Bomba Hidráulica - Prof. Luís Simei

Transcrição

Prof. Simei
Módulo I
Junho - 2012
Módulo I
Hidráulica
Conceitos Básicos de
Hidráulica
Definição de Hidráulica
Com a constante evolução tecnológica, tem-se no mercado, a intensa necessidade de se
desenvolverem técnicas de trabalho que possibilitem ao homem o aprimoramento nos
processos produtivos e a busca da qualidade total.
Para se buscar a otimização de sistemas nos processos industriais, faz-se o uso da
junção dos meios de transmissão de energia, sendo estes divididos basicamente em 4
(quatro) tipos de energia:
Energia Mecânica;
Energia Elétrica;
Energia Pneumática;
Energia Hidráulica.
Experiências têm mostrado que a Energia Hidráulica vem se destacando e ganhando
espaço como um meio de transmissão de energia nos mais variados segmentos do
mercado. Porém, pode-se notar que a hidráulica está presente em todos os setores
industriais.
A Energia Hidráulica marca presença diretamente em diferentes tarefas e
serviços, que podem exigir desde a maior delicadeza, leveza e espaço
instalado reduzido, até movimentações grandiosas e colossais; e em todas
estas, com o máximo de controle e precisão (grande vantagem da hidráulica).
“A grande vantagem da hidráulica em relação à elétrica, pneumática e
outras formas de energia, é a sua grande capacidade de gerar força
(linear ou rotativa) com controle total”.
Comparativo dos Tipos de Energia
ENERGIA MECÂNICA
Grande força;
Velocidades medianas;
Ótima precisão;
Custo baixo;
Baixa exigência de qualificação de M.O.
ENERGIA ELETRICA
Força variável;
Altas velocidades;
Baixa precisão;
Custo alto;
Grande exigência de qualificação de M.O.
ENERGIA HIDRÁULICA
Ótima força;
Baixas velocidades;
Boa precisão;
Custo alto;
Grande exigência de qualificação de M.O.
ENERGIA PNEUMÁTICA
Força limitada;
Altas velocidades;
Baixa precisão;
Custo baixo;
Baixa exigência de qualificação de M.O.
Para um conhecimento detalhado, e estudo da energia hidráulica, vamos
inicialmente entender o termo Hidráulica.
O termo Hidráulica derivou-se da raiz grega (Hidros), que tem o significado
de água, e de (aulos), que tem significado de canos (ou tubos); por essa
razão entendem-se por Hidráulica como: “todas as leis e comportamentos
relativos à água (ou outro fluído) escoando em um cano (ou tubo)”, ou
seja:
“Hidráulica é o estudo das características, comportamentos e uso dos
fluídos sob pressão, assim como os equipamentos que a esta se
aplicam”.
Hidráulica
Definição: ramo da engenharia que trata do fluir dos líquidos e dos gases,
por condutos (tubulações, calhas, etc); e ainda das leis físicas que os regem.
Hidráulico
Definição: Que é acionado, movido ou transmitido a partir de um fluir de um
liquido ou gás, através de Energia Hidráulica.
Fluído
Definição: Todo e qualquer elemento, composto ou substância, de densidade
líquida ou gasosa, capaz de fluir, escoar, por um conduto.
“Entende-se fluído tudo que é capaz de escoar, escorrer”.
Conceitos Fundamentais de Hidráulica
Para que possamos iniciar o estudo da hidráulica de força, a chamada
“Oleodinâmica”, se faz necessário conhecermos alguns “Conceitos
Fundamentais”
fundamentais:
Força;
Pressão;
Vazão;
Velocidade.
sobre
a
Hidráulica.
São
4
(quatro)
os
conceitos
Lei de Pascal
Blayse Pascal observou o comportamento da ação de uma dada força em
corpos líquidos. Em resultado deste estudo, foi chegado a seguinte
observação: “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”.
- Vamos supor um recipiente cheio de um líquido, o qual é praticamente
incompressível...
...vê-se a distribuição igual da
pressão, através da compressão de
um fluído. Ao Aplicar a força em um
ponto,
há
uma
transferência
imediata
desta
pressão
no
recipiente.
Força
Força é qualquer influência (externa ou interna) capaz de produzir uma
alteração no movimento de um corpo, gerando trabalho. Esta, muitas vezes,
é confundida com os conceitos e unidades de pressão (qual estudaremos
adiante).
Força é geralmente simbolizado pela letra “F”.
Temos como unidade de medida de força o Newton (N), ou Quilograma força
(kgf).
Onde:
F = força (N ou kgf);
m = massa (kg);
a = aceleração (m/s²).
Força
Se:
logo:
F = 100N
M = 10 kgf
F=0
M = 10 kgf
F=mxa
F=mxa
100 = 10 x a
0 = 10 x a
a = 100/10
a = 0/10
a = 10 m/s
a = 0 m/s
Pressão
Assim como a força, é muito comum as pessoas confundirem os conceitos
de pressão.
A pressão, no entanto, é muita mais ampla no sentido de definição e
aplicação prática, pois ela leva em conta não só a força, mas também a área
em que ela atua. Em suma, pressão na verdade é uma aplicação direta de
uma força, sob uma unidade de área.
Pressão é geralmente simbolizado pela letra “P”.
Onde:
P = pressão (kgf/cm² ou Bar);
F = força (kgf);
A = área (cm²).
P=F
A
F=PxA
Pressão
Área Maior
Pressão Menor
(dissipação da força)
Fonte: CIMANTEC-BA.
Área Menor
Pressão Maior
(concentração da força)
Pressão
Área Maior
Pressão Menor
(dissipação da força)
Fonte: CIMANTEC-BA.
Área Menor
Pressão Maior
(concentração da força)
Unidades de Pressão
kgf/cm² - Quilograma-força por centímetro quadrado;
N/m² - Newton por metro quadrado;
lbf/pol² - Libra-força por polegadas quadradas;
psi – Pounds per Square Inch (idem a lbf/pol² );
Pa – Pascal;
kPa – Quilo Pascal;
mPa – Mega Pascal;
bar – Bar;
atm – Atmosfera;
mmHg – Milímetro de coluna de mercúrio;
m.c.a. – Metro de coluna d’água.
Relação: Pressão x Área x Volume
Exemplo::
Exemplo
Quando aplicamos uma força de 100 kgf em uma área de 1 cm², obtemos como
resultado uma pressão interna de 10 kgf/cm², agindo em toda a parede do
recipiente com a mesma intensidade.
Portanto:
P1 = F1
A1
=>
P1 = 100 (kgf) =>
1 (cm²)
P1 = 10 kgf/cm²
Temos então o fato que a pressão, agindo em todos os sentidos internamente
na câmara da prensa, é de 10 Kgf/cm².
Esta pressão deverá suportar um peso de 1000 Kgf, para isso a área A2 deverá
ser tal para se fazer a relação de multiplicação.
Sendo:
P = F
A
Logo:
F=PxA
Temos:
F2 = P1 · A2 => F2 = 10 (kgf/cm²) x 100 (cm²) => F2 = 1000 kgf
Multiplicação de Forças (ou Equação de Bernoulli)
Bernoulli, com base nos princípios estudados por Pascal, e em conjunto a
tese de Conservação de Energia, de Lavoisier, “ no universo nada se cria,
nada se perde, tudo se transforma”; chegou a uma descoberta prática:
“A pressão aplicada em um cilindro de menor diâmetro é proporcional ao de
maior diâmetro, com suas forças devidamente relacionadas a estes, isto é, se
aplicarmos a equação de Pascal (P = F/A), em um circuito composto por 2
cilindro de áreas diferentes, podemos obter valores de multiplicados, isto é, de
aumento da pressão no outro cilindro”.
Fonte: CIMANTEC-BA.
Fonte: CIMANTEC-BA.
Aplicação do Conceito de Multiplicação de Forças –
Macaco Hidráulico
Fonte: CIMANTEC-BA.
Transmissão de Forças
Antes de trabalhar diretamente com a transmissão de energia através de
líquidos, torna-se necessário rever o conceito de hidráulica estudando as
características de um líquido, para depois saber como uma força se transmite
através dele.
Líquidos
Líquido é uma substância constituída de moléculas. Ao contrário dos gases,
nos líquidos as moléculas são atraídas umas às outras de forma compacta. Por
outro lado, ao contrário dos sólidos, as moléculas não se atraem a ponto de
adquirirem posições rígidas.
As moléculas nos líquidos estão continuamente em movimento. Elas deslizam
umas sob as outras, mesmo quando o líquido está em repouso. Este
movimento das moléculas chama-se energia molecular.
Transmissão de Forças
Se empurrarmos o tampão de um recipiente cheio de líquido, o líquido do
recipiente transmitirá pressão sempre da mesma maneira, independentemente
de como ela é gerada e da forma do mesmo.
Velocidade
O termo velocidade normalmente refere-se à velocidade média de
escoamento através de um conduto.
Velocidade é dada geralmente pela letra “v”.
Ela pode ser determinada dividindo-se a vazão pela área da secção
considerada.
Onde:
v = velocidade (m/s);
Q = vazão (l/s);
A = área (cm²).
v=Q
A
Unidades de Velocidade
m/min - metros por minuto;
cm/s – centímetros por segundo;
m/s - metros por segundo;
ft/s - pés por segundo.
Vazão
A Vazão é outro conceito também muito confundido pelas pessoas. Esta tem
muita confusão para com a velocidade.
Vazão é o volume (quantidade) de determinado fluído que passa por uma
determinada seção de um conduto que pode ser livre ou forçado por uma
unidade de tempo. Ou seja, vazão é a rapidez com a qual um volume escoa.
Vazão é geralmente simbolizada pela letra “Q”.
Onde:
Q = vazão (L/h);
V = volume (cm³);
v = velocidade (m/s);
A = área (cm²);
t = tempo (s).
Q= V
t
Q= vXA
Relação: Volume - Vazão
Volume
V= SXA
Vazão
Q= vXA
Relação: Volume - Vazão
O volume do fluído passando pela tubulação em um determinado período de
tempo é a vazão (Q = V/t), em litros por segundo (L/s).
Exemplo::
Exemplo
Desprezando a medida do conduto...
Para encher um recipiente de 20 L em 1 min., o volume de fluído em um
conduto de grande diâmetro, deve passar à uma velocidade de 300 cm/s.
No conduto de pequeno diâmetro, o volume de 20 L deve passar a uma
velocidade de 600 cm/s para encher o recipiente no tempo de 1 min.
Em ambos os casos a vazão é de 20 L/min., mas as velocidades do
fluido são diferentes.
Unidades de Vazão
m³/h – Metros cúbicos por hora.
l/h – Litros por hora.
l/min – Litros por minuto.
l/s – Litros por segundo.
gpm – Galões por minuto.
gph – Galões por hora.
pcm – Pés Cúbicos por Minuto;
cfm – Cubic feet minutes (idem a pcm).
Torricelli
Pressão absoluta: é a soma da pressão atmosférica mais a sobrepressão
(aquela indicada pelo manômetro).
Pressão relativa: também chamada de sobrepressão (aquela indicada pelo
manômetro), não está incluída a pressão atmosférica.
Pressão atmosférica: é a pressão exercida por uma coluna de mercúrio (Hg)
de 76cm de altura, a 0ºC de temperatura, ao nível do mar (barômetro de
Torricelli).
Torricelli
Hidráulica Oleodinâmica
Aplicações de Hidráulica
A Hidráulica Oleodinâmica é o ramo da hidráulica, usado industrialmente
para transmitir força e movimento por meio de um fluído, sendo o óleo o mais
usado.
A transmissão deste movimento se dá ao injetar óleo pressurizado (por meio
de uma bomba), em partes móveis (cilindros ou motores), devidamente
direcionados (válvulas direcionais), através de um ou mais dutos (tubos ou
mangueiras), em um ciclo contínuo.
A hidráulica é comumente dividida em 2 (dois) grandes grupos: hidráulica
móbil e hidráulica industrial.
Características
Torques elevados;
Potências elevadas;
Pressões elevadas;
Velocidades medianas;
Vazamentos inaceitáveis;
Tolera posicionamento variável;
Média-alta sensibilidade quanto a
contaminação.
Fonte: Imagens da internet.
Fonte: imagens da internet.
Características
Torques medianos;
Potências medianas;
Pressões medianas;
Velocidades elevadas;
Vazamentos aceitáveis;
Não tolera posicionamento variável;
Alta sensibilidade quanto a
contaminação.
Fonte: Imagens da internet..
Sistemas Hidráulicos
Exemplo de um sistema hidráulico simples.
O circuito exemplificado anteriormente, funciona do seguinte modo:
1. O óleo é succionado pela bomba e levado ao sistema (por meio de
condutos);
2. Entrando no sistema, o óleo sofre uma redução de vazão e aumento de
pressão;
3. O excesso de óleo volta para o reservatório passando pela válvula de
alívio;
4. Estando com a vazão reduzida, o óleo segue para o atuador que vai
trabalhar com uma velocidade menor e adequada ao trabalho;
5. A válvula direcional, por sua vez, comanda o avanço e o retorno do
atuador e todo o sistema estará protegido de sobrecargas.
Exemplo de um sistema hidráulico móbil.
Fonte: Catálogo Betoneiras HTM LIEBHERR
Áreas de Atuação dos Sistemas Hidráulicos
Aeronáutica;
Construção Civil;
Automobilística;
Petroquímica;
Naval;
Alimentícia
Farmacêutica;
Mineração;
Medicina;
Papel e Celulose.
Desafios Alcançados!!!
Erguer prédios com desnivelamento de fundação – pressões ultra
elevadas acima de 100000 N/m²;
Movimentação e extração de minérios (Pás Parregadeiras “BigShowel” e Caminhões Off Roads) – pressões acima de 500 bar;
Elevação de plataformas volantes de exploração de petróleo –
pressões ultra elevadas, média de 20000 N/m²;
Movimentação de cargas colossais – superiores a 1000 Ton;
Hidro-aviônica – média pressão, porém com precisões muito altas
(deslocamentos de até 0,0001 mm).
Componentes de um Sistema Hidráulico
Os sistemas hidráulicos se dividem basicamente em 4 (quatro) grupos de
equipamentos:
Acionamento – Elementos de Produção e Tratamento;
Conduto – Elementos de Distribuição;
Atuador – Elementos de Trabalho;
Acessórios – Elementos de Suporte ao Trabalho.
No grupo de acionamento, temos:
Bombas hidráulicas:
Bombas de Pistões Axiais;
Bombas de Pistões Radiais;
Bombas de Engrenagens Gerotor;
Bombas de Engrenagens (de Dentes Externos);
Bombas de Engrenagens (de Dentes Internos);
Bombas de Palhetas;
Bombas Centrífugas*;
Bomba Manual*.
No grupo de condutos, temos:
Tubulações:
Tubos Metálicos (Rígidos);
Canos Metálicos (Rígidos);
Mangueiras Hidráulicas.
No grupo de atuadores, temos:
Atuadores Rotativos:
Motores hidráulicos.
Atuadores Lineares:
Cilindros de duplo-efeito;
Cilindros de efeito simples;
Cilindros telescópicos;
Osciladores rotativos.
No grupo acessórios, temos:
Válvulas
Válvulas direcionais (comandos)
Válvulas de bloqueio;
Válvulas de controle de fluxo;
Válvulas de segurança e alivio;
Válvulas controladoras de pressão;
Reservatórios;
Filtros
Filtros Metálicos;
Filtros Feltro;
Filtros de Cartuchos de papelão;
Filtros Sinterizados;
Trocadores de Calor
Casco-tubo;
Radiador de Colméias.
Bombas Hidráulicas
Bomba Hidráulica
Bombas são mecanismos componentes de sistemas hidráulicos, utilizadas
nestes para converter energia mecânica em energia hidráulica.
A ação mecânica cria um vácuo parcial (chamado empuxo) na entrada da
bomba, o que permite que a pressão atmosférica force o fluído do tanque,
subir através da linha de sucção, a penetrar na bomba. A bomba transfere o
fluído para a abertura de descarga, forçando-o através do sistema hidráulico.
As bombas são classificadas, basicamente, em dois tipos: hidrodinâmicas e
hidrostáticas.
Obs: Nos sistemas hidráulicos oleodinâmicos, estaremos focando
exlusivamente nas bombas do tipo hidrostáticas.
Simbologia
Bomba H.
Sentido Único
Bomba H.
Duplo-Sentido
(reversão)
Bomba H.
Duplo Sentido
(reversão), e com
variação de
deslocamento
Simbologia
Convenção de Símbolos
(Unidade de Força –
Bomba e Motor Elétrico)
Bomba Hidráulica
Existem vários tipos e modelos de bombas hidráulicas. As bombas
hidrostáticas mais utilizadas em sistemas hidráulicos são:
Bombas de Pistões Axiais;
Bombas de Pistões Radiais;
Bombas de Engrenagens Gerotor;
Bombas de Engrenagens (de Dentes Externos);
Bombas de Engrenagens (de Dentes Internos);
Bombas de Palhetas.
Bomba Hidráulica
Bomba Hidráulica de Engrenagens
(de dentes externos)
Fonte: Parker Training.
Bomba Hidráulica
(de dentes internos)
Bomba Hidráulica
Bomba Hidráulica de
Engrenagens Gerotor (de
dentes internos)
Bomba Hidráulica
Engrenagens
Fonte: Telecurso 2000.
Bomba Hidráulica
Engrenagens
Fonte: Verion.
Bomba Hidráulica
A bomba de engrenagem consiste basicamente de uma carcaça com orifícios
de entrada e de saída, e de um mecanismo de bombeamento composto de
duas engrenagens. Uma das engrenagens, a engrenagem motora, é ligada a
um eixo que é conectado a um elemento acionador principal (motor). A outra
engrenagem é a engrenagem movida.
No lado da entrada, os dentes das engrenagens desengrenam, então o fluído
entra na bomba, sendo conduzido, do espaço existente entre os dentes e a
carcaça, para o lado da saída onde os dentes das engrenagens engrenam,
forçando o fluído para fora do sistema.
Uma vedação positiva neste tipo de bomba é realizada entre os dentes e a
carcaça, e entre os próprios dentes de engrenamento.
Bomba Hidráulica
Engrenagens
Bomba Hidráulica
Palhetas
Bomba Hidráulica
Bomba Hidráulica de Palhetas (com
regulador de vazão)
Bomba Hidráulica
O rotor de uma bomba de palheta suporta as palhetas e é ligado a um eixo
que é conectado a um acionador principal. À medida que o rotor é girado, as
palhetas são “expulsas” por força centrífuga e acompanham o contorno do
cilindro (o anel não gira).
Quando as palhetas fazem contato com o anel, é formada uma vedação
positiva entre o topo da palheta e o anel. O rotor é posicionado fora do centro
do anel.
Quando o rotor é girado, um volume crescente e decrescente é formado dentro
do anel. Não havendo abertura no anel, uma placa de entrada é usada para
separar o fluido que entra do fluido que sai. A placa de entrada se encaixa
sobre o anel, o rotor e as palhetas. A abertura de entrada da placa de orifício
está localizada onde o volume crescente é formado. O orifício de saída da
placa de orifício está localizado onde o volume decrescente é gerado. Todo o
fluído entra e sai do mecanismo de bombeamento através da placa de orifício
(as aberturas de entrada e de saída na placa de orifício são conectadas
respectivamente às aberturas de entrada e de saída na carcaça das bombas).
Bomba Hidráulica de Palhetas
Bomba Hidráulica
Palhetas
Bomba Hidráulica
Palhetas
Fonte: Bosch Hidráulica.
Bomba Hidráulica
Pistões Axiais
Bomba Hidráulica
Pistões Axiais
Bomba Hidráulica
A placa de deslizamento é posicionada a um certo ângulo. A sapata do pistão corre na
superfície da placa de deslizamento. Quando um tambor de cilindro gira, a sapata do
pistão segue a superfície da placa de deslizamento (a placa de deslizamento não gira).
Uma vez que a placa de deslizamento está a um dado ângulo o pistão alterna dentro do
cilindro. Em uma das metades do ciclo de rotação, o pistão sai do bloco do cilindro e
gera um volume crescente. Na outra metade do ciclo de rotação, este pistão entra no
bloco e gera um volume decrescente.
Na prática, o tambor do cilindro é adaptado com muitos pistões. As sapatas dos pistões
são forçadas contra a superfície da placa de deslizamento pela sapata e pela mola. Para
separar o fluido que entra do fluido que sai, uma placa de orifício é colocada na
extremidade do bloco do cilindro, que fica do lado oposto ao da placa de deslizamento.
Um eixo é ligado ao tambor do cilindro, que o conecta ao elemento acionado. Este eixo
pode ficar localizado na extremidade do bloco, onde há fluxo, ou, como acontece mais
comumente, ele pode ser posicionado na extremidade da placa de deslizamento. Neste
caso, a placa de deslizamento e a sapata têm um furo nos seus centros para receber o
eixo. Se o eixo estiver posicionado na outra extremidade, a placa de orifício tem o furo
do eixo.
Bomba Hidráulica de Pistões Axiais
Bomba Hidráulica
Pistões Axiais
Fonte: Imagem da internet.
Bomba Hidráulica
Bomba Hidráulica de Pistões
Axiais (com variação de rotação)
Bomba Hidráulica
Pistões Axiais
Fonte: Fluid Power Hidráulica.
Bomba Hidráulica
Bomba Hidráulica de Pistões
Axiais (com variação de rotação)
Bomba Hidráulica
Pistões Radiais
Bomba Hidráulica
Neste tipo de bomba, o conjunto gira em um pivô estacionário por dentro de um
anel ou rotor. Conforme vai girando, a força centrífuga faz com que os pistões
sigam o controle do anel, que é excêntrico em relação ao bloco de cilindros.
Quando os pistões começam o movimento alternado dentro de seus furos, os
pórticos localizados no pivô permitem que os pistões puxem o fluido do pórtico
de entrada quando estes se movem para fora, e descarregam o fluido no
pórtico de saída quando os pistões são forçados pelo contorno do anel, em
direção ao pivô. O deslocamento de fluido depende do tamanho e do número
de pistões no conjunto, bem como do curso dos mesmos. Existem modelos em
que o deslocamento de fluido pode variar, modificando-se o anel para aumentar
ou diminuir o curso dos pistões. Existem, ainda, controles externos para esse
fim.
Bomba Hidráulica de Pistões Radiais
Potência Mecânica e Hidráulica
Potência Mecânica é a capacidade de um sistema executar um determinado
trabalho numa determinada “velocidade”, num determinado intervalo de tempo.
Potência é comumente representada pela palavra Pot, e a unidade é o W
(Watt), ou C.V. (Cavalo Vapor), ou H.P. (Horse Power).
James Watt, o inventor da máquina a vapor, quis comparar a quantidade
de potência que a sua máquina poderia produzir com a potência produzida por
um cavalo. Por métodos experimentais, Watt descobriu que um cavalo poderia
erguer uma massa de 250 kg à altura de 30,5 cm, em 1 segundo. A esta
representação convencionamos como 1 W (Watt).
Potência Mecânica
Potência mecânica é geralmente calculada pelas seguintes fórmulas:
Pot = F x d
t
Onde:
Pot = potência (C.V. ou H.P. ou W);
F = força (kgf);
d = distância (cm);
τ (tau) = trabalho (J ou N.m);
T = torque (N.m).
Pot = τ_
t
Pot = T x RPM
725
Potência Hidráulica
Potência hidráulica tem exatamente a mesma relação com potência
mecânica, pois assim como esta, a potência hidráulica trata da ação de
execução de um trabalho em um intervalo de tempo, numa determinada
velocidade. Esta por sua vez, como está relacionada pela ação da pressão e
da vazão, é geralmente calculada pelas seguintes fórmulas:
Onde:
Ph = potência (C.V. ou H.P.);
F = força (kgf);
d = diâmetro (cm);
P = pressão (Bar ou kgf/cm²);
Q = vazão (l/s ou l/min).
Ph = Q x P_
426
Ph= F/75 x d
t
Torque
Torque é o momento de uma força, agindo sobre um ponto qualquer. Esta
força poderá agir num ponto fixo (ex: chave agindo num parafuso), ou ser
dinâmica (a ação de um eixo de um motor).
Torque é comumente representada por T, e sua unidade é N.m ou kgf.m.
Onde:
T = torque (N.m, ou kgf.m);
F = força (N ou kgf);
d = distância (m).
T= Fxd
T = 725 x Pot
RPM
Filtros
Filtro Hidráulico
Todos os fluídos hidráulicos contêm certa quantidade de contaminantes
(muitas vezes toleráveis, e esta tolerância, chamamos de Índice de Sujidade).
A necessidade do filtro, no entanto, não é reconhecida na maioria das vezes,
pois o acréscimo deste componente particular não aumenta, de forma
aparente, a ação ou vida da máquina, muitas vezes exigindo de pressão extra
(no geral, filtros quando mal dimensionados, causam expressiva perda de
carga).
As partículas de sujeira podem fazer com que máquinas caras e grandes
falhem. A contaminação causa problemas nos sistemas hidráulicos porque
interfere no fluído, e por conseqüência a vida dos componentes.
Sabendo que os fluídos têm 5 (cinco) funções básicas:
1. Transmitir energia;
2. Lubrificar peças internas que estão em movimento;
3. Transferir (dissipar) calor dos conjuntos;
4. Vedar folgas entre peças em movimento;
5. Limpar o sistema e as superfícies das peças.
Filtro Hidráulico
Fonte: Parker Filtration.
Simbologia
Filtro Hidráulico
com ByBy-pass
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
A função de um filtro é remover impurezas do fluído hidráulico. Isto é feito
forçando o fluxo do fluído a passar por um elemento filtrante (elemento de
retenção molecular) que retém a contaminação. Os elementos filtrantes são
divididos em tipos: de profundidade e de superfície.
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
Relação:
Tamanho do Grão Contaminante X
Folgas nos Componentes
Filtro Hidráulico
A fim de detectar ou corrigir os problemas, é usada a escala de referência de
contaminação. A contagem de partículas é o método mais comum para obterse níveis de padrão de limpeza. São usados instrumentos ópticos muito
sensíveis para contar o número de partículas em várias faixas de tamanho.
Estas contagem são reportadas como um número de partículas maiores que
um certo tamanho encontradas em um específico volume de fluido.
A ISO 4406 (International Standards Organization), nível padrão de limpeza,
tem obtido uma vasta aceitação em muitas indústrias de hoje. Uma versão
modificada vastamente utilizada deste padrão, refere-se ao número de
partículas maior que 2, 5 e 15 mícrons* em um certo volume, geralmente 1
mililitro ou 100 mililitros.
O número de partículas 2+ e 5+ mícrons é usado como ponto de referência
para partículas sedimentadas. O tamanho 15+ indica a quantidade de
partículas maiores presentes que contribuem grandemente para uma possível
falha catastrófica do componente.
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
Existem basicamente 4 (quatro) configurações de filtros, quanto ao
posicionamento no sistema (instalação). São elas:
Filtro de Sucção
Interno
Filtro de Sucção
Externo
Filtro Hidráulico
Filtro de Pressão
Filtro de Retorno
Filtro Hidráulico
Exemplo de um Filtro
de Pressão e Sucção
Exemplo de um Filtro
de Retorno
Filtro Hidráulico
Filtros-respiro de
FiltrosBocal
Filtros Cartuchos
de Metal
Filtros Cartuchos de
Papelão
Fluído Hidráulico
Fluído Hidráulico
O fluído hidráulico é o elemento vital de um sistema hidráulico industrial. Um
fluído é definido como qualquer líquido ou gás, capaz de escoar. Entretanto o
termo “fluído”, no uso geral em hidráulica, refere-se ao líquido utilizado como
meio de transmitir energia - oleodinâmica.
Este pode ser um óleo derivado do petróleo, um óleo composto sintético, ou um
fluído especial à prova de fogo, essencialmente sintético. A seleção e o cuidado
na escolha do fluído hidráulico terão um efeito importante no desempenho e na
vida dos componentes hidráulicos de uma máquina.
Os fluídos hidráulicos têm 5 (cinco) funções primárias:
1. Transmitir energia;
2. Lubrificar peças internas que estão em movimento;
3. Transferir (dissipar) calor dos conjuntos;
4. Vedar folgas entre peças em movimento;
5. Limpar o sistema e as superfícies das peças.
Fluído Hidráulico
Os fluídos hidráulicos são compostos basicamente por óleos base + aditivos.
Os óleos base podem ser de 3 (três) tipos:
1.Mineral – óleo base proveniente do petróleo, formado por hidrocarbonetos
pesados (moléculas de hidrogênio (H) + carbono (C)).
1.Sintético – óleo base proveniente de uma síntese polimérica, arranjada em
laboratórios (ésteres, poliuréia, silicone, ésteres complexos, silicatos, silicones,
aromáticos de alto peso molecular (polifenilas e éteres de fenila)).
1.Fluídos resistente ao fogo – óleo base sintético, com compostos químicos,
porém os comumente utilizados são: emulsões de óleo em água, soluções de
glicol em água e fluídos não-aquosos .
Fluído Hidráulico
Os óleos (lubrificantes ou hidráulicos) podem ser formulados somente com
óleos base (óleo mineral puro), assim como óleos base + aditivos. Inicialmente,
logo após a descoberta do petróleo, a lubrificação era feita com óleo mineral
puro até a descoberta dos aditivos*. Já os óleos sintéticos, têm uma
formulação diferenciada no seu óleo base (não derivado direto do petróleo, e
sim de uma síntese polimérica).
A palavra (aditivo) às vezes é confundida pelo usuário...
“Quando se fala em aditivo o consumidor comum associa-o tão somente com
os produtos comercializados em postos de serviço, e utilizados diretamente
nos combustíveis (álcool, gasolina e diesel)”.
Fluído Hidráulico
Na seleção do fluído hidráulico, devemos inicialmente verificar não só o tipo de
sistema mas também as condições a que o fluído será submetido.
Completando às funções primárias, o fluído hidráulico poderá ter um número
de outras exigências de qualidade, como:
Prevenir oxidação e corrosão;
Prevenir contra erosão e abrasão;
Prevenir a formação de lodo, goma e verniz;
Diminuir a formação de espuma;
Manter sua estabilidade e reduzir o custo de substituição;
Manter um índice de viscosidade relativamente estável;
Manter variações de temperaturas;
Manter separação da água;
Compatibilidade com os vedadores e gaxetas.
Extração do Óleo
Extração do Óleo
Fonte: Manual Texaco de Lubrificação.
Fonte: Pro-biodiesel MME-GOV.
Aditivos do Fluído Hidráulico
Os aditivos visam conferir propriedades específicas aos
lubrificantes (óleos), de modo que estes possam vir a
resistir os aos ataques externos e internos.
Aditivo Anti-Espumante;
Aditivo Tipo Detergente Inibidor;
Aditivo Tipo Anti-Desgaste;
Aditivo Anti Gotejante;
Aditivo Tipo Anti-Extrema Pressão – EP
Aditivo Tipo Modificador de Viscosidade;
Aditivo Tipo Emulsificador;
Aditivo Tipo Anti-Ferrugem;
Aditivo Tipo Neutralizador – corretor de PH;
Aditivo Tipo Corretor de TAN-TBN.
Óleos Para Sistemas Hidráulicos = Óleo Básico parafínico + aditivo antiespumante + aditivo antioxidante + aditivo anti-desgaste + aditivo detergente.
Classificação ISO para Fluído Hidráulico
A classificação de viscosidade ISO (International Standards Organization –
Organização Internacional para Padronizações) é referente aos óleos
industriais, utilizados em sistemas hidráulicos oleodinâmicos.
O sistema ISO não implica em avaliação de qualidade nem performance de
produto, baseia-se somente na viscosidade dos produtos.
O sistema ISO estabelece uma série de 18 graus de viscosidade cinemática
(centistokes) a 40°C. Os números, que designam cada grau de viscosidade ISO,
representam o ponto médio de uma faixa de viscosidade.
Viscosidade ISO - 3448
Viscosidade
A viscosidade é uma característica intrínseca dos fluídos. Com o movimento
do mesmo, dependendo da velocidade, ocorrerá um maior ou menor atrito das
partículas do fluído com as paredes da tubulação, as partes das válvulas e
atuadores.
Em suma, viscosidade é a resistência imposta pelas camadas do fluído ao
escoamento recíproco das mesmas.
Viscosidade é geralmente simbolizada pela letra grega “ρ”.
Onde:
v (nu) = viscosidade cinemática;
µ (mu) = coeficiente de viscosidade;
ρ (rô) = massa especifica.
ν=µ
ρ
Viscosidade
O Índice de Viscosidade é um número empírico, e sem unidade de medida,
que indica o grau de mudança da viscosidade de um óleo a uma dada
temperatura.
Alto IV significa pequenas mudanças na viscosidade com a temperatura,
enquanto baixo IV reflete grande mudança com a temperatura.
IV < 0
- Produto predominantemente aromático;
0 < IV < 40 - Produto predominantemente naftênico;
40 < IV < 0 - Produto predominantemente misto;
80 <IV < 0 - Produto predominantemente parafínico;
80 <IV < 0 - Produto sintético ou minerais multiviscosos.
Viscosidade
Maior Velocidade..............Menor Viscosidade
Menor Velocidade.............Maior Viscosidade
Maior Temperatura...........Maior Viscosidade
Menor Temperatura..........Menor Viscosidade
Maior Carga......................Maior Viscosidade
Menor Carga.....................Menor Viscosidade
Unidades de Viscosidade
m/s² – Metros por segundo ao quadrado;
ft/s² – Pés por segundo ao quadrado;
cst – Centistrokes;
SSU – Saybold Seconds Unit.
* Onde: 1 m²/s = 106 centistokes, o mais usado
Reservatório e Unidade de
Preparação e Tratamento
Reservatório Hidráulico
Os reservatórios hidráulicos são componentes que reservam e tratam os óleos
hidráulicos. Estes consistem basicamente de:
Caixa metálica (geralmente de aço inoxidável ou alumínio – 4 paredes +
base abaulada + pés;
Linha (s) de sucção,
Linha (s) de retorno;
Dreno (s);
Indicador de nível de óleo;
Termômetro;
Tampa para respiradouro e enchimento;
Tampa para limpeza e inspeção;
Bomba hidráulica;
Trocador de calor (opcional);
Filtro de sucção (ou cabeçote de fixação do filtro);
Placa defletora (Chicana).
Partes de um Reservatório Hidráulico
Fonte: Manual de Hidráulica - Senai.
Reservatório Hidráulico Esquemático
Fonte: Verion.
Quando o fluído retorna ao reservatório, a placa defletora impede que este fluído vá
diretamente à linha de sucção. Isto cria uma zona de repouso onde as impurezas
maiores sedimentam, o ar sobe à superfície do fluído e dá condições para que o calor, no
fluído, seja dissipado para as paredes do reservatório. Todas as linhas de retorno devem
estar localizadas abaixo do nível do fluído e no lado do defletor oposto à linha de sucção.
Funcionamento de um Reservatório Hidráulico
Fonte: Manual de Hidráulica - Senai.
Dimensionamento de um Reservatório Hidráulico
Atuadores
Atuador Hidráulico
Os atuadores hidráulicos são componentes que visam convertem a energia de trabalho
em energia mecânica.
Eles constituem os pontos onde toda a atividade visível ocorre, e são uma das principais
coisas a serem consideradas no projeto da máquina. Os atuadores hidráulicos podem ser
divididos basicamente em dois tipos:
Atuadores lineares e rotativos.
Os atuadores lineares são dispositivos que visam produzir movimento retilíneo. Estão
divididos basicamente em:
Cilindros.
Os atuadores rotativos visam produzir movimento rotativo. Estes estão divididos
basicamente em:
Motores rotativos de palhetas;
Motores rotativos de engrenagens;
Motores rotativos de pistões axiais;
Osciladores.
Atuador Hidráulico
Partes Componentes de
um Cilindro Hidráulico
Volume do Cilindro
Assim como para um conduto, necessitamos calcular o volume interno de
cada cilindro, para entendermos as variantes de vazão e de pressão.
Cada cilindro tem um volume (deslocamento) próprio, que é calculado
multiplicando-se o curso do cilindro (em cm), pela área do cilindro (em cm²).
O resultado dará o volume do cilindro em cm³.
Onde:
Vc = volume do cilindro (cm³);
l = comprimento (cm);
Ap = área da seção do êmbolo (descontando a
área da haste) (cm²).
Vc = Ap x l
Velocidade do Atuador
A velocidade do atuador (ou velocidade da haste) de um cilindro é
determinada pela velocidade com que um dado volume de líquido pode ser
introduzido na camisa, para empurrar o êmbolo do cilindro.
A expressão que descreve a velocidade do atuador (da haste) do cilindro é:
Onde:
vH = velocidade da haste (m/s);
Q = vazão do sistema (l/s);
Ap = área do êmbolo (descontando a área
da haste) (cm²).
vH = Q x 1000
Ap
Simbologia Atuadores Lineares
Cilindro Hidráulico, de ação simples, com retorno por
mola (frontal)
mola (traseira).
Cilindro Hidráulico, de ação dupla.
Cilindro Hidráulico, de dupla ação, haste dupla.
Cilindro Hidráulico, de ação dupla, com amortecimento.
Cilindro Hidráulico, de ação dupla, com amortecimento
regulável.
Cilindro Hidráulico, telescópico, de ação simples.
Simbologia Atuadores Rotativos
Motor hidráulico de deslocamento fixo.
Motor hidráulico de deslocamento variável.
Motor hidráulico de dois sentidos.
Oscilador.
Atuador Hidráulico
F
P
Cilindro de Simples Ação,
com retorno por mola
Fonte:CIMANTEC-BA.
Atuador Hidráulico
F
P
Cilindro de Simples Ação
Fonte:CIMANTEC-BA.
Atuador Hidráulico
P
F
P
Cilindro de Dupla Ação
Fonte:CIMANTEC-BA.
Atuador Hidráulico
P
F
P
Cilindro de Dupla Ação,
com amortecimento
Fonte:CIMANTEC-BA.
Atuador Hidráulico
Configurações
Possíveis de
Atuadores
Hidráulicos
Fonte: MARVITUBOS.
Atuador Hidráulico
Configurações
Possíveis de
Atuadores
Hidráulicos
Fonte: MARVITUBOS.
Atuador Hidráulico
Configurações
Possíveis de
Atuadores
Hidráulicos
Fonte: MARVITUBOS.
Atuador Hidráulico
Configurações
Possíveis de
Atuadores
Hidráulicos
Fonte: MARVITUBOS.
Atuador Hidráulico
Cilindro de Telescópico
de Ação Simples
Fonte: CIMANTEC-BA.
Atuador Hidráulico
Oscilador de
engrenagens
Atuador Hidráulico
Motor Hidráulico de
Palhetas
Atuador Hidráulico
Engrenagens
Atuador Hidráulico
Pistões
Atuador Hidráulico
Fonte: imagem da internet.
Válvulas
Válvulas Hidráulicas
As válvulas hidráulicas, em geral, servem para controlar o fluídos, para a ação
e trabalho de um atuador, ou ainda oferecer suporte ao sistema (proteção,
atenuação de efeitos, etc). Estas poderão ainda servir para controlar a pressão
e o volume de um fluído nos circuitos hidráulicos.
As válvulas são divididas basicamente em 4 (quatro) grupos:
Válvulas de Controle de Pressão;
Válvulas de Controle de Fluxo;
Válvulas de Controle Direcional;
Válvulas de Bloqueio e Retenção.
Válvulas de Controle de
Pressão
Válvula Controladora de Pressão
As válvulas que estudaremos nesta unidade são do tipo controladoras de
pressão, que são usadas na maioria dos sistemas hidráulicos industriais e
móbil.
Essas válvulas são utilizadas para:
Limitar a pressão máxima de um sistema;
Regular a pressão reduzida em certas partes dos circuitos;
Outras atividades que envolvem mudanças na pressão de operação.
São classificadas de acordo com o tipo de conexão, pelo tamanho e pela faixa
de operação. A base de operação dessas válvulas é um balanço entre
pressão e força da mola, em relação a pressão que se queira regularrestringir, etc.
A válvula pode assumir várias posições, entre os limites de totalmente fechada
a totalmente aberta.
As válvulas controladoras de pressão são usualmente assim chamadas por
suas funções primárias de controle de pressão. São divididas em 6 (seis) tipos,
assim abaixo relacionadas.
Válvula de Segurança (ou limitadora, ou de alívio);
Válvula de Descarga;
Válvula de Seqüência;
Válvula de Contrabalanço;
Válvula de Frenagem;
Válvula Redutora de Pressão.
Válvula Limitadora de Pressão (ou de Segurança).
Segurança).
São válvulas de posicionamento infinito, isto é, podem assumir qualquer posição, desde
totalmente abertas, dependendo da pressão. A maioria opera através de um balanço
entre pressão e força de mola x pressão do sistema, qual deseja-se regular.
Também chamada válvula de segurança, é normalmente fechada e situa-se entre a linha
de pressão (saída da bomba) e o reservatório. Sua função é limitar a pressão no
sistema.
Válvula de Descarga (ou de alívio).
alívio).
É usada para descarregar, à baixa pressão, toda a vazão da bomba.
Válvula de Seqüência.
Seqüência.
É utilizada para acionar os atuadores em uma determinada ordem, mantendo
uma pressão na linha que vai ao atuador que avança primeiro.
Válvula de Contrabalanço.
Contrabalanço.
Empregada para controlar um cilindro na vertical, de tal modo que seja evitada
a sua descida livre pela ação da carga.
Válvula de Frenagem.
Frenagem.
Esta válvula é usada para evitar que o motor acelere por ação da carga.
Válvula Redutora de Pressão.
Pressão.
Sua função é manter pressões reduzidas em certos ramos de um sistema.
Normalmente encontra-se aberta. Ao ser atuada pela pressão de saída, tende
a se fechar quando o ajuste é atingindo.
Válvula Redutora de Pressão, 2 vias.
vias.
Válvula Redutora de Pressão, 3 vias.
vias.
Válvulas de Controle de
Fluxo (ou volume)
Válvula Controladora de Fluxo
As válvulas controladoras de volume ou de fluxo, são usadas basicamente
para regular velocidade de escoamento de um fluído (velocidade está
intimamente relacionada com vazão => Q = v x A). Permitem uma regulagem
simples e rápida da velocidade do atuador, através da limitação da vazão de
fluído que entra ou sai do atuador, modificando assim a velocidade de seu
deslocamento.
Ela desempenha a sua função por ser uma restrição maior que a normal no
sistema. Para vencer a restrição, uma bomba de deslocamento positivo aplica
uma pressão maior ao líquido, o que provoca um desvio de parte deste fluxo
para outro caminho. Este caminho é geralmente para uma válvula limitadora
de pressão, mas pode também ser para outra parte do sistema.
As válvulas controladoras de vazão são aplicadas em sistemas hidráulicos
quando se deseja obter um controle de velocidade em determinados
atuadores, o que é possível através da diminuição do fluxo que passa por um
orifício.
.
Válvula de Restrição de Fluxo
Empregada onde as pressões permanecem relativamente constantes e as
faixas de velocidades não são criticas. Utilizadas quase que exclusivamente no
controle de velocidades e ciclos (atuadores ou motores).
Válvula de Restrição de Fluxo Variável (tipo agulha).
agulha).
Válvula de Restrição e Bloqueio de Fluxo (tipo elipse).
elipse).
Válvula Controladora de Fluxo Simples
Empregada onde as pressões permanecem relativamente constantes e as
faixas de velocidades não são criticas.
Válvula Controladora de Fluxo com Pressão Compensada
a) Tipo By-pass.
Combina uma proteção de sobrecarga com um controle de fluxo de pressão
compensada. Possui um hidróstato, normalmente fechado, que se abre para
desviar, no tanque, o fluído que excede ao ajuste da válvula.
Válvula Controladora de Fluxo com Pressão Compensada
b) Tipo Restrição.
Também mantém um diferencial por meio de hidróstato, normalmente aberto ,
tendo a se fechar, bloqueado a passagem do fluxo em excesso proveniente da
bomba e que não pode passar através do ajuste.
Válvula Controladora de Fluxo Unidirecional
Consiste em uma válvula controladora de vazão descrita anteriormente e mais
a função de uma válvula de retenção simples em by pass. Com essa
combinação é possível obter fluxo reverso livre, sendo de grande aplicação na
hidráulica industrial.
Válvulas de Bloqueio
(anti--retorno)
(anti
Válvula de Bloqueio
Válvula de Retenção
Utilizada para bloquear o fluxo de um fluído em uma das direções, sempre
contrário ao sentido da pressão do sistema, por meio de uma mola, evitando
um contra-fluxo.
Válvula de Retenção (auto pilotada)
Idem ao modelo anterior, contudo a retenção é forçada por uma pilotagem de
pressão (mesma do sistema), forçando-a a reter no sentido contrário.
Válvula de Retenção Dupla
Válvula de Retenção (auto pilotada)
Válvula de Controle
Direcional
Válvula Controle Direcional
Posição inicial
NF e NA para válvulas de duas posições (aberta ou fechada).
CF, CAN e CAP para válvulas de três posições (tipo de centro).
Identificação das Vias
Ex:
Simbologia
Simbologia
Simbologia
Simbologia
Tipos de Carretéis
Válvula Mudança de Direção.
Direção.
Válvula 2/2 vias N.F.
Válvula 3 vias, 2 posições ,N.F.
Válvula 4 vias, 2 posições
posições..
Válvula 4 vias, 3
posições,
centro
despressurizado
Válvula 4
posições,
fechado
vias, 3
centro
Manifolds
Manifolds
Fonte: SCHWING Stetter.
Manifolds
Válvula direcional TN32,
monitorizada
Elementos lógicos, monitorizados
Elemento lógico, proporcional
Manifolds
Acumulador de membrana
Servo - Válvula
Válvula Proporcional TN32
monitorizada
Acumulador de Pressão
1. Reservatório de pressão
2. Bexiga acumuladora
3. Conexões para entrada do gás
4. Conexões para entrada do óleo
Fonte: HYDAC.
Fonte: HYDAC.
Instrumentos
Manômetro
Manômetro de Núcleo Móvel
Manômetro
Manômetro de Bourdon
Manômetro
1 - Corpo
2 - Mola tubular
3 - Alavanca
4 - Segmento dentado
5 - Engrenagem
6 - Ponteiro
7 - Escala
8 - Entrada com estrangulador
Manômetro Linear
Medidor de Vazão
Simbologia Hidráulica e
Pneumática
Simbologia Hidráulica
Válvulas
Controladoras
de Pressão
Filtro Hidráulico
Filtro Hidráulico
com By
By--pass
Conjunto de Reversão
(Aplicado em Bombas
Hidráulicas)
Cabeçote de Filtro, com
segurança de restrição
de limite 3,5 bar
(By
By--pass
pass))
Simbologia Atuadores Lineares
mola (frontal)
mola (traseira).
Cilindro Hidráulico, de ação dupla.
Cilindro Hidráulico, de dupla ação, haste dupla.
Cilindro Hidráulico, de ação dupla com amortecimento.
Cilindro Hidráulico, de ação dupla, com amortecimento
regulável.
Cilindro Hidráulico, telescópico, de ação simples.
Simbologia Atuadores Rotativos
Motor hidráulico de deslocamento fixo.
Motor hidráulico de deslocamento variável.
Motor hidráulico de dois sentidos.
Oscilador.
Bomba H.
Sentido Único
Bomba H.
com reversão
Bomba H.
Com reversão, e com
variação de
deslocamento
Convenção de Símbolos
(Unidade de Força –
Bomba e Motor Elétrico)
Obrigado!!!

Bomba Hidráulica - Prof. Luís Simei

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