Parte_01

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A ciência da hidráulica data de muitos milhares de anos, quando rodas d’água, represas a comportas eram usadas
para controlar o fluxo da água nas irrigações e no uso doméstico.
Hoje, entretanto, a expressão “hidráulica” geralmente refere-se a “hidráulica força”, na qual um fluido sob pressão
controlada, é utilizado para executar trabalho.
A força hidráulica é utilizada praticamente em todos os setores da indústria. É aplicada nas residências, nos automó-
veis, nos aviões, barcos, tratores, nos satélites artificiais, máquinas, ferramenta e até nas máquinas de fazer pão.
A razão de tão diversificada aplicação da hidráulica, está no fato de ser um fluido, a maneira mais versátil de transmitir
força a modificar movimentos.
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE HIDRÁULICA
Fig. 1 - A figura ilustra a Lei de Pascal, que afirma: “A pressão
exercida em um ponto qualquer num líquido estático é
a mesma em todas as direções a exerce força igual
em áreas iguais”.
Um fluido é infinitamente flexível. Pode mudar instantaneamente de forma; pode ser dividido em partes de modo a
realizar trabalho em locais diferentes; pode movimentar-se rapidamente em um ponto e lento em outro; pode transmitir
força em uma ou em todas as direções. Nenhum outro corpo ou meio reúne o mesmo índice de positividade, exatidão e
flexibilidade de controle. Tem a possibilidade de transmitir um máximo de força num mínimo de espaço a peso.
O presente manual não é uma publicação destinada a um estudo profundo dos componentes a circuitos hidráulicos.
Servirá, entretanto, para demonstrar alguns dos princípios fundamentais dos mesmos.
FORÇA, PRESSÃO, TRABALHO , ENERGIA
Define-se “Força” como qualquer causa que tenha a tendência de produzir ou modificar um movimento.
Para mover um objeto, por exemplo, o cabeçote de uma máquina ferramenta, devemos aplicar força ao mesmo. A
quantidade de força necessária, dependerá da inércia que o objeto apresentar. Força pode ser expressa em qualquer
unidade das medidas de peso, sendo porém mais usualmente expressa em quilos.
Pressão vem a ser força aplicada em unidade de área a normalmente expressa em quilos por cm2. A pressão atmosférica da
Terra proporciona um exemplo da relação entre força a pressão. A camada de ar que cobre a superfície da Terra é de tal volume que
seu peso total pode ser expresso em toneladas.
Entretanto, a força exercida pelo peso da coluna de ar na área de 1 centímetro quadrado, ao nível do mar, é de
apenas 1 quilo. Portanto, a “pressão” atmosférica ao nível do mar será de 1 quilo por cm2, ou 1 atmosfera.
Princípios Básicos de Hidráulica
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Fig. 2 – Exemplo de como uma força
mecânica pode ser
transmitida, multiplicada ou
controlada por meio de um
fluido hidráulico sob pressão.
A relação entre força (F), pressão (P) e área (A) é expressa matematicamente como segue:
F (quilos) = P (quilos por cm2) x A (área cm2).
É interessante e importante notar que uma bomba hidráulica não “bombeia” pressão. A bomba simplesmente produz um
fluxo. Pressão será gerada somente quando um cilindro, motor hidráulico, válvula ou uma restrição tender a impedir a
passagem do fluxo. Desde que o fluxo não encontre resistência à passagem, não haverá pressão.
Trabalho vem a ser a aplicação de uma força movimentando-se a uma certa distância e é normalmente expresso em
quilos-metros ou quilograma-metros.
Por exemplo, uma força de 120 quilos aplicada na extremidade de um braço de alavanca de 1 metro, produzirá um
trabalho de 120 quilograma-metros.
A fórmula para trabalho é a seguinte:
T trabalho quilograma-metros) = F
(quilos) x D (distância-metros).
O conceito de trabalho não tem ligação com o fator tempo. “Energia vem a ser trabalho por unidade de tempo e HP é
a unidade comum para medição de energia. Um HP é a quantidade de energia necessária para elevar um peso de 75
quilos a uma altura de 1 metro no tempo de 1 segundo.
MECÂNICA DOS FLUIDOS
No século 17, Pascal elaborou a lei fundamental que forma a base da hidráulica moderna. Diz a lei de Pascal: pressão
exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática, é a mesma em qualquer direção a produzirá a mesma
força em áreas equivalentes.
A Fig. 1 ilustra a lei de Pascal.
Visto serem os fluidos líquidos praticamente incompressíveis, fôrças mecânicas podem ser transmitidas, multiplicadas ou
controladas por meio de um fluido líquido sob pressão. Isto é demonstrado pela Fig. 2. Aplicando 100 quilos de força sobre o
pistão da esquerda, o pistão da direita levantará 500 quilos, embora se movimente 5 vezes mais lentamente que o da esquerda,
em razão da diferença de áreas.
Princípios Básicos de Hidráulica
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CARACTERÍSTICAS DO FLUXO
A lei de Pascal não faz referência ao fator fricção, pois é baseada nos líquidos em forma estática.
Quando um fluido atravessa um circuito hidráulico haverá fricção a resultará na formação de calor. Conseqüen-
temente, pane da energia transmitida pelo fluido será perdida na forma de energia térmica.
Embora a fricção nunca possa ser eliminada completamente, poderá ser, contudo, controlada até um certo ponto. As quatro
maiores causas para fricção excessiva são: tubulação demasiado longa, quantidade muito grande de curvas e conexões,
velocidade excessiva do fluido causada por tubos subdimensionados e excessiva viscosidade do fluido.
A Fig. 3 ilustra o efeito da fricção em relação à pressão. Desde que a pressão é o resultado da resistência ao fluxo, a
pressão no ponto “B” é zero. Assumindo que o peso do fluido e o diâmetro do tubo “A” são de tal ordem que venham a
produzir uma pressão estática de 1 Atm no ponto “C”, o fluxo do ponto C para o ponto B resulta numa queda de pressão
de 1 Atm. O potencial de energia existente no ponto C é completamente dissipado na movimentação de fluido para o
ponto B, convertendo-se em calor, produzido pela fricção encontrada pelo fluido movimentando-se através da tubulação.
As alturas do fluido nos tubos D, E e F ilustra a ação da fricção ao produzir queda de pressão. Na movimentação de
um fluido, a queda de pressão tende a aumentar e a pressão a diminuir, desde que a distância da fonte de
pressão venha a aumentar.
A queda de pressão através de um orifício de um dado tamanho, varia na razão do quadrado do fluxo passando
através desse orifício.
INFORMAÇÕES ÚTEIS
Alguns dos pontos já mencionados são repetidos abaixo, com alguns dados adicionais, que são de utilidade para
meIhor compreensão da hidráulica nas máquinas:
1) O óleo é o fluido mais comum utilizado em hidráulica para máquinas, por servir como lubrificante e ser praticamente
incompressível.
2) O peso do óleo varia consideravelmente em função de sua viscosidade. De 0,88 a 0,92 kg/litro vem a ser o peso da
maioria dos óleos, em relação à sua viscosidade.
3) A pressão ao fundo de uma coluna de óleo de 1 metro, será de aproximadamente 0,088 Atm. Para se encontrar a
pressão ao fundo de qualquer outra coluna bastará a multiplicação da altura (em metros) pelo fator 0,088.
Fig. 3 – Ilustrando o efeito do atrito sobre pressão.
Princípios Básicos de Hidráulica
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A figura abaixo demonstra como Bramah aplicou o princípio de Pascal à prensa hidráulica.
Prensa Hidráulica
Este é o princípio de operação de um macaco hidráulico ou de uma prensa hidráulica.
É interessante notar a semelhança entre esta prensa e uma alavanca mecânica, como se vê na próxima ilustração. Pascal
já havia então descoberto que “força está para força como distância está para distância”.
1. Uma força de 10 kgf aplicada em um
pistão de 1cm2 de área...
2 ...desenvolverá uma pressão de
10 kgf/cm2 (10 atm) em todos os
sentidos dentro deste recipiente.
4. As forças são proporcionais às áreas dos pistões.
3. Esta pressão suportará um
peso de 100 kgf se tivermos
uma área de 10 cm2.
ENTRADA = SAÍDA
10 kgf
1cm2
100 kgf
10 cm2
Vista A
Princípios Básicos de Hidráulica
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A potência hidráulica pode ser comparada a um sistema de alavancas.
DEFINIÇÃO DE PRESSÃO
Pressão é a força exercida por unidade de superffcie. Em hidráulica, a pressão é expressa em kg/cm2.Atmosfera abrevia-se
atm (ou bar).
Conhecendo a pressão e a área em que ela se aplica, podemos determinar a força total:
força (kgf) = pressão (kg/cm2) x área (cm2).
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
Uma lei fundamental da Física afirma que a energia não pode ser criada e nem destruída. A multiplicação de forças não
significa obter alguma coisa do nada. O pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, faz com que a
distância de cada pistão seja inversamente proporcional às suas áreas, como se vê na figura abaixo. O que se ganha
com relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade.
A energia não pode ser criada nem destruída
1. Se o pistão se move 10 centímetros,
desloca 10 centímetros cúbicos de
líquido (1cm2 x 10 cm = 10 cm3).
2. 10 centímetros cúbicos de
líquido movimentarão
somente 1 centímetro neste
pistão.
3. A energia transferida será
igual a 10 quilos x 10
centímetros ou 100 kgf.cm.
4. Neste ponto também
teremos uma energia de
100 kgf.cm (1 cm x 100 kgf).
1. Se aplicarmos 10 kgf neste
ponto...
3. ... se este braço de alavanca
for 10 vezes maior....
2. ... levantaremos 100 kgf
neste outro ponto...
4. ... que este.
Vista B
Princípios Básicos de Hidráulica
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A primeira prensa hidráulica, de Bramah, e algumas prensas usadas atualmente utilizam água como meio de transmis-
são. Todavia, o líquido mais comum utilizado nos sistemas hidráulicos é o óleo derivado de petróleo.
O óleo transmite força, quase instantaneamente, por ser praticamente incompressível. A compressibilidade de um óleo
é de cerca de meio por cento a uma pressão de 70kg/cm2, porcentagem essa que pode ser desconsiderada nos siste-
mas hidráulicos.
O óleo é mais empregado, também, porque serve de lubrificante às peças móveis dos componentes.
TRANSMISSÃO DE ENERGIA HIDRÁULICA
A hidráulica pode ser definida como um meio de transmitir energia pressionando um líquido confinado. O componente de
entrada de um sistema hidráulico chama-se bomba e o de saída, atuador. Os atuadores são do tipo linear, como o
cilindro demonstrado na figura abaixo, ou rotativo, no caso de motores hidráulicos.
1. A bomba empurra o líquido
dentro de uma tubulação.
2. Esta tubulação conduz o
líquido aos atuadores que se
movimentam, gerando uma
força mecânica que move
uma carga.
3. Alguns atuadores operam em uma linha reta
(atuadores lineares), tais como cilindros. São
usados para levantar cargas, exercer forças,
fixar peças, etc....
Haste e pistão
Ao reservatório
Bomba Carga
Atuador linear
Atuador rotativo
4. Os atuadores rotativos ou motores hidráulicos
fornecem uma energia rotativa de saída.
Podem ser ligados a polias, engrenagens,
cremalheiras e pinhões, transportadores,
etc....
Eixo de acionamento
Motor hidráulico
Bomba
Princípios Básicos de Hidráulica
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FATORES DE CONVERSÃO DE UNIDADES DE PRESSÃO
1 atm = 1,0333 kgf/cm2
1 atm = 1,0134 bar
1 atm = 14,697 PSI (lbf/pol2)
1 atm = 760 mmHg
1 kgf/cm2 = 0,9677 atm
1 kgf/cm2 = 0,9807 bar
1 kgf/cm2 = 14,223 PSI (lbf/pol2)
1 kgf/cm2 = 736 mmHg
1 bar = 0,9867 atm
1 bar = 1,0196 kgf/cm2
1 bar = 14,503 PSI (lbf/pol2)
1 bar = 750 mmHg
1 PSI = 0,0680 atm
1 PSI = 0,0703 kgf/cm2
1 PSI = 0,0689 bar
1 PSI = 51,719 mmHg
Acionamento Hidráulico
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ACIONAMENTO HIDRÁULICO
OBJETIVOS
• reconhecer vantagens do acionamento hidráulico;
• modificar funcionamento nos circuitos e relacionar causa e efeito;
• reconhecer a necessidade do uso de válvula de segurança;
• analisar vantagens e desvantagens da reversibilidade dos atuadores.
VELOCIDADE VARIÁVEL
A maior parte dos motores elétricos tem uma velocidade constante, e isso é aceitável quando temos que operar uma
máquina a velocidade constante.
O atuador (linear ou rotativo) de um sistema hidráulico, entretanto, pode ser acionado a velocidades variáveis e infinitas,
desde que se varie o deslocamento da bomba ou se utilize uma válvula controladora de fluxo.
1. Se uma bomba tem uma vazão constante
de 10 litros por minuto (10 lpm)...
3 . ...este cilindro fará este
percurso em 1 minuto.
Velocidade máxima
2 . ...e se este volume é de 10
litros...
Bomba
Acionamento Hidráulico
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Velocidade reduzida
4. Se a bomba tem uma vazão
de 10 litros por minuto... 5. ... mas uma válvula
restringe este fluxo...
6. ... o atuador recebe apenas 5 litros por
minuto (5 lpm) e percorre somente metade
de seu curso em um minuto.
7. O excesso de 5 litros por minuto
retorna oa reservatório através da
válvula de segurança.
Bomba
Fluxo
REVERSIBILIDADE
Poucos são os acionadores reversíveis. Os que o são, normalmente, têm que estar quase parados antes de poder-se
inverter a direção de rotação.
O atuador hidráulico pode ser invertido instantaneamente sem quaisquer danos, mesmo em pleno movimento. Uma
válvula direcional de 4 vias, como mostra a figura seguinte, ou uma bomba reversível atuam esse controle enquanto a
válvula de segurança protege os componentes do sistema de pressões excessivas.
1. Nesta posição de válvula
direcional...
2. ... a vazão da bomba é
dirigida para o lado da
cabeça do cilindro.
3. A haste do cilindro avança.
4. O óleo proveniente do lado da
haste do cilindro é dirigido
diretamente ao tanque.
Bomba
Válvula de
segurança
Posição inicial da válvula
Acionamento Hidráulico
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PARADA INSTANTÂNEA
Se pararmos, instantaneamente, um motor elétrico, poderemos danificá-lo ou queimar seu fusível. Igualmente, as máqui-
nas não podem ser bruscamente paradas e nem ter invertidos os seus sentidos sem a necessidade de se dar novamente
a partida.
Entretanto, um atuador hidráulico pode ser parado sem danos quando sobrecarregado e recomeçar seu funcionamento,
imediatamente, assim que a carga for reduzida. Durante a parada, a válvula de segurança desvia, simplesmente, o
deslocamento do fluxo da bomba ao tanque.
PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA
A válvula de segurança protege o sistema hidráulico de danos causados por sobrecarga. Quando esta carga excede o
limite da válvula, processa-se o deslocamento do fluxo da bomba ao tanque, com limites definidos ao torque ou à força.
A válvula de segurança possibilita, também, ajustar uma máquina à força ou ao torque especificados, tal como numa
operação de travamento.
DIMENSÕES REDUZIDAS
Mesmo em condições de altas velocidade e pressão, os componentes hidráulicos possibilitam transmitir um máximo de
força em mínimos peso e espaço.
5. Na outra posição da válvula
direcional, o óleo é dirigido
para o lado da haste do cilindro.
Bomba
7. O óleo proveniente da
cabeça do cilindro é dirigido
para o tanque.
6. A haste do cilindro se retrai.
Posição invertida da válvula
A pressão em um sistema hidráulico
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A PRESSÃO EM UM SISTEMA HIDRÁULICO
OBJETIVOS
• resolver problemas de:
a. pressão criada no fundo de uma coluna de óleo;
b. pressão positiva para alimentação da bomba;
• reconhecer as causas da cavitação a aeração;
• mostrar como é criada a pressão;
• identificar a função de uma válvula de segurança em um sistema hidráulico;
• comparar bombas quanto à sua classificação.
PRESSÃO EM UMA COLUNA DE FLUIDO
O peso de um óleo varia em função de sua viscosidade. Entretanto, nas condições normais de uso, o peso da maioria dos
óleos hidráulicos é 0,90 kg/dm3.
Um fato importante relacionado ao peso de um óleo é o efeito causado pelo mesmo quando dá entrada em uma bomba.
O peso do óleo cria uma pressão de 0,090 kg/cm2 no fundo de uma coluna de 1m de óleo.
Assim, para calcular a pressão no fundo de uma coluna de óleo, basta multiplicar a altura da coluna, em metros, por 0,09 kg/
cm2, ou essa altura, em decímetros, por 0,009 kg/dm2.
1. Um decímetro cúbico de óleo
pesa aproximadamente 0,90
quilos.
2. Se este peso for dividido igualmente entre
os 100 centímetros quadrados da base, a
força em cada centímetro quadrado é de
0,0090 kgf. A pressão na base será de
0,0090 atmosferas (kgf/cm2).
3. Uma coluna de dois
decímetros pesará duas
vezes mais e a pressão na
base da coluna será de
0,0180 atmosferas.
O peso do óleo gera pressão
Aplicando esse princípio, consideremos, agora,as condições em que o reservatório está localizado: acima ou abaixo da
entrada da bomba.
Quando o nível do óleo está acima da entrada da bomba, uma pressão positiva força o óleo para dentro da bomba.
A pressão em um sistema hidráulico
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1. Se o nível de óleo está 30
decímetros acima da entrada da
bomba...
2. ... a pressão aqui é de 30 x
0,0090 ou 0,27 atmosferas. A
bomba está sendo alimentada
com uma pressão positiva.
Bomba
Entrada Saída
3. Se o nível de óleo está
30 decímetros abaixo da
entrada da bomba...
Bomba
4. ...há um vácuo equivalente a 0,27
atmosferas somente para
succionar o óleo. 0 mecanismo
da bomba cria uma condição de
pressão negativa.
30 dm
O nível de óleo acima da entrada alimenta a bomba
Por outro lado, se o nível do óleo estiver localizado abaixo da entrada da bomba, um vácuo equivalente a 0,09 kg/cm2, por
metro, será necessário para levantar o óleo até a entrada da bomba.
Na verdade, o óleo não é levantado pelo vácuo, mas é forçado pela pressão atmosférica no vão criado no orifício de
entrada, quando a bomba está em operação.
O nível de óleo abaixo da bomba requer um vácuo para que o óleo seja succionado
OBSERVAÇÃO
A água a os vários Fluidos hidráulicos que resistem ao fogo são mais pesados que o óleo e, portanto, requerem mais vácuo
por metro de levantamento.
A PRESSÃO ATMOSFÉRICA ALIMENTA A BOMBA
A bomba é normalmente alimentada pelo óleo proveniente da diferença de pressão entre o reservatório a sua entrada.
Normalmente, a pressão do reservatório é a pressão atmosférica, ou seja, 1kg/cm2. É necessário então,
criar um vácuo parcial ou pressão reduzida para que haja fluxo.
A figura seguinte demonstra um típico macaco hidráulico, ou seja, um simples pistão alternado. Puxando-se o pistão cria-se um
vácuo parcial na câmara de bombeamento. A pressão atmosférica no reservatório empurra o óleo, enchendo o vão.
Em uma bomba rotativa, as câmaras sucessivas aumentam em tamanho ao passarem pela entrada, criando-se assim
uma condição idêntica.
A pressão em um sistema hidráulico
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3. A pressão atmosférica age neste
ponto empurrando o óleo para a
câmara, preenchendo o vazio
criado.
2. Um vazio ou um vácuo parcial é
criado neste espaço.
1. Em seu curso de sucção, o pistão da bomba se move
para fora aumentando a sua câmara de
bombeamento.
Bomba
Para o cilindro
Se for possfvel formar um vácuo completo na entrada, haverá então 1 kg/cm2 de pressão para empurrar o óleo para dentro
da câmara. Entretanto, a diferença de pressões deve ser bem menor.
Primeiramente, os líquidos se vaporizam no vácuo total e isto provoca a formação de bolhas de ar no óleo; as bolhas atravessam
a bomba, explodindo com força considerável quando expostas à pressão na saída a danificando a bomba.
Mesmo que o óleo tenha boas caracterfsticas de vaporização, como o óleo hidráulico, por exemplo, uma pressão muito
baixa na entrada (alto índice de vácuo) permitirá que escape o ar misturado ao óleo.
Essa mistura de ar com óleo pode causar cavitação. Quanto mais rapidamente a bomba girar, menor será essa pressão,
aumentando, assim, a possibilidade de cavitação.
CAVITAÇÃO
É a situação em que o líquido não preenche inteiramente o espaço existente. Geralmente, a cavitação está associada à
entrada da bomba.
A maioria dos fabricantes de bombas recomenda um vácuo máximo de 0,85 kg/cm2 absoluto na entrada da bomba. Assim,
com uma pressão de 1kg/cm2, resta uma diferença de 0,15 kg/cm2 a empurrar o óleo para dentro da bomba. Evitando-se
uma altura excessiva, as linhas de entrada permitem a suavidade do fluxo com o mínimo de atrito.
Se as conexões de entrada não forem bem vedadas, o ar à pressão atmosférica concentra-se na área de baixa pressão a
entra na bomba. Essa mistura também é inconveniente e barulhenta, mas é diferente da que provoca a cavitação. O ar,
quando exposto à pressão na saída, é comprimido, formando um amortecedor, a não cede violentamente. Não se
dissolve no óleo, mas entra nos sistemas como bolhas compressíveis, que causam operações irregulares na válvula e
no atuador.
AERAÇÃO
É o ar existente no fluido hidráulico. A aeração excessiva faz com que o fluido tenha aparência leitosa e com que os
componentes operem irregularmente em razão da compressibilidade do ar retido no fluido.
COMO É CRIADA A PRESSÃO
A pressão resulta da resistência oferecida ao fluxo do fluido. A resistência ocorre em função de:
1. carga de um atuador;
2. restrição ou orifício na tubulação.
A figura a seguir exemplifica uma carga sobre um atuador. O peso de 1.000 quilogramas oferece resistência ao fluxo sob
o pistão a cria pressão no óleo. Se o peso aumenta, o mesmo acontece com a pressão.
A pressão em um sistema hidráulico
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Na figura seguinte, uma bomba em deslocamento de 10 l/min tem uma válvula de segurança regulada para 70 kg/cm2,
ligada na saída a uma simples torneira. Se esta torneira estiver totalmente aberta, o deslocamento do fluxo da bomba se
processa sem restrição e não se registra pressão no manômetro.
2. Não há pressão nesta
condição.
1. Quando a torneira está totalmente
aberta, todo o fluxo da bomba
pode atravessá-la sem restrições.
Válvula de segurança
Bomba
10 Ipm
0 atm
Bomba
1. A força é de
1.000 kgf.
3. A pressão será:
1.000 : 10 = 100 kg/cm2.
2. A área é de
10 cm2.
100 atm
10 Ipm
1.000
10 cm2
Suponhamos, agora, que o registro seja gradativamente fechado. Isto oferecerá resistência ao fluxo, causando aumento de
pressão. Quanto maior restrição, tanto mais pressão haverá para empurrar os 10 l/min através da torneira. Sem a válvula de
segurança no circuito, teoricamente, não haverá limite à pressão. Na realidade, alguma coisa teria que ceder ou, então, até
mesmo a bomba poderia parar a acionar o motor elétrico.
Em nosso exemplo, se forem necessários 70 kg/cm2 de pressão para empurrar o óleo através da abertura, a válvula de segurança se
abrirá. A pressão, porém, permanecerá 70 kg/cm2.
A pressão em um sistema hidráulico
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Restringindo-se ainda mais o registro, passará menos óleo através do mesmo e mais na válvula de segurança, como se vê
na figura seguinte.
5. Quando a válvula de
segurança permitir
passagem parcial ou total
do fluxo...
Válvula de
segurança
6. ... o manômetro acusará o
ajuste de regulagem da
válvula de segurança.
70 atm
3. À medida que o fluxo for
restringido pelo fechamento
gradual da torneira...
4. ... a pressão aumentará.
Se o registro estiver completamente fechado, toda a vazão passará pela válvula de segurança com 70 kg/cm2.
Pode-se concluir, pelo exemplo acima, que uma válvula de segurança ou um componente que limita a pressão sempre
deve ser usado quando, nos sistemas, se utilizar bombas de deslocamento positivo.
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO CRIAM O FLUXO
A maioria das bombas utilizadas nos sistemas hidráulicos é classificada como bombas de deslocamento positivo . Isto
significa que, com excessão de variações na eficiência, o deslocamento é constante a determinada pressão. A saída é
positivamente separada da entrada, de forma tal que o fluido que entra na bomba é forçado para o pórtico da saída. A
função da bomba é criar o fluxo; a pressão é causada pela resistência a esse fluxo. Há uma tendência comum em
responsabilizar a bomba por qualquer perda de pressão que ocorra.
Com poucas excessões, a perda de pressão só ocorre quando há vazamento total.
Exemplo :
Uma bomba desloca 10 litros por minuto sob um pistão de 10 cm2 de área para levantar um peso equivalente a 1. 000
quilogramas. Enquanto o peso estiver sendo levantado ou mantido pelo óleo hidráulico, a pressão será de 100 kg/cm2
(1.000 : 10 = 100 kg/cm2). Mesmo que um furo no pistão deixe escapar 8 litros por minuto, a 100kg/cm2 a pressão será
mantida constante, embora o levantamento se processe mais lentamente.
A pressão em um sistema hidráulico
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1. Se 8 litros por minuto são
perdidos em um
vazamento...
2. ... o óleo não
perdido (2 lpm)
deverá ainda
levantar o pistão.
3. Assim, existirá
ainda uma força
de 1.000 kg sobre
o óleo e a pressão,
dessa forma, serámantida.
Bomba
100 atm
10 Ipm
1000
A figura abaixo ilustra essa condição.
A perda total da pressão no sistema só é provocada pela perda total do fluxo da bomba
Assim, a bomba poderá estar desgastada, perdendo praticamente toda sua eficiência; porém, sua pressão será mantida. Essa
pressão mantida não é um indicador das condições da bomba. É necessário medir o fluxo a uma dada pressão para se
determinar as condições da bomba.
Vazamento no cilindro
Fluxo em paralelo e em série
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Fluxo em vias paralelas
FLUXO EM PARALELO E EM SÉRIE
OBJETIVOS
• distinguir seqüências de movimentos em esquemas hidráulicos;
• identificar circuito com fluxo em paralelo e circuito com fluxo em série;
• demonstrar que em fluxo em série as pressões são somadas.
FLUXO EM PARALELO
Uma característica peculiar a todos os líquidos é o fato de que eles sempre procuram os caminhos que oferecem menor
resistência. Assim, quando há duas vias de fluxo em paralelo, cada qual com resistência diferente, a pressão só aumenta
o necessário e o fluxo procura sempre a via mais fácil.
1. O óleo pode escolher 3 vias de passagem.
2. Ele escolherá primeiro “A”
porque é requerida uma
pressão de apenas 7 atm. O
manômetro, junto à bomba,
acusará uma pressão de 7 atm.
7 atm abre válvula A
14 atm abre válvula
B
21 atm abre válvula C
Bomba
Fluxo em vias paralelas
3. Se o fluxo em “A” for
bloqueado...
4. ... o óleo fluirá através da
válvula B quando a pressão
alcançar 14 atm.
5. O manômetro
registrará 14 atm.
Bomba
14 atm abre válvula B
21 atm abre válvula C
Fluxo em paralelo e em série
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OBSERVAÇÃO
Da mesma forma, quando a saída da bomba for dirigida a dois atuadores, o que necessitar de menos pressão se
movimentará primeiro. Como é difícil balancear cargas com exatidão, os cilindros que devem ter sincronismo de movi-
mentos geralmente são ligados mecanicamente.
FLUXO EM SÉRIE
1. Não existe resistência ao
fluxo aqui. Asim...
2. ... este manômetro registra
pressão 0.
3. Neste ponto uma mola
equivalente a 7atm oferece
resistência ao fluxo.
4. Desta forma, o manômetro
acusa 7 atm.
5. Aqui, o fluxo encontra uma
resistência de 14atm, mais a
queda de pressão de 7 atm
da válvula A.
6. As pressões acima são
somadas e o manômetro
acusa 21 atmosferas.
7. Com uma queda de pressão
de 21 atmosferas aqui...
8. ... e com uma mola
equivalente a 21 atm neste
ponto...
9. ...teremos uma pressão de
42 atm neste ponto.
Queda de pressão através de uma restrição ou orifício
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4. Um acréscimo de
pressão aqui...
5. ... causará uma
passagem de óleo
através do orifício.
6. A queda de pressão será
de 50 para 10kg/cm2 ou de
40kg/cm2 (40atm).
B
QUEDA DE PRESSÃO ATRAVÉS DE UMA RESTRIÇÃO OU ORIFÍCIO
OBJETIVO
• identificar as variações do fluxo através de uma restrição ou orifício.
Um orifício é uma passagem restrita em uma linha hidráulica ou em um componente, utilizado para controlar o fluxo ou
criar uma diferença de pressão (queda de pressão).
Para que haja fluxo de óleo através de um orifício, deverá haver uma diferença ou queda de pressão. Inversamente, se
não houver fluxo, não haverá queda de pressão.
Considere a condição do orifício na figura seguinte. A pressão é igual nos dois lados; assim sendo, não haverá fluxo.
Uma pressão maior em A força um fluxo no sentido da esquerda para a direita e o óleo passa através do orifício, como
mostra a próxima ilustração.
1. Se a pressão aqui...
2. ...é igual a esta...
3. ... não há fluxo neste
ponto.
orifício
A
7. Neste caso a queda de pressão é somente
de 1atm e o fluxo será menor.
B
Queda de pressão através de uma restrição ou orifício
20
Se o fluxo for bloqueado depois do orifício, a pressão se igualará imediatamente nos dois lados da restrição, de acordo com
a lei de Pascal. Observe a figura seguinte.
OBSERVAÇÃO
Esse princípio é essencial às operações de muitas válvulas controladoras de pressão compostas (balanceadas).
8. Se a passagem é
bloqueada após o
orifício, o fluxo cessa.
9. A pressão será,
então, igualada em
ambos os lados do
orifício.
C
Pressão e carga de trabalho
21
PRESSÃO E CARGA DE TRABALHO
OBJETIVOS
• demonstrar que a pressão é proporcional à carga;
• demonstrar que a força é igual ao produto da pressão pela área;
• demonstrar que a pressão é força aplicada por unidade de área.
PRESSÃO
A pressão é proporcional à carga e a leitura do manômetro indica, em kg/cm2, a carga do trabalho a qualquer momento.
A pressão é igual à força dividida pela área do pistão. É expressa pela fórmula:
1. Se esta válvula for regulada a
100 kg/cm2...
Válvula de
segurança
Pistão
Mesa móvel
Material
Mesa fixa
2. ... e a área do pistão tiver 20 cm2...
3. ... a força atuante será
100 x 20 = 2.000kg.
P = F
A
onde:
P = pressão, em kg/cm2
F = força, em kg
A = área, em cm2
OBSERVAÇÃO
O aumento ou decréscimo na carga resultará em um aumento ou decréscimo na pressão de operação.
A FORÇA É PROPORCIONAL À PRESSÃO E À ÁREA
Quando se utiliza um cilindro hidráulico para fechar ou prensar, a força gerada pode ser calculada por:
 F = P . A
Como exemplo, suponhamos que uma prensa hidráulica tenha uma regulagem de 100 kg/cm2 de pressão e essa pressão
seja aplicada numa área de 20cm2. A força gerada será de 2.000 kg, como se vê na figura seguinte.
Pressão e carga de trabalho
22
A força é igual ao produto da pressão pela área
COMPUTANDO A ÁREA DO PISTÃO
Calcula-se a área de um pistão pela fórmula:
A = 0,7854 . d2
onde:
A = área, em cm2
d = diâmetro do pistão, em cm
Da fórmula básica P = F
A
deduzem-se:
F = PA
e
A = F
P
Velocidade do fluido hidráulico
23
a = Vol/t
V
V = Vol/t
a
Vol/t = V.a
onde:
V = velocidade, em dm/min
a = área, em dm2
Vol/t = volume/tempo, em l/min
1. Suponhamos que este
tubo tenha um
diâmetro duas vezes
maior que um outro
tubo qualquer.
2. Para que tenhamos a
mesma área do
primeiro seriam
necessários 4 tubos
com este diâmetro.
VELOCIDADE DO FLUIDO HIDRÁULICO
OBJETIVOS
• demonstrar que a velocidade do atuador varia em função da área do pistão e do volume de fluido admitido no mesmo;
• demonstrar que a velocidade do fluxo através de um tubo varia ao quadrado do diâmetro;
• calcular o diâmetro interno do tubo utilizando tabela monográfica.
ATUADOR E ENCANAMENTO
O atuador pode ser linear ou rotativo (cilindro ou motor). A velocidade de ambos depende de suas dimensões e do fluxo que
estão recebendo.
Para relacionar o fluxo à velocidade, considera-se o volume que deve preencher o atuador para percorrer uma dada
distância. A relação é a seguinte:
Concluímos com isso que:
• a força ou torque de um atuador é diretamente proporcional à pressão e independe do fluxo;
• sua velocidade dependerá da quantidade de fluxo, dispensando-se a pressão.
VELOCIDADE NA TUBULAÇÃO
A velocidade com que o fluido hidráulico passa pela tubulação é um fator importante e digno de consideração pelo efeito de
atrito que a velocidade acarreta.
Geralmente, as faixas de velocidade recomendadas são:
linha de sucção... 6 a 12 dm por segundo = 0,6 a 1,2 m/s
linha de pressão... 20 a 60 dm por segundo = 2 a 6 m/seg
Recomenda-se baixa velocidade para linha de sucção visto que pouca queda de pressão pode ser tolerada. Deve-se notar
que:
1. A velocidade do fluido através de um tubo varia inversamente ao quadrado do diâmetro interno do tubo.
As figuras abaixo nos mostram que dobrando o diâmetro interno de um tubo, quadruplicamos sua área interna; assim,
a velocidade será apenas 1/4 no tubo maior. Diminuindo-se o diâmetro pela metade, a metade será diminuída em 1/4,
quadruplicando a velocidade do fluxo.
Velocidade do fluido hidráulico
24
2. Normalmente, o atrito do líquido num tubo é proporcional à velocidade. Todavia, se o fluxo for turbulento o atrito variará
em função do quadrado da velocidade.
O atrito cria turbulência no fluido oferecendo resistência ao fluxo, resultando em queda de pressão através da linha.
A figura seguinte é uma tabela monográfica, útil para: .
l selecionar o diâmetro interno se o fluxo for conhecidol determinar precisamente a velocidade sendo o tamanho do tubo e o fluxo conhecidos.
Para usar a tabela, coloque uma régua ligando dois valores conhecidos e leia o valor procurado na terceira coluna.
Velocidade (m/s) = l/min . 0,170
área (cm2)
3. Se a velocidade do fluxo (Ipm) através deste
tubo fosse de 5cm por segundo.... 4. ... o mesmo fluxo (Ipm) deveria
passar com uma velocidade 4 vezes
maior, ou seja, 20 cm por segundo.
Se o fluxo na tubulação menor tornar-se
turbulento, o atrito será 16 vezes maior que
aquele existente na tubulação primária.
PROCEDIMENTO PARA DETERMINAÇÃO DAS DIMENSÕES DO ENCANAMENTO
Se forem dados o deslocamento da bomba e a velocidade do fluxo, usa-se esta fórmula para calcular a área interna do
tubo:
Quando são conhecidos os dados de deslocamento e a área, a velocidade é:
A = l/min . 0,170 , sendo A em cm2
velocidade (m/s)
Velocidade do fluido hidráulico
25
Trabalho e potência
26
TRABALHO E POTÊNCIA
OBJETIVOS
• enunciar os conceitos de trabalho e potência;
• demonstrar transformações de potência do sistema internacional em unidades inglesas;
• demonstrar problemas de aplicação de potência a sistemas hidráulicos.
TRABALHO
Quando se movimenta uma força por determinada distância, efetua-se um trabalho .
trabalho = força . distância
Expressamos o trabalho em quilogrâmetros (kgm).
Por exemplo, se um peso de 10 quilos for levantado 10 metros, o trabalho será:
10 quilogramas x 10 metros = 100 quilogrâmetros (kgm)
A fórmula acima não considera a velocidade em que o trabalho é feito.
POTÊNCIA
O trabalho realizado por unidade de tempo chama-se potência .
potência = força . distância ou trabalho
tempo tempo
A unidade-padrão de potência é o cavalo-vapor (cv), que equivale a levantar 75 kg a um metro de altura em um segundo.
Também existe o equivalente em potência elétrica e calor.
1cv = 0,986 HP
1cv = 4.500 kgm/min ou 75 kgm/s
1cv = 736 W (potência elétrica)
1cv = 41,8 BTU/min = 10,52 kca1/s
1HP = 33.000 lb-pé por minuto
1HP = 746 W
1HP = 42,4 BTU/min
A potência necessária para movimentar 1l/min a uma pressão de 1kg/cm2 é equivalente a 0,0022 cv.
Portanto
cv = vazão (l/min) . pressão (kg/cm2 ) . 0,0022
Todavia, a potência requerida para girar a bomba deverá ser um pouco maior, desde que o sistema não tenha 100% de
eficiência.
Na prática usa-se a seguinte fórmula:
cv = l/min . kg/cm2
 426
Para o Sistema Inglês, a equivalência é expressa pela seguinte fórmula:
HP = 0,0007GPM . PSI
onde:
HP = cavalo-força
GPM = galões por minuto
PSI = libras por polegada quadrada
Trabalho e potência
27
POTÊNCIA E TORQUE
Se for necessário converter cv em torque ou vice-versa, em qualquer equipamento rotativo, sem computar pressão a fluxo,
teremos:
torque = 725 . cv
 rpm
ou
cv = torque . rpm
725
O torque nesta fórmula será dado em kgm.
Também
HP = torque (lb/pol) . rpm no Sistema Inglês.
63 025
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
28
SÍMBOLOS GRÁFICOS E DIAGRAMAS DE HIDRÁULICA
OBJETIVOS
• classificar símbolos hidráulicos;
• classificar diagramas e conhecer suas utilizações.
SÍMBOLOS GRÁFICOS DE HIDRÁULICA
Os circuitos hidráulicos e seus componentes são representados de diferentes maneiras. Dependendo do que a figura deve
comunicar, pode ser um desenho representando o próprio componente, um corte mostrando a construção interna, um
desenho gráfico que demonstra a função ou a combinação de quaisquer dos três.
Os símbolos gráficos são simples figuras geométricas, sem intenção de mostrar a forma de construção interna do compo-
nente, mas somente sua função no circuito.
DIAGRAMAS REPRESENTATIVOS
Um diagrama representativo é utilizado, principalmente, para mostrar a disposição do encanamento de um circuito. Os
símbolos são desenhos dos contornos que mostram a forma externa efetiva dos componentes e encanamento até as
várias aberturas das unidades. Os diagramas representativos têm pouco valor para instrução ou para a solução de proble-
mas, pois não mostram a construção interna ou função dos componentes.
Diagrama representativo
DIAGRAMAS EM CORTE
Os diagramas em corte contêm muitas informações sobre a operação de um circuito e sobre a construção e operação de
seus componentes. Esses diagramas são ideais para instrução e são largamente utilizados para esse fim. Em razão do
tempo e do custo envolvidos, raramente são feitos para outras finalidades.
Freqüentemente, fazem-se múltiplos diagramas em forte, cada um mostrando uma fase diferente da operação do circuito.
Códigos de cores ou desenhos são usados nas linhas, para demonstrar a função do fluido durante a fase de operação que
está sendo representada.
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
29
LINHAS
Canos hidráulicos, tubos e passagens de líquido são demonstrados como linha individual, conforme se vê na figura
seguinte. Há três classificações básicas:
Uma linha de trabalho (sólida) transporta o fluxo principal no sistema. Para efeitos gráficos, isso inclui a linha de entrada
da bomba (sucção), linhas de pressão e linhas de retorno ao tanque.
• A linha piloto (tracejado comprido) transporta o fluido utilizado para controlar a operação de uma válvula ou outro compo-
nente.
• A linha de dreno (tracejado curto) transporta o vazamento de óleo para o reservatório.
Diagrama em corte
Diagrama combinado Diagrama gráfico
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
30
Linha de pressão
Linha piloto
Linha de dreno
Linha de contorno. Delimita um conjunto de funções em
um único corpo
Conector
Linha flexível
União de linhas
Linhas cruzadas não-conectadas
Direção do fluxo
SIMBOLOGIA
1. Linhas a suas funções
5. A linha piloto opera uma válvula ou
um outro controle (linha tracejada
comprida).
3. A linha de pressão
também é sólida.
1. A linha de entrada de uma bomba é
uma linha sólida.
2. As linhas de retorno são igualmente
linhas de trabalho (sólidas).
4. A linha de dreno transporta
o vazamento de óleo ao
reservatório (linha tracejada
curta).
Fluxo do óleo
Motor hidráulico
Válvula de
segurança
Bomba
Reservatório
Três classificações de linhas hidráulicas
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
31
Reservatório aberto à atmosfera
Linha terminando abaixo do nível de fluido
Linha terminando acima do nível de fluido
Linha sob carga
Plugue ou conexão bloqueada
Restrição fixa
Restrição variável
2. Bombas
Bomba simples, deslocamento fixo
Bomba simples, deslocamento variável
Bomba reversível com dois sentidos de fluxo
3. Motores a cilindros
Motor rotativo, deslocamento fixo
Motor rotativo, deslocamento variável
Motor reversível, dois sentidos de fluxo
Motor oscilante
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
32
Cilindro de simples ação com retração por mola
Cilindro de ação simples com avanço por mola
Cilindro de dupla ação
Cilindro com haste dupla
Cilindro com dois amortecedores fixos
Cilindro com dois amortecedores reguláveis
Cilindro telescópico
4. Outros
Eixo com rotação em um único sentido
Eixo com rotação nos dois sentidos
(reversível)
Manômetro
Termômetro
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
33
Rotâmetro (medidor de fluxo)
Motor elétrico
Acumulador por peso
Acumulador por mola
Acumulador por gás (genérico)
Acumulador por gás com bexiga
Acumulador por gás com membrana
Acumulador por gás com pistão
Filtro
Aquecedor na linha
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
34
Regulador de temperatura sem representação das linhas
de fluxo do meio refrigerante
Regulador de temperatura (as setas indicam que o calor
pode ser introduzido ou dissipado)
Intensificador de pressão
Pressostato
5. Válvulas - símbolos básicos
Válvula de retenção sem mola
Válvula de retenção com mola
Válvula de retenção pilotada para abrir
Válvula de retenção pilotada para fechar
Válvula de retenção dupla ou geminada
Válvula agulha
Componente básico de válvula
Válvula de passagem única, normalmente fechada
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
35
Válvula de passagem única, normalmenteaberta
Duas conexões bloqueadas
Duas direções de fluxo
Duas direções de fluxo interligadas
Uma direção de fluxo em tandem e dois bloqueios
Quatro conexões bloqueadas
Passagem de fluxo bloqueada na posição central
Símbolo para válvula de múltiplas vias (as setas mos-
tram a direção do fluxo)
6. Válvulas - exemplos
Válvula direcional, duas posições, duas vias
Válvula direcional, três posições, quatro vias (centro aberto)
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
36
Válvula de posicionamento infinito (indicado por barras
horizontais de centro fechado)
Válvula desaceleradora normalmente aberta
Válvula de segurança
Válvula de descarga com dreno interno controlada re-
motamente
Válvula de seqüéncia atuada diretamente e drenada ex-
ternamente
Válvula redutora de pressão
Válvula de contrabalanço com retenção integral
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
37
Válvula controladora de fluxo com compensação de
pressão e temperatura com retenção integral
Válvula seletora de manômetro simples
Válvula seletora de manômetro com manômetro
incorporado
Válvula de controle direcional de quatro conexões,
quatro vias e duas posições.
Operada por pressão através de uma válvula direcional
piloto, comandada por solenóide, com retorno de mola
Válvula de controle direcional de quatro conexões,
quatro vias e três posições.
Operada por pressão através de uma válvula direcional
piloto, comandada por solenóide com centragem por
molas
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
38
7. Acionamentos
Por ação muscular (símbolo básico, sem indicação do
modo de operação)
Botão
Alavanca
Pedal
Apalpador ou came
Mola
Rolete
Rolete articulado ou gatilho (operando em um único
sentido)
Solenóide com uma bobina
Solenóide com uma bobina operando proporcionalmente
Piloto direto
Piloto indireto
Solenóide e piloto
 Símbolos gráficos e diagramas de hidráulica
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Solenóide ou piloto
Solenóide e piloto ou mecânico
Acionamento por áreas de atuações diferentes
(o retângulo maior representa a área de atuação maior)
Conversor hidropneumático
vermelho – pressão do sistema ou operação
verde – sucção ou dreno
azul – fluxo em descarga ou retorno
amarelo – fluxo controlado
laranja – pressão reduzida, pressão piloto ou pressão de carga
violeta – pressão intensificada
branco – fluido inativo
O código de cores usado nos desenhos de componentes e nas linhas hidráulicas é o seguinte: