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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
Sistemas Hidropneumáticos I
Introdução
EME-26 Aula 01 26-07-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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.
Sistemas Hidráulicos
� 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.);
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).
Sistemas Pneumáticos
� O fluido de trabalho (ar atmosférico) sem custo;
� Facilidade de condução do fluido de trabalho;
� Proteção simples contra sobrecargas;
� 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
Sistemas Hidropneumáticos I
Hidráulica
EME-26 Aula 01 26-07-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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
F= 10 kgf F= 100 kgfP= 10 kgf/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
Sistemas Hidropneumáticos I
Hidráulica 02
EME-26 Aula 02 02-08-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
UNIFEI
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.
Sistemas Hidráulicos
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
F= 10 kgf F= 100 kgfP= 10 kgf/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
Elevador Hidráulico
Elevador Hidráulico
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
Válvula de retenção
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
Unidade de Potência Hidráulica
Motor elétrico
Tampa para
respiro e
enchimento
Indicador de
nível
Bomba hidráulica
Filtro
Unidade de Potência Hidráulica
Manômetro
Tampa de
limpeza
Dreno
Unidade de Potência Hidráulica
ResfriadorResfriador
Unidade de Potência Hidráulica
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.
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Vazão teórica
Vazão real
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Bomba de Engrenagens
Símbolo da bomba
Símbolo da bomba com motor elétrico e acoplamento
M
Manômetro
Tubo de Bourdon;
Núcleo móvel.
Manômetro de Bourdon
Manômetro de Bourdon
Tipo C Espiral
Seção do tubo
Tubo torcido
Tubo helicoidal
Ponteiro
Pressão
Manômetro de Bourdon
Símbolo do manômetro
Válvula de segurança (limitadora de pressão)
Válvula de segurança (limitadora de pressão)
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
Sistemas Hidropneumáticos I
Hidráulica 03
EME-26 Aula 03 09-08-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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 de engrenagens internas
Bomba de engrenagens internas
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
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).
Bomba de pistões axiais
O pistão superior está comprimindo (válvula de saída superior aberta).
O pistão inferior está succionando (válvula de admissão inferior aberta).
Bomba de pistões axiais
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).
Bomba de pistões axiais
O pistão superior está succionando (válvula de admissão superior aberta).
O pistão inferior está comprimindo (válvula de saída inferior aberta).
Bomba de pistões axiais
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
Bomba de pistões axiais
Bomba de pistões axiais
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°
Bomba de pistões axiais de eixo inclinado
Bomba de pistões axiais de eixo inclinado
SAÍDA
ENTRADA
JUNTA UNIVERSAL
Bomba de pistões axiais de volume variável
Bomba de pistões axiais de volume variável
Bomba de pistões axiais de eixo inclinado e volume variável
Bomba de pistões axiais de volume variável
4 - Tambor
5 - Pistões
7 - Placa de comando
9 - Parte oscilante da carcaça
Ângulo = ±25°
Bomba de pistões axiais de volume variável
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 pistões radiais
Bomba de pistões radiais
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
Exercícios sobre bombas
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.
Exercícios sobre bombas
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
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
Acumuladores Hidráulicos
Acumuladores Hidráulicos
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.
Oscilador hidráulico
1 - Carcaça
2 - Cremalheira com 2 êmbolos
3 - Engrenagem e eixo
4 - Regulagem do curso (ângulo de giro)
Oscilador hidráulico
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
Sistemas Hidropneumáticos I
Hidráulica 04
EME-26 Aula 04 20-08-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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
Atuador hidráulico de dupla ação
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
Atuador hidráulico de dupla ação
A B
Velocidade de deslocamento:
Curso
6][cm Área
[l/min] Vazão
]Área [cm100
s]/Vazão [cm
s]/ [mVelocidade22
3
×
=
×
=
Atuador hidráulico de dupla ação
Tempo de deslocamento:
A B
1000[l/min] Vazão
6[mm] Curso][cm Área
/s]Vazão [cm
]Volume [cm
Tempo [s]
2
3
3
×
××
==
Atuador hidráulico de dupla ação
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
Válvula direcional de
3/2 vias
P
A
P
A
T P
A
T
B
Válvula direcional de
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
Sistemas Hidropneumáticos I
Hidráulica 05
EME-26 Aula 05 23-08-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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
Válvula de seqüência
Posição centralSem atuação
M
Válvula de seqüência
Recuo simultâneo dos atuadores
M
Válvula de seqüência
Avanço do atuador de fixação (pressão abaixo da válvula)
M
Válvula de seqüência
Avanço do atuador de furação (pressão
aciona válvula)
M
Válvula de contrabalanço
M
CARGA
Posição centralCarga parada
Válvula de contrabalanço
M
CARGA
Suspendendo a carga
Válvula de contrabalanço
M
CARGA
Válvula de contrabalanço
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
Válvula de descarga
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 de descarga
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
Sistemas Hidropneumáticos I
Hidráulica 06
EME-26 Aula 06 30-08-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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
Atuador move-se em velocidade máxima
M
Avanço Inicial
Atuador move-se em velocidade máxima
M
Avanço Final
Atuador move-se em velocidade ajustada
Desaceleração com válvula direcional
M
B1
S1
Recuo
Atuador move-se em velocidade máxima
S1
B1
M
B1
S1
Avanço Inicial
Atuador move-se em velocidade máxima
S1
B1
M
B1
S1
S1
Avanço Final
Atuador move-se em velocidade ajustada
B1
Recordando alguns cálculos básicos
Atuador hidráulico de dupla ação
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
Circuito Regenerativo
Circuito Regenerativo
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
Circuito Regenerativo
Circuito Regenerativo
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
Circuito Regenerativo
Circuito Regenerativo
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.
Circuito Regenerativo
Va
QsQe
QB
QsQQeB
+= 1
VaAcQs ×= 2
VaAeQe ×= 3
Aêmbolo
Acoroa
Circuito Regenerativo
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
×−×
×
=
Circuito Regenerativo
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
Acionamento em circuito fechado
M
Acionamento em circuito fechado
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.
Válvula Direcional Proporcional
Válvula Direcional Proporcional
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.
Válvula Direcional Proporcional
UNIFEI
Sistemas Hidropneumáticos I
Pneumática 01
EME-26 Aula 07 06-09-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
UNIFEI
Sistemas Pneumáticos
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).
Sistemas Pneumáticos
� O fluido de trabalho (ar atmosférico) sem custo;
� Facilidade de condução do fluido de trabalho;
� Proteção simples contra sobrecargas;
� 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;
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
Tipos de compressores
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
� Fluxo axial;
Tipos de compressores
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
� Fluxo axial;
� Deslocamentos positivos:
� Rotativos:
• Roots;
Tipos de compressores
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
� Fluxo axial;
� Deslocamentos positivos:
� Rotativos:
• Roots;
• Palhetas;
Tipos de compressores
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
� Fluxo axial;
� Deslocamentos positivos:
� Rotativos:
• Roots;
• Palhetas;
• Parafuso.
Tipos de compressores
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
� Fluxo axial;
� Deslocamentos positivos:
� Rotativos:
• Roots;
• Palhetas;
• Parafuso.
� Alternativos:
• Pistão;
Tipos de compressores
� Deslocamentos dinâmicos:
� Ejetor;
� Fluxo radial;
� Fluxo axial;
� Deslocamentos positivos:
� Rotativos:
• Roots;
• Palhetas;
• Parafuso.
� Alternativos:
• Pistão;
• Diafragma.
Tipos de compressores
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
Secagem por adsorção
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
Distribuição de ar comprimido
Permite que o ar flua nas duas direções, reduzindo o problema de condensação. Neste caso a
distribuição deriva diretamente do anel.
Reservatório secundário
Rede em circuito fechado
Distribuição de ar comprimido
Permite que o ar flua nas duas direções, reduzindo o problema de condensação. Neste caso a
distribuição deriva de tubulações transversais.
Reservatório secundário
Distribuição de ar comprimido
Rede em circuito fechado
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.
Distribuição de ar comprimido
Distribuição de ar comprimido
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.
Dreno semi-automático
� Sem pressão a mola
mantém o dreno aberto e a
água pode fluir livremente.
Dreno semi-automático
� Com pressão a mola é
comprimida e mantém o
dreno fechado.
Dreno semi-automático
� Durante a operação o copo
vai recolhendo a água.
Dreno semi-automático
� 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.
Válvula reguladora de pressão
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.
Válvula reguladora de pressão
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
Válvula reguladora de pressão
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
Válvula reguladora de pressão
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
Válvula reguladora de pressão
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
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.
Lubrificador de ar comprimido
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.
Unidade de condicionamento
Unidade de condicionamento
Filtro e regulador de
pressão Lubrificador
Unidade de condicionamento
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
Sistemas Hidropneumáticos I
Pneumática 02
EME-26 Aula 09 20-09-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
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
Cilindro de dupla ação
� 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
Amortecimento regulável
� A ponta do eixo encaixa-se no anel, bloqueando a passagem de ar pelo centro;
� O ar escapa pelo orifício ajustável.
Amortecimento regulável
� O parafuso ajusta a saída do ar de modo que pistão, haste e carga aproximem-se suavemente da tampa.
Amortecimento regulável
� 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.
Amortecimento regulável
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.
Cilindros de fixação
Cilindros de fixação
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
Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão
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 de palhetas
Motor pneumático de palhetas
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.
Unidade hidropneumática
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
Unidade hidropneumática
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).
Válvula reguladora de pressão
� 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.
Cilindro de dupla ação
sem amortecimento
Simbologia simplificada
Cilindro de dupla ação
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/Aula3/chp_aula3.htm
http://www.em.pucrs.br/~edir/chp/Aula4/chp_aula4.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.
http://academicos.cefetmg.br/admin/downloads/2098/APOSHID.doc
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
http://academicos.cefetmg.br/admin/downloads/2098/APOSHID.doc
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
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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.
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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
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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.
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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.
http://academicos.cefetmg.br/admin/downloads/2098/APOSHID.doc
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.
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 2
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
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 3
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.
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 4
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
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 5
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
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 6
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:
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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.
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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
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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
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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).
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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.
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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
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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
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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.
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 15
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.
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 16
EXEMPLOS DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS
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VÁLVULA REGULADORA DE FLUXO
VÁLVULA DE SEQUÊNCIA
UNIDIRECIONAL COM RESTRIÇÃO
CIRCUITO HIDRÁULICO EM FORMA DE SÍMBOLOS
O mesmo circuito anterior, em forma de ESQUEMA:
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 17
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
www.Automationstudio.com
Software Automation Studio
www.parker.com.br
www.rexroth.com.br
Manual do Oleodinâmico Industrial 935100 - Vickers