADE.

2. O AJUSTE DA MOLA DO COMPENSADOR DETERMINA A PRESSÃO EM QUE O ANEL MUDA DE POSIÇÃO.

EXCENTRICIDADE

SAÍDA DO ÓLEO

PARAFUSO LIMITADOR DO DESLOCAMENTO MÁXIMO

ETRADA DO ÓLEO

CALÇO DE ESCORREGAMENTO



VÁLVULAS DE RETENÇÃO

Uma válvula de retenção pode funcionar como uma válvula direcional ou como um controle de pressão. Entretanto, uma válvula de retenção nada mais é que uma válvula que permite fluxo livre em uma direção e bloqueia o fluxo no sentido contrário.

VÁLVULAS DE RETENÇÃO EM LINHA

Essas válvulas são assim chamadas porque óleo flui através das mesmas em linha reta. O corpo dessa válvula é rosqueado diretamente à tubulação, e o interior desta, forma uma sede para um pistão móvel ou para uma esfera.

Fig. 58

Uma mola leve mantém o pistão na sede, permitindo a montagem da válvula em qualquer posição.Na direção de fluxo livre, a mola será vencida e a válvula abrirá a aproximadamente 0,5 bar de pressão. As molas não possuem pressões reguláveis, porem existem numa variedade de tensões, para casos específicos como: criar pressões piloto, ou então contornar um trocador de calor ou filtro, nos casos de entupimento destes, ou como proteção a sobrecargas de pressão.

VÁLVULAS DE RETENÇÃO EM PLACA (ÂNGULO RETO).

A válvula de retenção em ângulo reto é uma unidade mais robusta. É composta de um pistão de aço e uma sede temperada prensada num corpo de ferro fundido.

Fig. 59

A passagem de fluxo da entrada para a saída está em ângulo reto. Essas válvulas são construídas com conexão por roscas, flanges ou gaxetas. Sua capacidade varia de 12 até a 1.200 l/min, com uma grande variedade de pressões de abertura.


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CorpoConeMolaAssento



VÁLVULA DE RETENÇÃO COM DESBLOQUEIO HIDRÁULICO GEMINADA

Fig. 62

No sentido de A para A1 e de B para B1, o fluxo é livre. De A1 para A e de B1 para B, o fluxo está bloqueado. Se a válvula receber o fluxo de A para A1 o êmbolo de pilotagem 3 é deslocado para a direita e levanta o cone do assento da válvula de retenção 2. Desta forma o fluxo de B1 para B é liberado. Da mesma forma a válvula funciona quando o fluxo tem sentido de B para B1.

VÁLVULAS DIRECIONAIS

Com uma válvula direcional se controla partida, parada bem como se determina a direção do fluxo de um fluido e, portanto, a direção do movimento e as posições de parada de um consumidor (cilindro ou motor hidráulico). A denominação das válvulas direcionais refere-se ao numero de conexões úteis (não se incluem as conexões de pilotagem e de dreno) e ao numero de posições de acionamento.

VÁLVULAS DIRECIONAIS COM RETORNO POR MOLA

Uma válvula centrada por molas utiliza-se para centrar o êmbolo quando sobre este não mais existir esforço. Uma válvula com retorno por mola é uma válvula com duas posições. O êmbolo volta a sua posição por força de mola, quando cessa a operação. Os êmbolos podem ser mantidos em sua posição central por molas, pinos de retenção (detentes) ou então pela pressão.

Fig. 63


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A MOLA MANTÉM A VÁLVULA DIRECIONADA

1. Válvula de retenção2. Válvula de retenção3. Êmbolo de pilotagem



Controle na Entrada

Nessa operação, a válvula controladora de vazão é colocada entre a bomba e o atuador.

Fig. 74

Desta maneira, está válvula controla a quantidade de fluido que "entra" no atuador. A vazão da bomba em excesso é desviada para o tanque através da válvula de segurança.Este método é bem preciso e usado em aplicações onde a carga sempre resiste ao movimento do atuador, tal como levantando uma carga por um cilindro vertical.

Controle na Saída

Este controle é usado onde a carga tende a fugir do atuador ou deslocar-se na mesma direção deste.

Fig. 75

A válvula é instalada de forma a restringir o fluxo de saída do atuador. Para regular a velocidade em ambos os sentidos, a válvula é instalada na linha ao tanque da válvula direcional.Frequentemente, há a necessidade de se controlar o movimento em um único sentido; a válvula é então colocada entre o atuador e a válvula direcional, na linha que corresponde à restrição de saída do fluxo. Aqui também, será necessária uma válvula de retenção a fim de permitir o fluxo reverso livre.

Controle em desvio

Nesta aplicação, a válvula é colocada na linha de pressão por uma conexão "T" e a velocidade do atuador é controlada pelo desvio de parte da vazão da bomba para o tanque.


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VÁLVULA CONTROLADORA DE VAZÃO DIRECIONAL

VAZÃO CONTROLADA

RETORNODA VÁLVULA DIRECIONAL

VÁLVULA CONTROLADORA DE VAZÃO DIRECIONAL

VAZÃO CONTROLADA

RETORNO

DA VÁLVULA DIRECIONAL



ACUMULADOR TIPO BEXIGA

No acumulador de bexiga o nitrogênio é separado do fluido de pressão por meio de uma bexiga fechada e elástica. O gás é mantido no interior da bexiga.

Fig. 81

CUIDADOS NA INSTALAÇÃO

Cada acumulador deve ter um manômetro que indique suas respectivas pressões. Nele deve estar indicada, de forma bastante visível, a pressão máxima admissível (trata-se, no caso de um manômetro adicional).

Cada acumulador deve estar equipado com uma válvula de segurança própria.A regulagem deve ser lacrada para evitar mudanças sem autorização. Nas linhas de pressão deve haver o mais próximo possível do acumulador, equipamentos de bloqueio de fácil acesso. Cada acumulador deve ter um bloqueio independente. Aos primeiros pontos corresponde o bloco de segurança e bloqueio do esquema abaixo. Nele é mostrado um bloco de segurança e desconexão.

S = conexão do acumulador.M = conexão do manômetro.P = conexão da bomba.T = conexão do tanque.A = conexão de teste ou controle.

Fig. 82


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Um alívio por sinal elétrico também é possível, como é esquematizado à direita, no circuito acima.

PRESSOSTATO

Os pressostato são utilizados para, dependendo da pressão hidráulica, ligar ou desligar um circuito elétrico.Também podem utilizar interruptores hidroelétricos como comando ou sensor, isto é, como sinais óticos (lâmpada) ou acústicos (campainha).

PRESSOSTATO DE ÊMBOLO

Fig. 83

Carcaça 1, o êmbolo 2, pino 3 com mola 4, parafuso de regulagem 5 e micro-interruptor 6.A pressão a ser controlada atua sobre o êmbolo 2, que se apóia por meio da haste 3 sobre a mola 4. A força da mola é ajustada pelo parafuso de regulagem 5. Caso a força do êmbolo ultrapasse a força da mola, o êmbolo se desloca contra a mola. O êmbolo transmite o movimento ao micro-interruptor. Um encosto protege o micro-interruptor contra danos, no caso de pressão excessiva.


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