APOSTILA DE HIDRAULICA by gunter grass

HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

José Fernando Xavier Faraco Presidente da FIESC Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional do SENAI/SC Antônio José Carradore Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC Marco Antônio Dociatti Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

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Florianópolis – 2004

É autorizada reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema desde que a fonte seja citada

Equipe Técnica: Organizadores: Adagir Saggin Adalberto Silveira Guilherme de Oliveira Camargo Irineu Parolin Natalino Uggioni Sandro Feltrin Vilmo Loshstein

Projeto Gráfico: Rafael Viana Silva

Capa: Rafael Viana Silva Samay Milet Freitas

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Santa Catarina www.sc.senai.br Rodovia Admar Gonzaga, 2765 – Itacorubi. CEP 88034-001 - Florianópolis - SC Fone: (048) 231-4221 Fax: (048) 231-4331 Este material faz parte do Programa SENAI SC de Recursos Didáticos www.sc.senai.br/recursosdidaticos

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LIST A DE T ABELAS LISTA TABELAS 1 Introdução à Hidráulica........................................................14 1.1 Tabela de velocidades......................................................................................19 1.2 Comprimentos equivalentes a perdas localizadas (em polegadas de canalização retilínia).............................................................................................................23

3 Unidades Fundamentais do Sistema Internacional...............27 3.1 Unidades fundamentais do Sistema Internacional................................................27 3.2 Conversão das principais unidades de pressão.....................................................27 3.3 Unidades de pressão mais utilizadas em sistemas hidráulicos.................................28 3.4 Principais unidades de capacidade ou volume.....................................................28 3.5 Principais unidades de força.............................................................................28 3.6 Principais unidades de vazão............................................................................29

5 Simbologia / Resumo...........................................................31 5.1 Linhas de fluxo...............................................................................................31 5.2 Simbolos funcionais.......................................................................................31 5.3 Fontes de energia...........................................................................................32 5.4 Válvulas direcionais........................................................................................32 5.5 Métodos de acionamento...............................................................................32 5.6 Válvulas controladoras de vazão.......................................................................33 5.7 Válvula de retenção........................................................................................33 5.8 Válvula reguladora de pressão..........................................................................34 5.9 Reservatório..................................................................................................34 5.10 Bombas......................................................................................................35 5.11 Motores.....................................................................................................35 5.12 Cilindros.....................................................................................................36 5.13 Instrumentos e acessórios.............................................................................37

7 Válvulas Direcionais.............................................................45 7.1 Solenóides em eletroválvulas...........................................................................49

13 Fluidos Hidráulicos.............................................................63 13.1 Tabela de conversão de viscosidade.................................................................68 13.2 Comparação entre dois índices de viscosidade diferentes...................................69

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LIST A DE FIGURAS LISTA 1 Introdução à Hidráulica........................................................14 1.1 Lei de Pascal..................................................................................................15 1.2 Princípio de compensação de energia................................................................15 1.3 Vazão...........................................................................................................16 1.4 Coluna de fluido............................................................................................17 1.5 Fluxo lamiar e fluxo turbulento........................................................................18

2 Fatores Resultantes da Pressão num Sistema.......................25 2.1 Carga sobre o atuador: sistema sem vazamento..................................................25 2.2 Carga sobre o atuador: sistema com vazamento..................................................25 2.3 Restrição na tubulação....................................................................................26

4 Composição dos Sistemas Hidráulicos..................................30 4.1 Posição do reservatório em relação à bomba.......................................................30

6 Bombas Hidráulicas.............................................................38 6.1 Bombas hidráulicas: bombas de fluxo radiais ou centrífugas...................................38 6.2 Bombas hidráulicas: bombas de fluxo radiais ou centrífugas...................................38 6.3 Bombas hidráulicas: bombas de fluxo axial..........................................................38 6.4 Bombas de engrenagens.................................................................................38 6.5 Bombas de engrenagens internas......................................................................39 6.6 Bombas de engrenagens espinha de peixe.........................................................39 6.7 Bombas de vazão fixa......................................................................................40 6.8 Bombas de vazão variável com compensação de pressão......................................40 6.9 Bombas de vazão variável com compensação de pressão......................................40 6.10 Bombas de vazão variável com compensação de pressão....................................41 6.11 Bombas de pistões axiais de eixo inclinado ou desalinhado.................................41 6.12 Bombas de pistões radiais..............................................................................41 6.13 Bombas de pistões axiais de placa ou disco inclinado..........................................42 6.14 Bombas em série.........................................................................................42 6.15 Bombas em paralelo.....................................................................................42 6.16 Exemplo de aplicação de bombas de pistões radiais............................................43

7 Válvulas Direcionais.............................................................45 7.1 Válvula carretel..............................................................................................46 7.2 Válvula direcional com êmbolo deslizante..........................................................46 7.3 Válvula direcional com assento esférico.............................................................47 7.4 Sobreposição positiva......................................................................................47 7.5 Sobreposição negativa....................................................................................48 7.6 Esquema de solenóide....................................................................................48 7.7 Válvula de duplo acionamento.........................................................................49 7.8 Válvula direcional 4/3 vias, pré-acionadaspor solenóides, acionada por presão hidráulica centrada por mola; de piloto e dreno interior..............................................50

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8 Registros..............................................................................51 8.1 Registros: Esfera.............................................................................................51 8.1 Registros: Agulha...........................................................................................51 8.1 Registros: Globo............................................................................................51 8.1 Registros: Gaveta...........................................................................................51

9 Atuadores Lineares..............................................................52 9.1 Componentes do cilindro................................................................................52 9.2 Amortecimento: Recuando ainda sem amortecimento........................................53 9.3 Amortecimento: Amortecendo........................................................................53 9.4 Anéis tipo “copo”..........................................................................................54 9.5 Anéis tipo O..................................................................................................54 9.6 Anéis tipo lábio de dupla ação..........................................................................54

10 Atuadores Rotativos..........................................................55 10.1 Comparação entre uma bomba e um motor de engrenagem..............................55 10.2 Pinhão cremadeira.......................................................................................56 10.3 Motores oscilantes ou osciladores...................................................................56 10.4 Osciladores com cilindro...............................................................................57 10.5 Osciladores com rosca sem-fim......................................................................57 10.6 Osciladores de palheta..................................................................................57

11 Válvula de Bloqueio............................................................58 11.1 Válvula de retenção simples..........................................................................58 11.2 Válvula de retenção pilotada geminada............................................................58 11.3 Válvula de retenção pilotada..........................................................................58 11.4 Válvula de preenchimento ou de sucção.........................................................59

12 Reservatório......................................................................60 12.1 Componente do reservatório........................................................................60 12.2 Altura para montagem da linha de sucção........................................................61 12.3 Bocal de enchimento com filtro.......................................................................61 12.4 Chicana horizontal.......................................................................................62 12.5 Chicana vertical...........................................................................................62

13 Fluidos Hidráulicos.............................................................63 13.1 Fluidos hidráulicos transmitindo energia...........................................................63 13.2 Fluido hidráulico como lubrificante das partes móveis........................................64 13.3 A troca de calor através do fluido hidráulico......................................................64 13.4 Viscosímetro de Saybolt................................................................................67

14 Filtros................................................................................70 14.1 Filtro de sucção............................................................................................70 14.2 Filtro de pressão...........................................................................................70 14.3 Filtro de retorno...........................................................................................71 14.4 Filtro de retorno com indicador óptico (mecânico) de saturação...........................71 14.5 Filtro de retorno com indicador eletro-óptico de saturação..................................71 14.6 Exemplo de materiais filtrantes.......................................................................72

15 Válvulas Controladoras de Vazão (Fluxo)............................73 15.1 Orifícios para regulagem de vazão..................................................................73 15.2 Válvulas reguladoras de vazão bidirecional........................................................73

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15.3 Válvula reguladora de vazão unidirecional........................................................74 15.4 Válvulas reguladoras de vazão unidirecional, montagem em bloco e em linha........74 15.5 Construção do tipo “A” estreitamento antes do compensador..............................75 15.6 Construção do tipo “B” estreitamento depois do compensador............................75 15.7 Método de controle de fluxo: na entrada, na saída e em desvio............................77 15.8 Exemplo de circuito com duas velocidades de avanço rápido e lento.....................78 15.9 Exemplo de circuito com três velocidades de avanço..........................................78

16 Válvulas Reguladoras de Pressão.......................................79 16.1 Princípio de funcionamento das válvulas reguladoras de pressão..........................79 16.2 Válvula de alívio...........................................................................................80 16.3 Válvula de descarga.....................................................................................80 16.4 Exemplo de circuito com duas velocidades, utilizando duas bombas em paralelo..................................................................................................................81 16.5 Exemplo de circuito utilizando bomba de pistões radiais.....................................81 16.6 Princípio de funcionamento e válvula de seqüência...........................................82 16.7 Circuito hidráulico seqüêncial.........................................................................82 16.8 Circuito regenerativo seqüêncial.....................................................................82 16.9 Válvula redutora de pressão...........................................................................83 16.10 Válvula redutora de pressão de operação direta...............................................83 16.11 Válvula reguladora de pressão com válvula para ventagem acoplada..................84 16.12 Controle de pressão remoto. Posição central da válvula direcional......................84 16.13 Controle de pressão remoto, solenóide “b” energizado...................................85 16.14 Controle de pressão remoto, solenóide “a” energizado...................................85

17 Elemento Lógico................................................................86 17.1 Princípio de funcionamento do elemento lógico...............................................86 17.2 Retenção de A para B....................................................................................87 17.3 Retenção de B para A....................................................................................87 17.4 Possibilidade de comando por B......................................................................87 17.5 Possibilidade de comando por A......................................................................88 17.6 Possibilidade de comando por A e B................................................................88 17.7 Válvula de retenção pilotada..........................................................................88 17.8 Integração entre válvula direcional e valvula de retenção....................................89 17.9 Retenção em uma direção e controle de fluxo no sentido contrário.......................89 17.10 Integração entre válvula direcional e reguladora de vazão.................................90 17.11 Dupla retenção..........................................................................................90 17.12 Válvula limitadora de pressão.......................................................................90 17.13 Exemplo de circuito com aplicação de elementos lógicos..................................91

18 Trocador de Calor...............................................................92 18.1 Trocador de calor a ar.....................................................................................92 18.2 Trocador de calor a água................................................................................92

19 Acumuladores....................................................................93 19.1 Tipos construtivos de acumuladores................................................................93 19.2 Seqüência de funcionamento de um acumulador de membrana.........................94 19.3 Seqüência de funcionamento de um acumulador de bexiga...............................95 19.4 Circuito hidráulico industrial com aplicação de acumulador de bexiga...................95

20 Intensificadores de Pressão - “Boosters”............................96 20.1 Princípio de funcionamento de multiplicador hidráulico......................................96

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21 Instrumentos de Medição..................................................97 21.1 Princípio de funcionamento do manômentro de bourdon...................................97 21.2 Manômentro com limites de pressão máximo e mínimo....................................97 21.3 Válvula isoladora de manômetro....................................................................98 21.4 Pressostato de êmbolo..................................................................................99 21.5 Pressostato tipo bourbon...............................................................................99

22 Elementos de Interligação, Conexão e Vedações...............100 22.1 Exemplos de mangueiras hidráulicas industriais...............................................100 22.2 Esquema interno de um bloco manifold.........................................................101 22.3 Exemplo de conexões industriais..................................................................101

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SUMÁRIO Apresentação.........................................................................13 1 Introdução à Hidráulica........................................................14 1.1 Histórico..................................................................................................14 1.2 Princípio de Pascal...........................................................................15 1.3 Transmissão de Força Hidráulica...........................................................15 1.3.1 Leis da Vazão (Hidrodinâmica e Mecânica dos Fluidos)............................16 1.3.2 Conservação da Energia.....................................................................17 1.3.3 Perdas de Energia por Atrito .........................................................18 1.3.4 Regimes de Fluxos............................................................................18 1.3.5 Número de Reynolds [Re]..................................................................18 1.3.6 Resistência à passagem de fluido.........................................................20 1.3.7 Dimensionamento de tubos em função da velocidade.............................20 1.3.8 Dimensionamento em função da perda de carga....................................21

1.4 Vantagens e Desvantagens dos Sistemas Hidráulicos........................24 1.4.1 Vantagens:.......................................................................................24 1.4.2 Desvantagens:............................................................................24

1.5 Potência..................................................................................................24 1.5.1 Potência Hidráulica............................................................................24

2 Fatores Resultantes da Pressão num Sistema.......................25 2.1 Tipos de pressão, unidades de pressão e outras grandezas:..............26

3 Unidades fundamentais do Sistema Internacional...............27 3.1 Conversão das Principais Unidades de Pressão...................................27 3.2 Unidades de Pressão mais Utilizadas em Sistemas Hidráulicos:.........28 3.3 Principais unidades de capacidade ou volume...................................28 3.4 Principais unidades de força..................................................................28 3.5 Principais unidades de vazão................................................................29

4 Composição dos Sistemas Hidráulicos..................................30 4.1 Posição do reservatório..........................................................................30

5 Simbologia / Resumo...........................................................31 6 Bombas Hidráulicas.............................................................38 6.1 Tipos........................................................................................................38 6.1.1 Bomba de deslocamento não positivo..................................................38 6.1.2 Bomba de deslocamento positivo........................................................38 6.1.3 Bombas de Palhetas...........................................................................40 6.1.4 Bombas de Pistões............................................................................41

6.2 Montagem e Instalação de Bombas.....................................................42 6.2.1 Cuidados na instalação de bombas.......................................................43 6.2.2 Cavitação.........................................................................................43 6.2.3 Aeração...........................................................................................43 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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7 Válvulas Direcionais.............................................................45 7.1 Sobreposição das Válvulas Direcionais................................................46 7.1.1 Tipos construtivos para válvulas............................................................46 7.1.2 Tipos de solenóides...........................................................................48 7.1.3 Válvulas direcionais pré-operadas (sanduíche de válvulas)........................49

8 Registros..............................................................................51 8.1 Tipos de registros...................................................................................51

9 Atuadores Lineares..............................................................52 9.1 Amortecimento do fim de curso nos cilindros hidráulicos.................52 9.2 Vedações para cilindros e demais componentes................................53

10 Atuadores Rotativos..........................................................55 11 Válvula de Bloqueio............................................................58 11.1 Válvula de pré-enchimento ou de sucção........................................59

12 Reservatório......................................................................60 12.1 Componentes do reservatório...........................................................60 12.2 Montagem das linhas.........................................................................61 12.3 Chicanas...............................................................................................62

13 Fluidos Hidráulicos.............................................................63 13.1 Principais Fluidos Hidráulicos.............................................................64 13.1.1 Propriedades do Fluido.....................................................................65 13.1.2 Importância do controle da viscosidade...............................................65 13.1.3 Métodos para definição da viscosidade...............................................66

14 Filtros................................................................................70 14.1 Tipos de filtros quanto à posição de montagem:..............................70 14.1.1 Materiais dos elementos filtrantes..................................................72

15 Válvulas Controladoras de Vazão (Fluxo)............................73 15.1 Controlar velocidade dos atuadores.................................................77 15.1.1 Exemplo de circuito hidráulico industrial com duas velocidades de avanço.........78 15.1.2 Exemplo de circuito hidráulico industrial com três velocidades de avanço...........78

16 Válvulas Reguladoras de Pressão.......................................79 16.1 Princípio básico de funcionamento das válvulas reguladoras de pressão..........................................................................................................79 16.1.1 Válvula de seqüência de ação direta...................................................82 16.1.2 Válvula Redutora de Pressão.............................................................83 16.1.3 Válvula Redutora de Pressão de Operação Direta.................................83

16.2 Ventagem e Controle Remoto............................................................84

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17 Elemento Lógico................................................................86 17.1 Alguns Exemplos de Aplicação..........................................................87

18 Trocador de Calor...............................................................92 18.1 Trocador de calor a ar...........................................................................92 18.2 Trocador de calor a água.....................................................................92

19 Acumuladores....................................................................93 19.1 Comentário sobre acumuladores......................................................94

20 Intensificadores de Pressão - Boosters................................96 21 Instrumentos de Medição..................................................97 21.1 Manômetro com sinal elétrico............................................................97 21.2 Termômetros........................................................................................98

22 Elementos de interligação, conexão e vedações................100 22.1 Tubos............................................................................................100 22.2 Mangueiras.......................................................................................100 22.3 Placas de ligação e blocos manifold................................................101 22.4 Elementos de conexão................................................................101 22.4.1 Conexões por roscas......................................................................101

Referências Bibliográficas.....................................................102

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APRESENT AÇÃO APRESENTAÇÃO A finalidade deste material é proporcionar aos interessados, uma visão do mundo da hidráulica. As experiências têm revelado, que atualmente a hidráulica é indispensável como um método moderno de transmissão de energia. O termo hidráulica é uma palavra que deriva da raiz grega HIDRO que significa água. Hoje, entende-se por hidráulica a transmissão, controle de forças e movimentos por meio de fluidos líquidos (óleos minerais e sintéticos). Fluido é toda a substância que flui e toma a forma do recipiente no qual está confinado. Com a automatização os acionamentos e comandos hidráulicos ganharam importância através do tempo. Grande parte das modernas e mais produtivas máquinas e instalações são hoje parcial ou totalmente comandadas por sistemas hidráulicos. Apesar da multiplicidade dos campos de aplicação da hidráulica, o conhecimento dessa matéria ainda não está totalmente difundido. Como resultado disso, a aplicação do sistema hidráulico tem sido restrita. O conteúdo inclui a descrição de sistemas hidráulicos para a transferência de forças ou movimentos, seus princípios de funcionamento, detalhes construtivos dos componentes e a montagem de comandos hidráulicos na bancada, fazendo com que haja um relacionamento entre teoria e prática.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO INTRODUÇÃO À HIDRÁULICA 1.1 Histórico Existem apenas três métodos de transmissão de energia na esfera comercial: A elétrica, a mecânica e a fluídica (hidráulica e a pneumática). Naturalmente a mecânica é a mais antiga de todas, por conseguinte é a mais conhecida. Hoje utilizada de muitos outros artifícios mais apurados como engrenagens, cames, polias e outros. A elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de outros componentes, é um método desenvolvido nos tempos modernos. É o único meio de transmissão de energia que pode ser transportado a grandes distâncias. A força fluídica tem origem, por incrível que pareça, a milhares de anos. O marco inicial que se tem conhecimento é a utilização da roda d’água, que emprega a energia potencial da água armazenada a uma certa altura, para a geração de energia mecânica. 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 mundial. Os fatos mais marcantes da história da energia fluídica poderiam ser relacionados como os seguintes:

Em 1795, um mecânico inglês, Joseph Bramah, construiu a primeira prensa hidráulica, usando como meio de transmissão a água; Em 1850, Armstrong desenvolveu o primeiro guindaste hidráulico, e para fazê-lo, também desenvolveu o, primeiro acumulador hidráulico; Em 1900, a construção da primeira bomba de pistões axiais nos Estados Unidos, ocorreu aqui à substituição da água por óleo mineral, com muitas vantagens.

Atualmente, com o desenvolvimento de novos metais e fluidos obtidos sinteticamente, a versatilidade e a dependência do uso da transmissão de força hidráulica ou pneumática torna-se evidente, desde o seu uso para um simples sistema de frenagem em veículos até a sua utilização para complexos sistemas das eclusas, aeronaves e mísseis. Vamos pensar um pouco, sem a energia fluídica, a tecnologia moderna seria capaz de uma potência para elevar um container de grande tonelagem, ou potência suficientemente pequena para prender um ovo sem quebrar a casca? HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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1.2 Princípio de Pascal Blaise Pascal, em 1648 enunciou a lei que rege os princípios hidráulicos: A pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções, exercendo forças iguais em áreas iguais e sempre perpendiculares à superfície do recipiente.

Figura 1.1: Lei de Pascal Fonte: RANCINE, 1994 - 9aed. p. 13

Caso uma força “F” atue sobre uma área “A” sobre um fluido confinado, ocorrerá nesse fluido uma pressão “P”.

Pressão, conceitualmente é a força exercida por unidade de área.

1.3 Transmissão de Força Hidráulica Em 1795 Joseph Bramah criou a 1a prensa hidráulica manual aplicando o princípio de Pascal.

Figura 1.2: Princípio de compensação de energia Fonte: RANCINE, 1994 - 9aed. p. 14

Como a pressão se distribui uniformemente em todas as direções e agem com a mesma intensidade em todos os pontos. Portanto, podemos afirmar que a pressão nas áreas A e B do sistema são iguais. HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Portanto, podemos afirmar:

Além da possibilidade de calcular as forças ou áreas que envolvem o sistema, também é possível calcular o deslocamento “S” dos êmbolos.

1.3.1 Leis da Vazão (Hidrodinâmica e Mecânica dos Fluidos) Se um fluido flui por um tubo com vários diâmetros, o volume que passa em uma unidade de tempo é o mesmo independente da seção. A velocidade do fluxo varia.

Figura 1.3: Vazão Fonte: REXROTH, 1994 p.31

Vazão: Onde:

;

Substituindo-se: V = A . s

Q = Vazão em litros por minutos V = Volume em litros ou dm3 A = Área da seção transversal S = Curso ou comprimento.

O curso “S” na unidade de tempo “t” é: Velocidade

; de onde podemos ter, com Q = A . v

Equação da continuidade

Q1 = Q2 J A1. v1 = A2. v2

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1.3.2 Conservação da Energia A Lei da conservação da energia nos diz que em um fluxo a energia permanece constante, enquanto não houver troca de energia com o exterior. Podemos dividir a energia total desta forma:

Energia de posição (energia potencial) que esta em função da altura da coluna do fluido. Energia de pressão que é a pressão estática. Energia cinética que é a energia de movimento em função da velocidade do fluxo ou pressão dinâmica. Equação de Bernoulli para um sistema estacionário:

ñ . h . g + P +r .

= Constante

Onde: P = Pressão estática; ñ . h . g = Pressão da coluna do fluido

ñ.

= Pressão dinâmica

Pela equação de Bernoulli, é possível comprovar que um fluido ao passar por uma seção transversal reduzida provocará um aumento da velocidade e como conseqüência um aumento da energia cinética. Com a figura abaixo podemos observar as diferenças de pressão em um tubo que possui um estrangulamento, a pressão é representada por uma coluna de fluido.

Figura 1.4: Coluna do fluido Fonte: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.15

A altura das colunas representa pressão, portanto, observem no estrangulamento. Em uma instalação hidráulica é importante a energia de pressão ou pressão estática. A energia de posição e a energia cinética são muito pequenas, portanto podemos desprezá-las. HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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1.3.3 Perdas de Energia por Atrito Quando um fluido movimenta-se em um sistema produzindo calor por atrito, perde-se uma parte da energia em forma de energia térmica, causando perda de pressão. A Energia hidráulica não pode ser transmitida sem perdas. A quantidade de energia perdida por atrito depende de:

Comprimento da tubulação; Rugosidade interna da tubulação; Números de conexões e derivações; Diâmetro da tubulação; Velocidade do fluxo.

1.3.4 Regimes de Fluxos O fluxo em um sistema hidráulico pode ser laminar ou turbulento.

FIGURA 1.5: Fluxo lamiar e fluxo turbulento FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.15

1.3.5 Número de Reynolds [Re] Para se saber quando o fluxo é laminar ou turbulento, devemos definir o número de Reynolds, que se obtém através da seguinte fórmula:

Onde:

Re - Número de Reynolds; - Densidade do fluido; v - Velocidade [cm/s]; D - Diâmetro interno do tubo [cm]; µ - Viscosidade absoluta em [poise]; v - Viscosidade cinética [cSt], para um óleo a 220SSU e 38ºC = 0,475 Stokes. HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Número de Reynolds: De 0 até 2000 Re – Fluxo laminar De 2000 até 3000 Re – Fluxo transitório Maior que 3000 Re – Fluxo turbulento.

1.3.6 Resistência à Passagem de Fluido Se um fluido escoa por um tubo, a pressão vai se tornado cada vez menor em virtude da resistência à passagem. A queda de pressão depende do atrito interno do fluido e do atrito do fluido com as paredes. Mas, existem alguns fatores que influência, como: a velocidade, o regime de fluxo, a viscosidade, acabamento interno do tubo, as conexões, as válvulas, o diâmetro e comprimento do tubo. Por exemplo, em um tubo de 1 m de comprimento escoa uma vazão de 10 L/min. e se lê a diferença de pressão de 50 kPa se escreve: Resistência à passagem

1.3.7 Dimensionamento de tubos em função da velocidade Tabela de velocidades de fluxo recomendadas no sistema oleodinâmico:

TABELA 1.1: Tabela de velocidades

Partindo-se da velocidade recomendada, podemos dimensionar o diâmetro da tubulação, sabendo-se a vazão do sistema.

Cuidado! Com as unidades das grandezas.

Onde:

D = diâmetro interno do tubo; Q = vazão; v = velocidade do fluido.

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Exemplo em função da velocidade Dimensionar o tubo de uma linha que trabalha com uma pressão de 80 bar e vazão de 50 l/min. A velocidade recomendada, conforme tabela acima. Dados: Q = 50 L/min. ou Q = 833,3 cm3/s P = 80 bar, então adotaremos velocidade v=4,5 m/s ou v=450 cm/s

Solução:

D = 1,536 cm

O diâmetro interno do tubo recomendado será de 1,536 cm ou 15,36 mm, mas comercialmente 5/8 de polegada.

1.3.8 Dimensionamento em função da perda de carga Na linha de pressão de um sistema hidráulico: Durante o escoamento do fluido através do sistema hidráulico, pode ocorrer uma perda de carga, que é dividida em vários fatores. Todos os fatores entram no calculo da perda de carga da seguinte forma:

Onde:

P = Perda de carga na linha [bar]; f = Fator de fricção [adimensional]; L = L1 + Ls = Comprimento total [cm]; L1 = Comprimento da tubulação retilínea[cm]; Ls = Comprimento equivalente das singularidades [cm]; D = Diâmetro interno da tubulação [cm]; V = Velocidade de escoamento do fluido [cm/s]; y = Densidade do fluido [kg/m3] (Para o óleo SAE10 igual a 881,1kg/m3). 21591 e 9266 = Fator de conversão para a uniformização das unidades.

Fator de fricção “f”

Onde:

X = 64 para tubos rígidos e temperaturas constates; X = 75 para tubos rígidos e temperaturas variáveis ou para tubos flexíveis e temperaturas constantes; X = 90 para tubos flexíveis e temperaturas variáveis

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Exemplo em função da perda de carga a) Determinar a vazão necessária no sistema em função dos atuadores;

Assumiremos uma vazão de Q = 50 L/min. b) Determinar a velocidade em função do tipo de linha e pressão;

Assumiremos uma pressão na linha de 80 bar, portanto uma velocidade de v = 450 cm/s, conforme tabela de velocidade recomendável c) Determinar o diâmetro em função da velocidade e da vazão;

Diâmetro interno do tubo D = 1,536 cm, calculado no exemplo anterior. d) Determinar número de Reynolds, conforme fórmula acima;

e) Determinar o Fator de fricção “f”.

Para um tubo flexível e temperatura variável - X = 90

f) Determinar o comprimento total “L” em função da planta e da tabela de comprimentos equivalentes para as perdas localizadas.

Em nosso caso, considerar:

4 mangueiras flexíveis; 2 cotovelos de 90º raio curto; 2 cotovelos de 90º raio longo.

L1 = 320 cm comprimento das 4 mangueiras do sistema Conforme tabela de perdas localizadas nas conexões, respectivamente: Comprimento de 40 e 20 cm/unidade. Resultando:

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g) Determinar DP = Perda de carga na linha de pressão;

h) Determinar as perdas localizadas nas válvulas especiais (catálogo de fabricante); Uma válvula especial de retenção pilotada de 5/8" montada em linha perde, conforme catalogo de fabricante dP = 1,10 bar. i) Determinar a perda total e subtrair da pressão fornecida e verificar se a pressão efetiva será ou não suficiente para o sistema. PTOTAL = P + dP = 1,58 +1,10 = 2,68 bar Pressão fornecida, P = 80 bar Pressão efetiva (PE) entre os dois pontos: PE = P - PTOTAL = 80 – 2,68 = 77,32 Bar Conclusão: O que podemos concluir, é que o cálculo da perda de carga no sistema hidráulico é importantíssimo, pois a partir dele, saberemos se a pressão que fornecemos ao sistema é suficiente para aquilo se propõe a fazer.

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TABELA 1.2: Comprimentos equivalentes a perdas localizadas (em polegadas de canalização retilínea)

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1.4 Vantagens e Desvantagens dos Sistemas Hidráulicos Os sistemas hidráulicos são utilizados quando não é possível empregar outro sistema como mecânico, elétrico ou pneumático.

1.4.1 Vantagens:

Dimensões reduzidas e pequeno peso com relação a potência instalada; Reversibilidade instantânea; Parada instantânea; Proteção contra sobre carga; Variação de velocidade com facilidade; Possibilidade de comando por apalpador em copiadores hidráulicos.

1.4.2 Desvantagens:

Seu custo é mais elevado que o elétrico e mecânico; Baixo Rendimento, devido a fatores como: A transformação da energia elétrica em mecânica e mecânica em hidráulica para, posteriormente ser transformada em mecânica novamente. Mais o atrito interno e externo nos componentes e os vazamentos.

Comparando-se com a pneumática os sistemas hidráulicos possuem um controle mais apurado na força e na velocidade, além de poderem trabalhar com pressão bem maiores, possibilitando assim uma transmissão de potência maior. Perdem no custo de instalação do sistema que é bem mais caro que a pneumática.

1.5 Potência 1.5.1 Potência Hidráulica Em um sistema hidráulico é convertida a energia mecânica (proveniente de um motor elétrico ou térmico) em uma energia hidráulica. Então temos:

Potência no motor elétrico: Pel. ( Watts ) = V (Volts) . I (Ampére) Potência no acoplamento ou mecânica: Pm = M (Nm). w (1/s) Potência hidráulica: Ph = P (N/m2). Q (m3/s)

Rendimento - Como já vimos, existem perdas por atritos, vazamentos e etc. Portanto nem toda energia fornecida ao sistema é transformada na aplicação desejada. htotal da bomba =

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CAPÍTUL O CAPÍTULO FATORES RESUL TANTES RESULT DA PRESSÃO NUM SISTEMA

Em um sistema hidráulico a função da bomba é fornecer vazão ao sistema, a pressão resultará de dois fatores:

FIGURA 2.1 e 2.2: Carga sobre o atuador FONTE: SENAI SP, p.21 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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FIGURA 2.3: Restrição na tubulação FONTE: SENAI. SP, p.21

À medida que a torneira começa a ser fechada a pressão aumenta gradativamente, devido à dificuldade de passagem pelo estrangulamento, até atingir a pressão máxima quando ocorrerá a abertura da válvula de alívio e toda a vazão será desviada para o reservatório.

2.1 Tipos de Pressão, Unidades de Pressão e Outras Grandezas Pressão atmosférica: É o peso da coluna de ar da atmosfera em 1 cm2 de área Pressão relativa: É a pressão registrada no manômetro Pressão absoluta: É a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica Para melhor compreender as leis e o comportamento dos fluidos, devemos considerar as grandezas físicas e sua classificação nos sistemas de medidas, sendo adotado nesta apostila o Sistema Internacional de Medidas, abreviadamente “SI”.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO UNID ADES UNIDADES FUND AMENT AIS DO FUNDAMENT AMENTAIS SISTEMA INTERNA CIONAL INTERNACIONAL

TABELA 3.1: Unidades fundamentais do Sistema Internacional

3.1 Conversão das Principais Unidades de Pressão A utilização da tabela de conversão de unidades de pressão consiste em tomar o valor do módulo da unidade conhecida na coluna e multiplicar pelo valor da unidade solicitada na linha.

TABELA 3.2: Conversão das principais unidades de pressão

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3.2 Unidades de Pressão mais Utilizadas em Sistemas Hidráulicos

TABELA 3.3: Unidades de pressão mais utilizadas no sistema hidáulico

Exemplo: A pressão atmosférica ao nível do mar corresponde aproximadamente a uma coluna de água com 10,13 metros de altura.

3.3 Principais Unidades de Capacidade ou Volume

TABELA 3.4: Principais unidades de capacitação ou volume

Exemplo: 1 m³ = 35,3147 ft3

3.4 Principais Unidades de Força

TABELA 3.5: Principais unidades de força

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3.5 Principais Unidades de Vazão

TABELA 3.6: Principais unidades de vazão

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CAPÍTUL O CAPÍTULO COMPOSIÇÃO DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS Os sistemas hidráulicos compõem-se das seguintes etapas: transmissão

transmissão GERAÇÃO

CONTROLE

ATUADORES

A geração é constituída pelo reservatório, filtros, bombas, motores, acumuladores entre outros acessórios. O controle é constituído por válvulas controladoras de vazão, pressão e direcionais. No sistema de atuação encontram-se os atuadores, que podem ser os cilindros, osciladores e motores.

4.1 Posição do reservatório O reservatório de fluido poderá ser montado em duas posições com relação à bomba:

FIGURA 4.1: Posição do reservatório em relação à bomba FONTE: SENAI. SP, p.17

Se o nível de óleo é de 30 dm acima da bomba, a pressão na entrada da bomba é igual a 30dm. 0,96 Kgf/dm3 = 27 Kgf/dm2 = 0,27 Kgf/cm2, a bomba esta sendo alimentada com uma pressão positiva. Se o nível de óleo é de 30 dm abaixo da bomba, o mecanismo da bomba gera um vácuo na sua entrada para sucçionar o óleo. O vácuo gerado é igual a 30dm. 0,96 Kgf/dm3 = 27 Kgf/dm2 = 0,27 Kgf/cm2.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO SIMBOL OGIA / RESUMO SIMBOLOGIA Símbolos gráficos mais utilizados para componentes de sistemas hidráulicos são:

TABELA 5.1: Linhas de fluxo

TABELA 5.2: Símbolos funcionais

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TABELA 5.3: Fontes de energia

TABELA 5.4: Válvulas direcionais

TABELA 5.5: Métodos de acionamento HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.6: Válvulas controladoras de vazão

TABELA 5.7: Válvula de retenção

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TABELA 5.8: Válvula reguladora de pressão

TABELA 5.9: Reservatório

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TABELA 5.10: Bombas

TABELA 5.11: Motores

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TABELA 5.1: Cilindros

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TABELA 5.1: Instrumentos e acessórios

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CAPÍTUL O CAPÍTULO BOMBAS HIDRÁULICAS Bombas hidráulicas são componentes utilizados para fornecer vazão ao sistema, fornecendo energia necessária ao fluido.

6.1 Tipos 6.1.1 Bomba de Deslocamento Não Positivo Nestas bombas não existe vedação entre a entrada e a saída; um pequeno aumento da pressão reduz a vazão na saída. Exemplo: Bombas centrífugas que possuem fluxo radial. Existe também as que possuem fluxo axial, são constituídas por uma hélice rotativa.

FIGURA 6.1, 6.2 e 6.3: Bombas hidráulicas FONTE: VICKERS, 1983 p.11-1

6.1.2 Bomba de Deslocamento Positivo Bomba de Engrenagens

FIGURA 6.4: Bombas de engrenagens FONTE: RACINE, 1981 p.130

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Princípio de Funcionamento das Bombas de Engrenagem Com o desengrenamento das engrenagens motora e movida, o fluido é conduzido da entrada para a saída nos vãos formados pelos dentes das engrenagens e as paredes internas da carcaça da bomba; com o reengrenamento das engrenagens, o fluido é “espremido” e forçado para a saída. Características: Possuem construção bem simples, pois existem, normalmente, somente duas peças móveis; São de fácil manutenção; São de vazão fixa; Preço mais baixo em relação aos outros tipos de bombas; Pressão de operação até 250 Kgf/cm²; Rendimento de 80 a 85%; Elevado ruído (reduzido nas bombas de engrenagens helicoidais); Tolerância à impurezas maior que as demais bombas.

Bomba de engrenagens internas

FIGURA 6.5: Bombas de engrenagens internas FONTE: RACINE, 1981 p.132

Bomba de Engrenagens Helicoidais

FIGURA 6.6: Bombas de engrenagens espinha de peixe FONTE: RACINE, 1981 p.131

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6.1.3 Bombas de Palhetas Características:

Construção simples, porém possui maior número de peças mó veis. (Palhetas); São de fácil manutenção; Podem ser de vazão fixa ou variável; Pressão de trabalho: até 210 kg/cm² para bombas de anel elíptico (Balanceadas); 70 kg/cm² para bombas autocompensadoras; Rendimento 75 a 80%; Baixo ruído; Pouca tolerância às impurezas. Tipos: De Vazão Fixa (Balanceada)

FIGURA 6.7: Bombas de vazão fixa FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.40

De Vazão Variável com Compensação de Pressão

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FIGURA 6.8, 6.9 e 6.10: Bombas de vazão variável com compensação de pressão FONTE: RANCINE, 1981 p.137

6.1.4 Bombas de Pistões Características

Possuem construção muito precisa; São de difícil manutenção; Podem ser de vazão fixa ou variável (variável somente as de pis-

tões axiais);

Pressão de operação até 700 Kg/cm²; São as que têm melhor rendimento que gira em torno de 95%; Baixo ruído; São as que menos toleram impurezas.

Tipos

FIGURA 6.11: Bombas de pistões axiais de eixo inclinado ou desalinhado FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.56

FIGURA 6.12: Bombas de pistões radiais FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.46 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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FIGURA 6.13: Bombas de pistões axiais de placa ou disco inclinado FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.52

6.2 Montagem e Instalação de Bombas Bombas em série - quando a bomba hidráulica tem baixo poder de sucção instala-se uma bomba auxiliar (bomba de carga) cuja função é alimentar a bomba principal.

FIGURA 6.14: Bombas em série

Bombas em paralelo - São utilizadas em casos onde se necessita de duas velocidades em atuadores, uma rápida e outra lenta. O rápido com pouca força e o lento com grande força, se aplica também em casos de sistemas com circuitos independentes.

FIGURA 6.15: Bombas em paralelo

B1 = Bomba número 1 Q1= Baixa vazão P1 = Alta pressão

B2 = Bomba número 2 Q2 = Alta vazão P2 = Baixa pressão.

Sistema com vazão Q1 + Q2, a pressão é menor que P2. Sistema com pressão maior que P2, vazão do sistema igual a Q1 até atingir a pressão P1.

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FIGURA 6.16: Exemplo de aplicação de bombas de pistões radiais

6.2.1 Cuidados na instalação de bombas Como qualquer equipamento elétrico ou mecânico, requer uma série de cuidados para garantir uma vida útil mais longa. Para isso, devemos alinhar corretamente o motor de acionamento à bomba, tanto no sentido axial no como angular. Indicado a utilização de acoplamentos flexíveis, porque, mesmo com instrumentos de precisão sempre haverá um pequeno desalinhamento. O sentido de rotação e a escorva (preencher a bomba) deverá ser observado com atenção, pois se instalado com rotação contraria e sem óleo irá aquecer rapidamente, levando a inutilização da mesma.

6.2.2 Cavitação Entende-se por cavitação a formação temporária de espaços vazios ou bolhas, devido a quedas de pressão no fluido, chegando a ponto de vaporização. Com aumento da pressão as bolhas desfazem-se repentinamente, implodindo e cavando material das superfícies (estalando como pipocas) que estava em contato com a bolha “Ocorre o efeito diesel”, além de interferir na lubrificação. Quando há cavitação, as medidas a ser tomadas são:

Verificar filtros e respiro do reservatório, se não estão entupi dos. Verificar se a viscosidade é a recomenda pelo fabricante; Verificar se as dimensões das linhas estão corretas; Escorvar (preencher) a bomba com óleo no princípio do funcio namento; Se a pressão barométrica está conforme especificação do fabri cante.

6.2.3 Aeração O fenômeno da aeração é similar ao da cavitação, inclusive seus efeitos sobre a bomba e demais componentes do sistema. A condição de aeração também é detectada pelo elevado ruído metálico. HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Sua causa, entretanto é distinta, ocorre em função da entrada de ar pela linha de sucção, e não em função da evaporação. Quando há aeração, as medidas a ser tomadas são:

Verificar as ligações entre os componentes da linha de sucção se estão bem vedadas; Evitar que a bomba arraste fluido com bolhas de ar do reservatório (pseudocavitação), por não estar associado com a pressão de vapor.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO VÁL VULAS DIRECIONAIS VÁLVULAS Válvulas direcionais são responsáveis pelo direcionamento do fluido. Suas características principais são:

Nº de posições: contadas a partir do nº de quadrados da simbologia.

Nº de vias: contadas a partir do nº de tomadas que a válvula possui. (em apenas uma posição).

Tipos de acionamento: Pode ser manual ou automático:

Tipo de centro: podem ser aberto ou fechado.

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As vantagens do centro aberto são:

Menor desgaste da bomba; Menor aquecimento do óleo; Menor consumo de energia.

Exemplo de operação de uma válvula de carretel (Spool) deslizante:

FIGURA 7.1: Válvula carretel FONTE: RANCINE, 1981 p.174

7.1 Sobreposição das Válvulas Direcionais 7.1.1 Tipos Construtivos para Válvulas As válvulas direcionais, conforme aplicação, são válvulas de assento ou de corrediça (com êmbolo ou placas deslizantes).

FIGURA 7.2: Válvula direcional com êmbolo deslizante

Na hidráulica são predominantes as de êmbolo deslizante, para pressão até 300 bar. Porém, os êmbolos metálicos com o corpo da válvula apresentam uma folga de poucos microns (mm), mesmo assim, há ocorrência de vazamento interno da conexão de maior pressão para a de menor pressão. As válvulas direcionais de assento diferem fundamentalmente das válvulas de êmbolo, pela sua vedação isenta de vazamentos. Na ilustração abaixo, o elemento esférico representa uma válvula direcional de assento esfériHIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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co e o elemento cônico uma válvula direcional de assento cônico, ambas V.D 3/2 vias, que associadas representam uma V.D 4/2 vias.

FIGURA 7.3: Válvula direcional com assento esférico

Devido a uma força externa para vencer a força da mola, êmbolo superior estar mantendo a esfera encostada ao assento, como isto representado é V.D 4/2 vias, observamos que P esta para B e A esta para T. Se eliminarmos a força externa, a força da mola afastará a esfera, conseqüentemente P passará para A e no mesmo instante pilotará o elemento cônico permitindo que B passe para T. Sobreposição de Comando nas Válvulas Direcionais de Pistão Conforme o tipo de êmbolo de comando, ao serem comutadas as válvulas para uma outra posição de comando, as conexões são fechadas ou interligadas durante um determinado tempo. Isto é denominado de sobreposição positiva ou negativa de comando. A sobreposição positiva é onde todas as conexões fecham-se durante a comutação, por um pequeno tempo, formando CF, neste caso não existe perda de pressão, mas conseqüentemente existe o surgimento de golpes de comando por causa do pico de pressão.

FIGURA 7.4: Sobreposição positiva FONTE: Treinamento Hidáulico, REXROTH p.97

A sobreposição negativa é quando durante a comutação todas as conexões estão interligadas durante um pequeno tempo, formando um H, neste caso não temos a formação de golpes de comando e picos de pressão, mas há queda de pressão, onde se esvazia os acumuladores de pressão e se existir cargas podem descer.

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FIGURA 7.5: Sobreposição negativa FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.97

Solenóides - Nas válvulas direcionais os solenóides acionam o spool das válvulas direcionais possibilitando a passagem do fluxo.O solenóide consiste basicamente de três elementos: a armadura, o “T” ou martelo e a bobina. Quando passamos uma corrente elétrica na bobina é gerado um campo magnético que empurra o martelo para baixo que, por sua vez deslocará o carretel de direcional dando nova direção ao fluxo do fluído.

FIGURA 7.6: Esquema de solenóide FONTE: RANCINE, 1981 p.177

7.1.2 Tipos de solenóides

De corrente alternada (220V) - alta velocidade do núcleo, porém se este não chegar a final do curso queima-se rapidamente (1 a 1,5 hs para os imersos em óleo e 10 a 15 minutos para os secos). Há também solenóides com voltagem de 110 V. De corrente contínua (24V) - é mais lento que o anterior. Solenóide em banho de óleo - movimenta-se suavemente e deve ter preferência no caso de clima úmido ou ao ar livre.

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Solenóides em Eletroválvulas

TABELA 7.1: Solenóides em eletroválvulas

7.1.3 Válvulas Direcionais Pré-Operadas (Sanduíche de Válvulas) São válvulas de tamanho nominal grande e de elevada potência hidráulica (P. Q). Funciona da seguinte forma: Uma válvula pequena comandada por solenóides é acionada deslocando o spool o qual permite a passagem do óleo que irá para o êmbolo da válvula principal. Por esse motivo são chamadas de válvulas de duplo acionamento ou eletro-hidráulicas.

FIGURA 7.7: Válvula de duplo acionamento FONTE: REXROTH, 1983 p.106

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Exemplo prático:

FIGURA 7.8: Válvula direcional 4/3 vias, pré-acionadas por solenóides, acionada por pressão hidráulica, centrada por mola; de piloto e dreno interior

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CAPÍTUL O CAPÍTULO REGISTROS Os registros têm como função isolar parte do circuito hidráulico. São de acionamento demorado e cansativo na grande maioria, não podendo ser usados quando a resposta a um acionamento tem que ser rápida e precisa.

8.1 Tipos de registros

FIGURA 8.1, 8.2, 8.3 e 8.4: Registros FONTE: RANCINE, 1981 p.167-168

Simbologia

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CAPÍTUL O CAPÍTULO ATU ADORES LINEARES TUADORES Atuadores lineares são chamados de cilindros e tem como função transformar força, potência ou energia hidráulica em força, potência ou energia mecânica. A figura abaixo representa um cilindro de dupla ação.

FIGURA 9.1: Componentes do cilindro FONTE: RANCINE, 1981 p.73

Simbologia

9.1 Amortecimento do Fim de Curso nos Cilindros Hidráulicos Tem como função à frenagem ou desaceleração até a parada final, evitando o impacto no fim do curso. Este tipo de amortecimento faz parte dos cilindros que não podem ter impactos ao chegar no fim de curso, principalmente quando trabalha com velocidades elevadas, estes efeitos normalmente são prejudiciais ao sistema. HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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O amortecimento consiste de coxins junto ao êmbolo, que ao chegarem próximo do fim do curso encontrarão uma câmara reduzida, associado a uma válvula de estrangulamento para a regulagem, e mais uma válvula de retenção para facilitar o arranque do cilindro, conforme figura abaixo:

FIGURA 9.2 e 9.3: Amortecimento FONTE: RANCINE, 1981 p.116

9.2 Vedações para Cilindros e Demais Componentes Além das vedações estáticas entre as partes firmes ligadas, necessitase, no cilindro hidráulico, gaxetas dinâmicas entre as peças móveis, que devem ter boa vedação entre as partes, boa resistência ao desgaste e pouco atrito. Para selecionar a vedação dos elementos devemos verificar a compatibilidade com o fluido, a relação de pressão, o tipo de aplicação e a construção dos componentes. Juntas – Juntas são dispositivos para vedar superfícies planas. Os projetos mais antigos de flanges e válvulas montadas em sub-placas usam esse tipo de vedação. Atualmente os equipamentos hidráulicos usam com mais freqüência os anéis “O’ring” retentores torneados ou gaxetas de compressão. Os principais tipos de vedação para cilindros são:

Anéis de segmento - Este tipo de vedação também é comumente encontrado nos pistões dos motores a explosão. É excelente para a garantia de uma vida longa e aplicações de cargas instantâneas. Este tipo de vedação apresenta um bom rendimento, devido o baixo atrito, principalmente em cilindros que trabalham com altas velocidades e grandes pressões, conforme figura abaixo HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Anéis em V - São usados em grupos de 2,4 ou 6 anéis, de acordo com a pressão de trabalho. Em cilindros de dupla ação, são utilizados um jogo de cada lado do pistão. Para se determinar o número de anéis a ser utilizado, a regra é que para cada 45 bar, coloca-se um anel, levando em conta, sempre um número mínimo de dois anéis. Anéis Tipo Copo - Este tipo de vedação trabalha em faixa de pressão baixa, portanto mais usados em cilindros pneumáticos. Provavelmente, foi um dos primeiros a ser utilizados.

FIGURA 9.4: Anéis tipo “copo” FONTE: RANCINE, 1981 p.79-81

Anéis do Tipo O (“O” Ring) - É sistema de vedação simples, efetuada com um anel de borracha. Porém, com atrito elevado e causa danos ao anel quando submetido à pressão, é possível melhorar utilizando-se do sistema de Back up que consiste na colocação de dois anéis limitadores de teflon ou material similar, que evitam danos ao anel.

FIGURA 9.5: Anéis tipo O FONTE: RANCINE, 1981 p.79

Anéis U e Block V - Os anéis U são mais econômicos em relação ao tipo lábio de dupla ação. São originalmente de borracha e de fácil reposição, não necessitam de qualquer adaptador. Para sistemas que trabalham com pressões elevadas, recomenda-se a utilização dos anéis Block em V para obter um melhor rendimento.

Anéis Tipo Lábio de Dupla Ação – O anel de borracha sintética é colocada ao pistão e cargas laterais são evitadas pela adição de um prato guia. Tem funcionamento semelhante a anel tipo copo, trabalha em sistemas de baixa pressão.

FIGURA 9.6: Anéis tipo lábio de dupla ação FONTE: RANCINE, 1981 p.80-1 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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CAPÍTUL O CAPÍTULO ATU ADORES ROT ATIV OS TUADORES ROTA TIVOS Os atuadores rotativos têm como função transformar energia hidráulica em energia mecânica rotativa e apresentam construção semelhante à das bombas. Classificam-se em: a) Motor hidráulico

FIGURA 10.1: Comparação entre uma bomba e um motor de engrenagem FONTE: RANCINE, 1981 p.204

Simbologia

Os motores hidráulicos assim como as bombas possuem um limite para o volume de admissão (fluxo) máximo, bem como de uma pressão máxima de trabalho. Os componentes internos do motor trabalham submersos em óleo que

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é continuamente retirado por um dreno cujas funções são:

Lubrificar; Refrigerar; Impedir a entrada de ar.

b) Motores oscilantes ou osciladores São usados para transmitir movimento rotativo alternado com ângulo de rotação limitado. Tipos

Pinhão Cremadeira

FIGURA 10.2: Pinhão cremadeira FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.77

Motores Oscilantes ou Osciladores: São para transmitir movimento rotativo alternado co ângulo de rotação limitado

FIGURA 10.3: Motores oscilantes ou osciladores FONTE: RACINE, 1981 p.219

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Oscilador com Cilíndro

FIGURA 10.4: Osciladores com cilíndro FONTE: RACINE, 1981 p.220

Oscilador com Rosca Sem-Fim

FIGURA 10.5: Osciladores com rosca sem-fim FONTE: RACINE, 1981 p.220

Oscilador de Palheta

FIGURA 10.6: Osciladores de palheta FONTE: RACINE, 1981 p.219

Simbologia

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CAPÍTUL O CAPÍTULO VÁL VULA DE BL OQUEIO VÁLVULA BLOQUEIO São também chamadas válvula de retenção e bloqueiam a passagem do fluxo num sentido permitindo fluxo reverso livre. Tipos

Válvula de Retenção Simples

FIGURA 11.1: Válvula de retenção simples FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.81

Válvula de Retenção Pilotada Geminada

FIGURA 11.2: Válvula de retenção pilotada geminada FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.81

Válvula de Retenção Pilotada

FIGURA 11.3: Válvula de retenção pilotada FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.83 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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11.1 Válvula de pré-enchimento ou de sucção Quando um sistema requer cilindro de grandes dimensões usa-se válvula de preenchimento ou de sucção o que possibilita grandes vantagens ao sistema, sendo a principal, a maior velocidade à máquina.

FIGURA 11.4: Válvula de preenchimento ou de sucção FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.86

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CAPÍTUL O CAPÍTULO RESER VATÓRIO RESERV São recipientes onde o óleo é armazenado. Suas principais funções são:

Armazenar o fluido até que seja succionado pela bomba; Auxiliar na dissipação do calor; Permitir o assentamento das impurezas insolúveis.

Como regra geral o reservatório deve conter de duas a três vezes a vazão da bomba, isto é, deve garantir o fornecimento de óleo para a bomba por mais dois a três minutos mesmo que ocorra o rompimento da tubulação de saída da mesma. Os reservatórios podem ser:

Aberto: quando a pressão no interior do mesmo for igual a pressão atmosférica; Pressurizado: quando a pressão no interior do mesmo for maior que a pressão atmosférica.

12.1 Componentes do Reservatório

FIGURA 12.1: Componentes do reservatório FONTE: RANCINE, 1994 - 9a Edição, p.64

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Simbologia

12.2 Montagem das Linhas Para o perfeito funcionamento do sistema hidráulico é importante a observação do posicionamento das linhas de sucção e retorno.

FIGURA 12.2: Altura para montagem da linha de sucção FONTE: RANCINE, 1994 - 9a Edição, p.60

h = 1,5 x o diâmetro da sucção para evitar que o filtro fique exposto à parte livre do interior do reservatório quando em funcionamento. h1 = no mínimo 75mm acima do fundo do reservatório para evitar a sucção de impurezas depositadas no mesmo. A linha de retorno deve ficar aproximadamente no ponto médio do nível do fluido. Caso termine acima do nível causará a formação de espuma e se montado muito próximo do fundo poderá remexer as impurezas ali depositadas. Quando as linhas não possuírem filtros nas extremidades, devem ser cortadas a 45º e montadas para a parede do reservatório facilitando o fluxo normal do fluido. Bocal de enchimento com filtro: Tem a finalidade de impedir a entrada de impurezas quando da alimentação de fluido e durante a operação, pois o nível de fluido diminui e ocorre a entrada de ar no reservatório.

FIGURA 12.3: Bocal de enchimento com filtro FONTE: REXROTH, p.166

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12.3 Chicanas São paredes (verticais ou horizontais) montadas no interior do reservatório cujas funções são:

Evitar turbulência do fluido no tanque; Permitir o assentamento de materiais insolúveis; Auxiliar na dissipação de calor.

Tipos Chicana horizontal: usada em reservatórios de altura limitada para evitar a entrada de ar na bomba através do redemoinho (vórtice) que se forma quando a bomba entra em funcionamento.

FIGURA 12.4: Chicana horizontal FONTE: RACINE, 1994 - 9a Edição, p.61

Chicana vertical: usada em reservatórios de maior profundidade. Note que o percurso percorrido pelo óleo no interior do reservatório seria bem menor se não houvesse as chicanas.

FIGURA 12.5: Chicana vertical FONTE: RACINE, 1994 - 9a Edição, p.62

Magnetos: são ímãs estrategicamente posicionados nas paredes do reservatório para retirar do fluido as partículas metálicas. Respiros: são necessários para permitir a entrada de ar da atmosfera mantendo a pressão interna nos reservatórios abertos.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO FL UIDOS HIDRÁULICOS FLUIDOS O fluido hidráulico é o elemento mais importante na durabilidade dos componentes dos sistemas hidráulicos uma vez que ele circula por todo o sistema contaminando-o e atingindo a todos os pontos do mesmo. Um bom fluido hidráulico, com uma filtragem bem apurada contribuirá sobremaneira para o aumento na vida útil dos componentes. As principais funções dos fluidos hidráulicos são: Transmitir energia: a energia sofre diversas transformações até ser transformada em energia hidráulica que será transmitida pelo fluido e novamente transformada em energia mecânica através da realização de trabalho.

FIGURA 13.1: Fluido hidráulico transmitindo energia FONTE: VICKERS, 1980 - 6a Edição, p.1-123 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Lubrificar e vedar partes móveis: o fluido deve possuir a características de ser bom lubrificante, pois os componentes dinâmicos necessitam ser lubrificados durante o funcionamento.

FIGURA 13.2: Fluido hidráulico como lubrificante das partes móveis FONTE: VICKERS, 1994 - 12a Edição, p.3-1

Resfriar ou dissipar calor: através do fluido, o calor é conduzido às paredes do reservatório e destas, para a atmosfera.

FIGURA 13.3: A troca de calor através do fluido hidráulico FONTE: VICKERS, 1994 - 12a Edição, p.3-2

13.1 Principais Fluidos Hidráulicos Óleos minerais - São os fluidos hidráulicos derivados do petróleo; embora o petróleo não seja um minério são chamados de minerais para diferenciálos dos óleos vegetais e demais óleos industriais. Óleos sintéticos - São óleos produzidos para atender a determinadas condições e especificações as quais os óleos minerais não atendem. Fluidos resistentes ao fogo - São combinações de óleo mais água de modo que não propaguem fogo em caso de incêndio; não significa dizer que não queimem e sim que não dispersam o fogo em sua superfície como ocorre com os óleos lubrificantes.

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A compressibilidade dos fluidos hidráulicos em geral é de 0,5% na pressão de 70 Kgf/cm². Para sua utilização há necessidade de ficar atento quanto a:

Nunca se deve misturar dois fluidos de fabricantes diferentes, pois os aditivos podem reagir entre si deteriorando o óleo e envelhecendo-o precocemente; A limpeza do sistema deve ser bem feita, pois testes precisos revelaram que 10% do óleo “velho” deixado no interior do sistema reduz 70% das qualidades do óleo novo; Não utilizar método de somente completar o nível; Quando o fluido hidráulico ficar parado pelo período aproximado de dois meses após ter sido usado convém substituí-lo; O tipo de óleo bem como o período da troca são recomendados pelo fabricante; Para determinar precisamente as condições de um fluido (grau de oxidação e quantidade de contaminantes) devem ser realiza dos testes de laboratórios; Existem formas de se fazer um controle rotineiro na própria máquina durante a operação; isto tem permitido a prorrogação da data da troca. Alguns fabricantes prestam esse tipo de serviço; Guarde o óleo sempre em recipientes limpos e protegidos contra as intempéries; Mantenha as tampas dos recipientes hermeticamente fechadas.

13.1.1 Propriedades do Fluido Viscosidade Viscosidade é a resistência do fluido a escoar, ou seja, uma medida inversa da fluidez. Se um fluido escoa facilmente, sua viscosidade é baixa. Pode-se dizer que o fluido é fino ou pouco encorpado. Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade, é grosso ou muito encorpado, por isso é importância o controle de sua viscosidade.

13.1.2 Importância do Controle da Viscosidade A viscosidade para os equipamentos hidráulicos é de importância fundamental: Para qualquer máquina hidráulica, a viscosidade efetiva do fluido deve ser um compromisso. É desejável uma alta viscosidade para manter a vedação entre superfícies justapostas. Entretanto, uma viscosidade muito alta aumenta o atrito, resultando no seguinte:

Alta resistência ao fluxo; Aumento do consumo de energia devido a perdas por atrito; Aumento da temperatura causada pelo atrito; HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Maior queda de pressão devido à resistência (aumento da perda de carga). Possibilidade de operação vagarosa (velocidade reduzida); Dificuldade da separação do ar do óleo.

Se a viscosidade for baixa demais:

Os vazamentos internos aumentam; Gasto excessivo ou talvez engripamento, sob carga pesada, de vido à decomposição película de óleo entre as peças móveis; Pode reduzir o rendimento da bomba, com uma operação mais lenta do atuador; Aumento de temperatura devido a perdas por vazamentos.

13.1.3 Métodos para definição da viscosidade Alguns métodos para definir a viscosidade em ordem de exatidão decrescente são: Viscosidade Absoluta (Poise); Viscosidade cinemática em centistokes; viscosidade relativa em S.U.S e SAE.

Viscosidade relativa S.U.S.

Para efeito prático, na maioria dos casos a viscosidade relativa já é suficiente. Determina-se a viscosidade relativa cronometrando-se o escoamento de uma dada quantidade de fluido, através de um orifício calibrado, a uma determinada temperatura. Há vários métodos em uso. O método, mas aceito é o do Viscosímetro de Saybolt, que mede o tempo em que determinada quantidade de líquido escoa através de um orifício. A viscosidade em Saybolt Universal Seconds (SUS) é igual ao tempo gasto (em segundos) para este escoamento. Obviamente, um líquido espesso escoará mais lentamente, e a viscosidade SUS será mais alta do que para um líquido fino, que escoará mais rápido. Como o óleo é mais espesso a baixa temperatura e mais fino quando aquecido, a viscosidade deve ser representada como tantos SUS naquela temperatura. Geralmente, os testes são feitos a 100ºF (37,5ºC) e 212ºF (100ºC). Para as aplicações industriais, as viscosidade de óleo hidráulico geralmente estão na vizinhança de 150 SUS a 100ºF (37,5ºC). É uma regra geral que a viscosidade dos fluidos hidráulicos nunca deve estar abaixo de 45 SUS ou acima de 4.000 SUS, independentemente da temperatura. Onde se encontram temperaturas extremas, o fluido deve ter um alto índice de viscosidade (IV).

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FIGURA 13.4: Viscosímetro de Saybolt FONTE: RACINE, 1994 - 9a Edição, p.51

Número SAE

Os números SAE foram estabelecidos pela Sociedade Americana dos Engenheiros Automotivos para especificar as faixas de viscosidade SUS do óleo às temperaturas de testes SAE. Os números de inverno (5W, 10W, 20W) são determinados pelos testes a 0ºF (-17ºC). Os números para óleo de verão (20, 30, 40, 50, etc.) designam a faixa SUS a 212ºF (100ºC).

Viscosidade ISO VG

O sistema ISO estabelece o número médio para uma determinada faixa de viscosidade cinemática (cSt) a temperatura de 40° C. Outra unidade de viscosidade usada em alguns países é o grau Engler (°E). Existem ainda outras unidades, porém não vemos como necessário estudarmos no nosso contexto. Usando a tabela seguinte podemos converter um valor qualquer de unidade de viscosidade em outra unidade bastando para isto usar uma régua trabalhando com a mesma na horizontal e fazendo a leitura nas diferentes escalas.

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TABELA 13.1: Tabela de conversão de viscosidade

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Índice de Viscosidade – IV

O índice de viscosidade é uma medida relativa da mudança de viscosidade de um fluido como conseqüência das variações de temperatura. Um fluido que tem uma viscosidade relativamente estável a temperaturas extremas, tem um alto índice de viscosidade (IV). Um fluido que é espesso quando frio e fino quando quente, tem um baixo IV. A tabela abaixo mostra uma comparação entre um fluido de IV 50 e um de IV 90. Compare essas viscosidades efetivas em 3 temperaturas:

TABELA 13.2: Comparação entre dois índices de viscosidade diferentes

A 37°C as viscosidades são iguais; 100°C as viscosidades são aproximadas, porém a -17°C elas são bem diferenciadas. O óleo com IV mais alto sofre menor alteração na viscosidade.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO FIL TROS FILTROS Tem a função de reter as partículas insolúveis do fluido. Os filtros, bem como os elementos filtrantes podem ser de diversos tipos e modelos. É recomendável que o filtro seja dimensionado para permitir a passagem do triplo da vazão do sistema. Se um determinado filtro comercial não suporta a vazão máxima de um sistema pode-se montar dois ou mais deles em paralelo.

14.1 Tipos de Filtros Quanto à Posição de Montagem Filtro de sucção: Chamamos assim para os filtros montados entre o reservatório e a bomba. (A algum tempo atrás se usava filtros de 130/150 mm, hoje o padrão já é de 60mm para filtragem na sucção e a tendência é reduzir ainda mais.).

FIGURA 14.1: Filtro de sucção FONTE: REXROTH, p.164

Filtro de pressão: São os filtros montados antes de alguns componentes que requeiram um grau de filtragem mais apurado como: servo-válvulas, motores de pistões axiais, válvulas proporcionais, entre outros. (01 a 10 mm).

FIGURA 14.2: Filtro de pressão FONTE: REXROTH, p.165 HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Filtro de retorno: são os filtros montados na linha de retorno do fluido para o reservatório.(20 a 40 mm).

FIGURA 14.3: Filtro de retorno FONTE: REXROTH, p.165

Filtro com indicadores de impurezas: São filtros que possuem um sistema de visualização de modo a facilitarem a manutenção; uma vez saturado o elemento filtrante os técnicos visualizam facilmente essa saturação.

FIGURA 14.4: Filtro de retorno com indicador óptico (mecânico) de saturação

A medida que o fluido passa pelo filtro e as impurezas vão se acumulando no elemento filtrante, a dificuldade de passagem faz a pressão na linha aumentar e isso causa o deslocamento do êmbolo; a extremidade do êmbolo está ligada a um dispositivo colorido que mostra, dependendo da condição do elemento filtrante, uma determinada cor no visor do mesmo.

FIGURA 14.5: Filtro de retorno com indicador eletro-óptico de saturação

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Semelhante ao anterior, porém, aqui o deslocamento do êmbolo irá acionar um contato elétrico que emitirá um sinal de comando podendo, por exemplo, acender uma lâmpada ciclicamente ou acionar um dispositivo sonoro. A válvula de retenção que aparece montada ao lado do filtro (montagem em by pass) tem a função de permitir a passagem do fluido quando ocorrer à saturação do elemento filtrante. É importante que se observe à pressão de abertura dessa retenção para cada tipo de filtro. Esse dado é fornecido em catálogos de fabricantes. O by pass normalmente acompanha o elemento filtrante. Pela posição de montagem da válvula de retenção em by pass identifica-se facilmente o tipo de filtro.

14.1.1 Materiais dos Elementos Filtrantes Os materiais mais comumente utilizados na fabricação de elementos filtrantes são:

Tela metálica – Feita de aço inoxidável; Papel - Os filtros de papel filtram bem, porém não podem ser lavados; Fibra metálica – Apresenta algumas vantagens como segue: Boa capacidade de absorção; Longa vida útil; Independente da temperatura; Admite grande diferença de pressão.

A figura seguinte mostra alguns tipos de elementos filtrantes.

FIGURA 14.6: Exemplos de materiais filtrantes FONTE: REXROTH, p.164

Elementos filtrantes de diversos materiais, como, da esquerda para a direita: tela metálica, papel, fibra metálica.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO VÁL VULAS VÁLVULAS CONTROLADORAS DE VAZÃO (FL UX O) (FLUX UXO) As válvulas controladoras de vazão são utilizadas para influenciar na velocidade de movimento dos atuadores, variando-se a área da seção transversal de passagem do fluido. A área do orifício e o elemento controlável são responsáveis pelo controle, mas existem outros fatores que afetam o controle da velocidade, como o diferencial de pressão e a viscosidade do fluido, portanto, estes fatores merecem cuidados quando o movimento exigido for de precisão. Seus principais tipos são: Válvulas controladoras de vazão sem compensação de pres são - Este tipo é o mais simples que existe para controle de vazão, conhecidas como redutoras de vazão, podem ser comparadas a uma torneira comum, pois controlam restringindo ou aumentando a passagem do fluido em seu interior. Com a mesma secção transversal varia a vazão em função da alteração da pressão no local do estrangulamento. Os elementos controladores e assento variam na sua forma de projeto para projeto como podemos verificar:

FIGURA 15.1: Orifícios para regulagem de vazão FONTE: RACINE, 1981 p.190

Estas válvulas controlam nos dois sentidos, sendo válvulas de controle bidirecionais, mas se acrescentarmos uma retenção em paralelo passam a ser válvulas de controle unidirecional, um único sentido.

Válvula controladora bidirecional e tipos de elementos con-

troladores

FIGURA 15.2: Válvulas reguladoras de vazão bidirecional FONTE: SENAI - CTAI

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Válvulas redutoras de vazão com retenção (controle unidirecional)

FIGURA 15.3: Válvula reguladora de vazão unidirecional FONTE: RACINE, 1981 p.191

Válvula controladora de vazão com compensação de pressão

FIGURA 15.4: Válvulas reguladoras de vazão unidirecional, montagem em bloco e em linha FONTE: RACINE, 1977 p.191

Com a mesma seção do estrangulamento a vazão permanece constante, independente da diferença de pressão na válvula controladora de vazão. Estas válvulas são utilizadas em sistemas hidráulicos que necessitam de controle rigoroso da velocidade nos atuadores. A vazão em uma seção de estrangulamento para um fluxo laminar é calculada de acordo com a seguinte equação:

Onde:

Q = Vazão; A = Área da seção do estrangulamento; P = Perda de pressão (Diferença de pressão entre A e B) = Coeficiente de fluxo; = Densidade do fluido; = Coeficiente de resistência (atrito); L = Comprimento do estrangulamento; = Viscosidade; V = Velocidade do fluxo;

dH = Diâmetro hidráulico =

, onde U é o perímetro da seção.

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O valor para o coeficiente de fluxo (j) depende da configuração do estrangulamento; para cálculo podemos tomar entre 0,6 a 0,9. Obs: Para a utilização prática no nosso caso, é importante saber que a vazão é proporcional a diferença de pressão, pois a pressão é a energia propulsora. Válvulas reguladoras de fluxo de 2 vias - Estas válvulas possuem um estrangulamento (redutora de fluxo), um êmbolo compensador mais uma mola calibrada para manter um diferencial de pressão (DP) constante no estrangulamento. Estas válvulas para perfeitamente para trabalharem perfeitamente necessitam de uma pressão mínima de trabalho.

FIGURA 15.5: Construção tipo “A” estreitamento antes do compensador FONTE: SENAI - CTAI

FIGURA 15.6: Construção tipo “B” estreitamento depois do compensador FONTE: SENAI - CTAI

Explicações e provas matemáticas de como o balanceamento da pressão compensa as flutuações de pressões e mantém constante a vazão, estas flutuações podem ocorrer na entrada P1 e na saída P3: Na construção tipo “A”, pelo lado direito a pressão P1, atua sobre a área do êmbolo A1, o produto da pressão e da área resulta numa força F1. Do lado esquerdo a pressão P2, atua sobre a outra área do êmbolo A2, resultando uma força, que somado a força da mola calibrada Fm, que é praticamente HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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constante devido ao seu pequeno curso, originam a força F2. As forças atuantes sobre o êmbolo de regulagem, devem estar em equilíbrio. F1 = F2 P1 . A1 = P2. A2 + Fm te.

Como a Fm e A1 são constantes, a diferença P1 e P2 devem ser constanP1 - P2 = DP = constante.

Quando há flutuação da pressão na saída, no caso, aumento da pressão P3, instantaneamente há um aumento de P2, aumentando a força F2 que desloca o êmbolo para aumentar o orifício do estrangulamento entre P2 e P3. No caso de queda de pressão P3, instantaneamente reduz P2 que por conseqüência reduz a força F2, havendo deslocamento do êmbolo que reduz o orifício do estrangulamento.

Quando há flutuação da pressão na entrada, no caso, aumento de pressão P1, a forca F1 aumenta, provocando o deslocamento do êmbolo reduzido o estrangulamento. Com a queda de P1, ocorre o inverso. Na construção tipo “B”, o líquido sob pressão P1, passa pelo estrangulamento formado pelo êmbolo compensador, passando pelo estrangulamento da agulha, no qual passa a vazão ajustada. A mola e o êmbolo constituem um balanceamento de pressão, que mantém constante a vazão independente das respectivas pressões de entrada e de saída.

Quando há flutuação da pressão na saída, no caso, aumento da pressão P3, instantaneamente há um aumento da força F2 que desloca o êmbolo para aumentar o orifício do estrangulamento entre P1 e P2. No caso de queda de pressão P3, instantaneamente reduz F2, provocando deslocamento do êmbolo reduzindo o orifício do estrangulamento entre P1 e P2; Quando há flutuação da pressão na entrada, no caso, aumento de pressão P1, aumenta também P2 que conseqüentemente aumenta forca F2, provocando o deslocamento do êmbolo reduzido o estrangulamento entre P1 e P2. Com a queda de P1, ocorre o inverso.

É conhecido o fato de que a variação da temperatura no fluido influencia na viscosidade e conseqüentemente na vazão, para as válvulas controladoras de vazão compensarem este diferencial de vazão, devido à viscosidade, utiliza-se sistemas compensadores de temperatura, um deles é o princípio do canto vivo ou sharp-edge, experimentalmente demonstrou-se eficiente, quando observado a relação entre o comprimento do orifício e o seu diâmetro menor que 1. HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Existem também outras maneiras de compensar a temperatura, aproveitando a diferença de dilatação térmica de certos metais.

15.1 Controlar Velocidade dos Atuadores Para controlar a velocidade dos atuadores existem três maneiras distintas de se utilizar uma válvula controladora de vazão. Elas podem ser montadas na entrada, na saída ou em desvio tipo sangria.

Na Entrada é quando controlamos, através de uma válvula reguladora de fluxo, o fluido que entra no atuador. Este método é utilizado quando a carga resiste ao movimento do atuador;

Pela Saída é quando controlamos, através de uma válvula de reguladora de fluxo, o fluido que sai do atuador. Este método é utilizado quando a carga tende a fugir do atuador, é recomendado também para os casos onde existem vazios durante o movimento e não se deseja a interferência no funcionamento de válvulas de seqüência e pressostatos;

Dois métodos estudados podem também ter a válvula montada antes da direcional, com isto teremos o controle do fluxo nos dois sentidos e não de forma independente.

Em Desvio é quando controlamos a velocidade do atuador, através de uma válvula reguladora de fluxo, colocando parte do fluxo para tanque. Este método é utilizado onde a carga é constante.

FIGURA 15.7: Método de controle de fluxo: na entrada, na saída e em desvio

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15.1.1 Exemplo de Circuito Hidráulico Industrial com Duas Velocidades de Avanço

FIGURA 15.8: Exemplo de circuito com duas velocidades de avanços rápido e lento

15.1.2 Exemplo de Circuito Hidráulico Industrial com Três Velocidades de Avanço

FIGURA 15.9: Exemplo de circuito com três velocidades de avanço

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CAPÍTUL O CAPÍTULO VÁL VULAS VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO As válvulas reguladoras de pressão controlam a pressão do sistema. A maioria é de posicionamento infinito, ou seja, pode assumir diversas posições desde totalmente aberta até totalmente fechada. Podem ser:

Válvula de alívio ou limitadoras de pressão (segurança); Válvula de descarga; Válvula de seqüência; Válvula redutora de pressão; Válvula de contrabalanço, entre outras.

16.1 Princípio Básico de Funcionamento das Válvulas Reguladoras de Pressão

FIGURA 16.1: Princípio de funcionamento das válvulas reguladoras de pressão FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.113

A pressão de trabalho age contra um elemento de vedação (POPPET) que é mantido pressionado contra a sede por meio de uma mola. Quando a pressão de trabalho for maior do que a força da mola o poppet se afasta da sede deslocando o excesso de vazão que ocasiona a elevação da pressão ao tanque.

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Válvula de alívio - regula a pressão máxima do sistema. Pode ser de ação direta ou indireta.

FIGURA 16.2: Válvula de alívio FONTE: RACINE, 1981 p.153

Válvula de descarga - descarrega o sistema numa pressão menor que válvula de alívio

FIGURA 16.3: Válvula de descarga FONTE: RACINE, 1981 p.153

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Circuito com bombas em paralelo, com aplicação de válvula de alívio e válvula de descarga.

FIGURA 16.4: Exemplo de circuito com duas velocidades, utilizando duas bombas em paralelo

Exemplo de aplicação de uma bomba de pistões radiais

FIGURA 16.5: Exemplo de circuito utilizando bombas de pistões radiais

Válvulas de seqüência - São usadas no sistema para determinar uma seqüência de movimentos entre dois atuadores. Simbologia

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16.1.1 Válvula de seqüência de ação direta

FIGURA 16.6: Princípio de funcionamento da válvula de seqüência FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.118

Circuito Hidráulico Seqüêncial

FIGURA 16.7: Cicuito hidráulico seqüêncial

Circuito Regenerativo Seqüêncial

FIGURA 16.8: Circuito regenerativo seqüêncial

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16.1.2 Válvula Redutora de Pressão Tem como função reduzir a pressão em determinadas partes do circuito. Símbolo – Válvula Redutora de Pressão com Retenção Integral

FIGURA 16.9: Válvula redutora de pressão FONTE: RANCINE, 1977 p.173

16.1.3 Válvula Redutora de Pressão de Operação Direta

FIGURA 16.10: Válvula redutora de pressão de operação direta FONTE: Treinamento hidráulico, REXROTH p.122

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16.2 Ventagem e Controle Remoto Fazer a ventagem de um sistema hidráulico é despressurizá-lo por meio de uma conexão ligada na câmara de ventagem da válvula de alívio. Símbolo

FIGURA 16.11: Válvula reguladora de pressão com válvula para ventagem acoplada FONTE: RACINE p.117

É possível ainda conectar esta conexão à outra válvula de alívio a fim de se controlar a pressão remotamente. Exemplo de ventagem e controle remoto

FIGURA 16.12: Controle de pressão remoto. Posição central da válvula direcional

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Com os solenóides a e b desativados temos a ventagem do sistema

FIGURA 16.13: Controle de pressão remoto, solenóide “b” energizado

Acionando-se o solenóide “b”, a pressão do sistema será controlada remotamente através da válvula E.

FIGURA 16.14: Controle de pressão remoto, solenóide “a” energizado.

Ativando-se o solenóide “a”, a pressão do sistema será controlada através da válvula C.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO ELEMENTO LÓGICO É um elemento versátil, pois pode ser usado como:

Válvula direcional; Válvula reguladora de vazão; Válvula de retenção simples ou pilotada; Válvula reguladora de pressão; entre outras funções combina-

das.

FIGURA 17.1: Príncipio de funcionamento do elemento lógico FONTE: Treinamento hidráulico, REXROTH, p.87

Características

Não apresenta vazamentos; Possui rapidez nas respostas; Pode trabalhar lentamente; Possui comandos suaves; É versátil; Possui vários tamanhos.

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17.1 Alguns Exemplos de Aplicação

FIGURA 17.2: Retenção de A para B

FIGURA 17.3: Retenção de B para A

FIGURA 17.4: Possibilidade de comando por B

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FIGURA 17.5: Possibilidade de comando por A

FIGURA 17.6: Possibilidade de comando por A e B

FIGURA 17.7: Válvula de retenção pilotada

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FIGURA 17.8: Integração entre válvula direcional e válvula de retenção

Limitando-se a elevação do cone principal o elemento lógico passa a exercer a função de uma válvula reguladora de vazão.

FIGURA 17.9: Retenção em uma direção e controle de fluxo no sentido contrário

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FIGURA 17.10: Integração entre válvula direcional e reguladora de vazão

FIGURA 17.11: Dupla retenção

FIGURA 17.12: Válvula limitadora de pressão

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Exemplo de aplicação de elementos lógico.

FIGURA 17.13: Exemplo de circuito com aplicação de elementos lógicos

Seqüência de funcionamento elétrico: Posição de repouso: S1, S2 e S3 desligados. Avanço: S2 e S3 ligados Retorno: S1 e S3 ligados.

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CAPÍTUL O CAPÍTULO TROCADOR DE CAL OR CALOR São dispositivos utilizados para refrigerar óleo com objetivo de manter sua viscosidade constante. Refrigeram o sistema hidráulico. Seus principais tipos são:

18.1 Trocador de Calor a Ar

FIGURA 18.1: Trocador de calor a ar FONTE: RACINE, 1981 p.260

18.2 Trocador de Calor a Água

FIGURA 18.2: Trocador de calor a água FONTE: RACINE, 1981 p.262

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CAPÍTUL O CAPÍTULO ACUMULADORES

Os acumuladores armazenam certo volume de fluido sob pressão para fornecê-lo ao sistema quando necessário. Podem cumprir ainda as seguintes funções:

Como equipamento auxiliar de emergência; Como amortecedor de pancadas hidráulicas; Para aumentar a velocidade de um atuador; entre outras.

Tipos De peso, de mola, de pistão, de membrana e de bexiga.

FIGURA 19.1: Tipos construtivos de acumuladores FONTE: Treinamento hidráulico, REXROTH, p.260

Simbologia

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19.1 Comentário sobre Acumuladores Destes acumuladores, os de peso e de mola são pouco aplicáveis na indústria, os mais aplicáveis são os que utilizam o gás nitrogênio. O nitrogênio é utilizado, devido as suas características de estabilidade com relação a pressão, ser inerte, não oferecer perigo de explosão e não atacar os diversos tipos de elastômeros. Quando há necessidade de acumular grandes quantidades de óleo 15 a 80 litros, utilizam-se acumuladores de êmbolo. O êmbolo móvel que se desloca livremente ao logo da camisa, é o elemento que separa que separa o óleo do gás nitrogênio. Para volumes menores de 1 a 30 litros, utilizam-se acumuladores flexíveis ou elásticos de bexiga e a energia é acumulada pelo gás nitrogênio dentro da mesma. A bexiga é um balão de borracha, colocado no interior de um recipiente de aço com formato cilíndrico e extremidades arredondadas. Estes acumuladores se caracterizam por possuírem estanqueidade absoluta, resposta rápida e praticamente se inércia. Ciclo de trabalho de um acumulador de membrana.

FIGURA 19.2: Seqüência de funcionamento de um acumulador de membrana FONTE: RACINE, 1981, p.227

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Ciclo de trabalho de um acumulador de bexiga

FIGURA 19.3: Seqüência de funcionamento de um acumulador de bexiga FONTE: RACINE, 1981, p.228

Exemplo de circuito com aplicação de acumulador hidráulico.

FIGURA 19.4: Circuito hidráulico industrial com aplicação de acumulador de bexiga FONTE: RACINE, 1981, p. 288

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CAPÍTUL O CAPÍTULO INTENSIFICADORES DE PRESSÃO - “BOOSTERS”

Os intensificadores de pressão (Boosters), são dispositivos que convertem fluido à baixa pressão em fluido à alta pressão, isto é, intensificam a pressão de um sistema hidráulico.

FIGURA 20.1: Princípio de funcionamento do multiplicador hidráulico FONTE: RACINE, 1981, p. 289

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CAPÍTUL O CAPÍTULO INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

São acessórios usados para avaliar o rendimento dos sistemas hidráulicos (pressão, temperatura vácuo e vazão; entre outros). Os principais instrumentos empregados na hidráulica são: Manômetro de Bourdon - pode ser a seco ou em banho de glicerina para amortecer as vibrações e lubrificar o manômetro aumentando sua vida útil.

FIGURA 21.1: Princípio de funcionamento do manômentro de Bourbon FONTE: RACINE, 1981 p.275

21.1 Manômetro com Sinal Elétrico

FIGURA 21.2: Manômentro com limites de pressão máximo e mínimo FONTE: RACINE, 1981 p.277

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Válvula Isoladora de Manômetro - usada quando não houver necessidades de leituras constantes de pressão proporcionando vida útil mais longa ao manômetro.

FIGURA 21.3: Válvula isoladora de manômetro FONTE: RACINE, 1981 p.276

21.2 Termômetros Registram a temperatura do fluído. Classificam-se em:

Termômetros de gás líquido; Termômetro industrial. (princípio termopar).

Termostato - limitam a temperatura em níveis máximo e mínimo. Quando esses valores são atingidos, um sinal elétrico é enviado ou cortado para o painel de controle elétrico.

Pressostato - é um elemento eletro-hidráulico que limita níveis máximo e mínimo de pressão. Pode atuar de três maneiras:

Enviar um sinal elétrico; Cortar um sinal elétrico; Cortar um sinal elétrico de um ponto e enviar outro sinal elétrico para um ponto diferente.

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Tipos Pressostato de Êmbolo

FIGURA 21.4: Pressostato de êmbolo FONTE: REXROTH p.167

Pressostato tipo Bourdon

FIGURA 21.5: Pressostato tipo bourbon FONTE: Treinento hidráulico, REXROTH, p.168

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CAPÍTUL O CAPÍTULO ELEMENTOS DE INTERLIGAÇÃO INTERLIGAÇÃO,, CONEXÃO E VED AÇÕES VEDAÇÕES O transporte do fluido no sistema hidráulico é feito pôr meio de pressão através de elementos de interligação, ou seja, tubos, mangueiras e placas de ligação e até mesmo os blocos manifold. Considerações para selecionar os elementos de ligação: Tubulações estreitas provocam cavitação na bomba, perdas de eficiência e superaquecimento do circuito interno; Paredes demasiadamente finas estão sujeitas a quebrar. Paredes grossas demais provocarão um acréscimo inútil no peso e no preço da instalação.

22.1 Tubos Para instalações rígidas são os elementos mais comuns usados nos sistemas hidráulicos, para este tipo de ligação devemos considerar:

Dimensionamento em função da vazão e da pressão; Conexões galvanizadas devem ser evitadas, pois o zinco reage com certos aditivos do óleo; Tubulações de cobre devem ser evitadas, pois com a vibração do sistema hidráulico o cobre endurece e se torna quebradiço, além do mais reage com o óleo diminuindo a vida útil; Onde as máquinas vibram muito estão sujeitas a trincas.

22.2 Mangueiras São utilizadas com interligação flexível entre unidades hidráulicas móveis ou ainda onde as interligações rígidas são difíceis de serem executadas. Para a escolha da mangueira deve-se considerar a pressão de trabalho e o diâmetro nominal da mangueira que são indicados pelo fabricante.

FIGURA 22.1: Exemplos de mangueiras hidráulicas industriais FONTE: Catálogo da aeroquip HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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22.3 Placas de Ligação e Blocos Manifold São elementos de ligação, atualmente muito utilizados para interligar válvulas a vedação entre as válvulas e a placa é feita através de anéis O’ring. A face de apoio da válvula é retificada e pressa com parafusos à placa de ligação, facilitando a montagem e desmontagem, deixando o sistema mais compacto.

FIGURA 22.2: Esquema interno de um bloco manifold FONTE: RACINE, 1994 p.277

22.4 Elementos de conexão A ligação entre os tubos, ou entre as mangueiras, ou ainda entre esses elementos e as válvulas, cilindros ou bombas é feita pelos elementos de conexão, quais sejam: conexões por roscas e conexões por flanges. As conexões hidráulicas são sujeitas a grandes esforços. Devem estar sempre vedadas hermeticamente devido às altas pressões e solicitações mecânicas, tais como vibrações, dilatação ou contração térmica entre outras.

22.4.1 Conexões por roscas

FIGURA 22.3: Exemplo de conexões industriais FONTE: Catálogo da aeroquip

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REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS RACINE HIDRAULICA. Manual de hidráulica básica. 3. ed. Porto Alegre, 1981. 323 p. REXROTH. Treinamento hidráuico THR: curso básico de óleo-hidráulica industrial para engenheiros e técnicos. São Paulo, 1987. 132 p. REXROTH. Treinamento hidráulico MHR: curso básico de óleo-hidráulica industrial para mecânicos de manutenção. 3. Revisão. São Paulo, 1987. 182 p. SENAI. SP. Comandos hidráulicos: informações tecnológicas. São Paulo, 1987. 452 p.

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