Parte_02

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Cilindros
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CILINDROS
OBJETIVOS
• identificar cilindros simples ou de dupla ação, diferenciais ou não-diferenciais;
• reconhecer a finalidade de um atuador linear.
A finalidade de um cilindro atuador é transformar a energia hidráulica em energia mecânica. Um fluido separado sob
pressão é transformado pelo atuador em força mecânica que, ao deslocar-se, produz trabalho.
Os cilindros são atuadores lineares. Por linear, queremos dizer que o trabalho de um cilindro é realizado em linha reta,
usado em operações de prender e prensar ou para movimentos de avanço rápido a lento.
TIPOS DE CILINDROS
Os cilindros são classificados em simples e de dupla ação. Os cilindros simples podem ser de haste sólida ou haste
telescópica. Os cilindros de dupla ação podem ser diferenciais ou de haste dupla não-diferencial.
OBSERVAÇÃO
Os cilindros de haste telescópica também são encontrados em unidades de dupla ação.
Talvez o atuador mais simples seja o do tipo pistão liso.
Nele existe apenas uma câmara para fluido e a força é exercida numa única direção.
A maioria desses cilindros é montado verticalmente e retorna pela força da gravidade. Esses cilindros são adequados
para aplicações que envolvem cursos longos, tais como elevadores e macacos para levantar automóveis.
Cilindro do tipo haste telescópia
Usa-se um cilindro telescópico quando o comprimento da camisa tem que ser menor do que se pode conseguir com um
cilindro-padrão.
Pode-se usar de 4 a 5 estágios, sendo a maioria de simples efeito, porém são também disponíveis unidades de dupla
ação.
carga
símbolo
retração
carga
da bomba
avanço
Cilindro de simples ação de haste sólida
para o tanque
Cilindros
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CILINDRO-PADRÃO DE DUPLO EFEITO
É assim chamado porque é operado pelo fluido hidráulico em ambos os sentidos. Isso significa que se pode realizar
força em qualquer dos lados do movimento.
Um cilindro-padrão de dupla ação é classificado, também, como um cilindro diferencial, por possuir áreas desiguais
expostas à pressão durante os movimentos de avanço a retorno.
Essa diferença de áreas é devida à área da haste, que é fixada ao pistão. Nesses cilindros, o movimento de avanço é
mais lento que o de retorno, porém exerce um força maior.
O cilindro diferencial de dupla ação é operado o pelo fluido hidráulico nos dois sentidos.
Haste telescópica
carga
haste
avanço retração
carga
para o
tanque
da bomba
da bomba
para o
tanque
Cilindro diferencial de dupla ação
Cilindros
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CILINDRO DE HASTE DUPLA
Cilindros de haste dupla são usados onde é vantajoso se acoplar uma carga em cada extremidade, ou então onde são
necessárias velocidades iguais em ambos os sentidos.
As áreas das coroas são iguais.
O cilindro exerce forças iguais
nos dois sentidos.
São também considerados como cilindros de dupla ação, porém são classificados como não-diferenciais.
Com áreas iguais em cada lado do pistão, esses cilindros fornecem velocidades e forças iguais em ambas as direções.
Qualquer cilindro de dupla ação pode se tornar em um de simples efeito, drenando-se o lado inativo para o tanque.
Um cilindro de dupla haste é também de dupla ação, porém não é diferencial.
Construção do cilindro
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CONSTRUÇÃO DO CILINDRO
OBJETIVOS
• classificar a vedação usada na construção de um cilindro;
• identificar cilindros quanto à construção e capacidade;
• determinar o volume de um cilindro em litros;
• demonstrar, por fórmulas ou tabelas, velocidade, pressão e fluxo do cilindro.
COMPONENTES DE UM CILINDRO
As peças essenciais de um cilindro são:
um tubo, um pistão, uma haste, tampas a retentores adequados. Os tubos, geralmente, são de aço sem costura, retifica-
do na parte interna. O pistão, de ferro fundido ou de aço, incorpora retentores para reduzir vazamentos entre o pistão e
a parede do tubo.
Construção de um cilindro
Os anéis de segmento, do tipo usado em automóveis, são empregados quando se pode admitir um pouco de vazamento.
Para aguentar cargas ou então para controlar velocidades lentas, alguns fabricantes usam anel T com dois anéis de
encosto back-up .
Os pórticos do cilindro são localizados nas tampas, que são fixadas rigidamente nas extremidades do tubo, por meio de
tirantes a porcas. O retentor da haste é do tipo de cartucho, no qual estão montados o retentor propriamente dito e um
anel limpador para eliminar impurezas da haste.
O tipo cartucho facilita a reposição dos retentores.
MONTAGENS DOS CILINDROS
Vários tipos de montagens para cilindros fornecem flexibilidade na instalação dos mesmos.
Geralmente, as extremidades das hastes são roscadas para serem ligadas diretamente à carga ou a um acoplamento.
Construção do cilindro
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CAPACIDADE DOS CILINDROS
A capacidade de um cilindro é determinada pelo seu tamanho e sua resistência à pressão.
A maioria dos cilindros tem uma haste-padrão, porém hastes pesadas a extrapesadas também são disponíveis.
O tamanho do cilindro é definido pelo diâmetro do pistão e pelo curso da haste.
A velocidade do cilindro, a força e a pressão necessária para uma dada carga dependem da área do pistão utilizado:
área = A = π d2 = d2 . 0,7854
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onde:
A = área, d = diâmetro e π = 3,1416.
No movimento de retorno, a área da haste tem que ser levada em conta.
Para se determinar o volume em litros, multiplica-se a área em dm2 pelo curso da haste em dm.
A tabela abaixo demonstra a variação dos efeitos de um cilindro quando se mudam o deslocamento, o diâmetro ou a pressão.
Os efeitos são válidos para uma carga constante.
flange quadrada
montagem com
orelhas na base ou
na linha central flange retangular
montagem de face
montagem com
munhões nas
cabeças montagem com aleta
haste duplamontagem com munhão
intermediário
montagem por
tirantes passantes
Alguns estilos típicos de montagem de um cilindro
Construção do cilindro
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FÓRMULAS PARA AS APLICAÇÕES DE CILINDROS
a. Determinar a velocidade de um cilindro, sabendo seu tamanho e deslocamento da bomba em litros por minuto:
b. Determinar o fluxo necessário a uma dada velocidade:
c. Determinar a força a uma dada pressão:
onde a pressão
Mudança Velocidade Efeito sobre a pressão Força disponível
de operação
aumento de pressão sem efeito sem efeito aumenta
redução de pressão sem efeito sem efeito reduz
aumento de vazão aumenta sem efeito sem efeito
redução de vazão reduz sem efeito sem efeito
aumento de ø reduz reduz aumenta
do cilindro
redução de ø aumenta aumenta reduz
do cilindro
Os efeitos são válidos para uma carga constante.
Equipamento opcional
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EQUIPAMENTO OPCIONAL
OBJETIVO
• demonstrar a aplicação de equipamentos opcionais dos cilindros.
OPÇÕES
• Para o pistão, nas operações mais rápidas, o equipamento opcional inclui anéis de segmento.
• Para desacelerar a carga no fim do curso, inclui amortecedores.
• Para evitar cargas laterais excessivas na bucha, quando a haste for estendida, inclui limitador de curso.
Cilindro com amortecedores
1. O fluxo sai livremente do
cilindro até que...
2 . ... a extremidade da haste
alcança a cabeça do cilindro.
5. Uma válvula de retenção
permite fluxo livre reverso para
o avanço do pistão.
4. A taxa de desaceleração
é controlada por um
parafuso de ajuste.
3. O fluxo é obrigado a passar
restringido e causa a
desaceleração do pistão.
Cilindro com amortecedores
Equipamento opcional
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AMORTECEDORES
Os amortecedores são frequentemente instalados em uma ou em ambas as extremidades do cilindro para diminuir sua
velocidade no fim do curso.
Isso evita que o pistão bata contra as tampas nas extremidades.
A desaceleração começa quando uma extensão da haste, de ponta cônica, alcança um orifício na tampa restringindo,
assim, o fluxo de retorno ao tanque.
Essa restrição é regulável.
Inclui-se válvula de retenção para se obter fluxo reversivo livre.
LIMITADOR DE CURSO
O limitador de curso interrompe o curso total do pistão.
Um limitador de curso é um espaçador colocado em cilindros compridos (curso longo) no lado da haste, com a finalidade
de aumentar a distância mínima dopistão à bucha, a fim de proporcionar suporte maior para a carga lateral na haste
diminuindo, assim, o desgaste na bucha.
Tipos de cilindros
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TIPOS DE CILINDROS
Tipo Subtipos (s) Aplicações típicas
Operações de elevação
a) retorno por gravidade por macaco
Simples efeito b) retorno por mola normalmente trabalhos leves
c) retorno por força externa associado a aparelhos de elevação
a) haste simples Tipo mais comum em aplicações gerais
Duplo efeito b) haste passante Para maior rigidez mecânica
ou apoio da haste; por exemplo,
para fortes cargas de flexão
Telescópico a) simples efeito Cursos longos
b) duplo efeito Comprimento mínimo em retração
Quando o cilindro e/ou haste
devem girar com a carga.
Geralmente limitados aos cursos
Rotativo Montado em distribuidor curtos e pressões moderadas
com velocidades de rotação de 1000 rpm
Posicionamento intermediário
ou como recurso de emergência
com comando desde outra fonte
a) dois volumes de energia
De vários Posicionamento intermediário;
volumes b) três volumes ação telescópica; também como
acionamento de emergência
em um ou ambos os sentidos
c) quatro volumes como antes, mas com duplo
efeito com ambas as fontes de
energia, primária e secundária
Combinação de cilindros O cilindro hidráulico confere
Hidropneumático hidráulicos a pneumáticos rigidez ao movimento de um
cilindro pneumático
Juntas para pistões
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JUNTAS PARA PISTÕES
(Nota: As juntas para hastes são escolhidas entre tipos semelhantes)
Tipo Construção Pressão máx. Veloc. máx. Observações
de atrito
psi kg/cm 2 p-s/min
Juntas tóricas Borracha homogênea 1 500 100 40 Para pistões pequenos com
3 000* 200* 40 arruelas de reforço
Juntas retangulares Borracha homogênea 1 500 100 40 Melhor resistência ao
e "quad-rings" enrolamento em espiral
De copo Borracha homogênea, 200 14 70
semi-reforçada 500 35 60
Em U Borracha homogênea, 1000 70 60
couro, tecido 1 500 100 50
impregnado de 5 000 350 100 Tipos muito utilizados,
borracha, laminados 10 000 70 100 também variantes especiais
Borracha homogênea, 1 500 100 50 - 60 2 ou 3 anéis em um conjunto,
Em V (Chevron) couro, tecido 1 500 100 50 - 60 utilizados em conjuntos.
impregnado de 10 000 70 100 Recurso habitual para
borracha, laminados 20 000 140 100 cilindros grandes
Em C (de copo, Tecido impregnado 5 000 350 100 Muitas variantes especiais
para serviço de borracha e modelos originais.
pesado) Tipo muito utilizado
Modelos especiais Compostos de até até — Consultar os fabricantes para
tecido de borracha 10 000 700 dados de desempenho
Muito utilizadas para
Anel Tecido impregnado até até — cilindros grandes e para
prensa-estopas de borracha 10 000 700 trabalhos pesados. Vários
tipos especiais
Reservatórios
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O reservatório ou tanque é um elemento normal na maioria dos circuitos hidráulicos que serve para armazenar o
fluido. Também serve para o enchimento a atua como câmara de dilatação que aceita as mudanças de volume do fluido
no circuito principal, devido ao desequilíbrio volumétrico dos cilindros e/ou à contração a dilatação térmicas do fluido.
Outras funções secundárias são: a eliminação do ar dissolvido no sistema, a sedimentação dos contaminantes e a
dissipação do calor do fluido. Não obstante, estas são funções incompletas, já que o reservatório, por si só, não é
suficiente para essas tarefas secundárias.
O modelo dos reservatórios ainda não obedece a padrões definidos. Mesmo as dimensões (volume) são arbitrárias.
Em geral, o modelo tende a seguir a prática comum e assim às vezes fazem parte da própria estrutura da maquina, e
outras, constituem depósitos independentes ou fazem parte da bomba. A última solução é bastante freqüente e, em
certos casos, a bomba é submersa no fluido. As recomendações da JIC (Joint Industry Conference) costumam ter ampla
aceitação no caso de reservatórios abertos para as aplicações industriais, embora os reservatórios de aviação e outros
de tipo especial tenham suas especificações próprias mais rígidas. A Figura 1 mostra um reservatório segundo reco-
mendações JIC que pode servir de guia na prática. Convém notar também que, em geral, é preferível projetar o reserva-
tório como elemento separado e não integrado porque assim é mais accessível e funciona melhor como
radiador-refrigerador. Deve-se considerar, além disto, que se a bomba for montada no reservatório e muito perto de uma
máquina sensível à vibração, será preciso isolar bem o conjunto para que a vibração da bomba não se comunique à
máquina.
TIPOS DE RESERVATÓRIO
Basicamente são dois: abertos a fechados. Os primeiros são simples tanques de armazenamento, abertos para a pres-
são atmosférica. Os reservatórios fechados podem ser de pressão ou sem pressão. Os reservatórios de pressão atuam, de
certo modo, como acumuladores, além de desempenharem sua função normal; de fato podem combinar ambas as funções
em um conjunto de reservatório-acumulador em que se economiza muito volume e peso porque a solicitação do acumulador
é relativamente leve. Mas há outros muitos motivos para preferir um reservatório fechado (normalmente sem pressão), tais
como:
a) Sua aplicação em equipamentos móveis, aviação, etc., em que o movimento esvaziaria o reservatório.
b) A proteção contra a contaminação em ambientes em que um filtro aerador seria insuficiente.
c) O efeito de acumulador.
O item b) não será válido em ambientes normais. Um reservatório aberto tem quase sempre uma tampa à prova de
pó que impede a penetração de matérias estranhas; neste caso, a entrada de fluido estará selada e a abertura protegida
com um filtro aerador. A vantagem dos reservatórios desta classe sobre os fechados é que podem ser menores para um
mesmo volume de fluido porque um reservatório fechado requer bastante volume de ar para minimizar as mudanças de
pressão ao subir e descer o nível de fluido, seja por deslocamento volumétrico ou por aquecimento ou esfriamento.
Os reservatórios fechados podem funcionar sob pressão atmosférica ou fechar-se a uma pressão de ar nominal de
0,7 a 1,4 kg/cm2 (10 a 20 psi). Algumas vezes coloca-se uma válvula de dilatação sobre o nível de fluido para reduzir o
excesso de pressão sobre a pressão nominal de enchimento; também pode ter uma válvula de dilatação para proteger
o reservatório se a pressão for muito reduzida. Deve-se evitar que o fluido transborde ao encher o reservatório porque se
reduziria o volume de ar e as mudanças de pressão durante o funcionamento seriam mais pronunciadas. O reservatório
fechado poderá ser considerado, pois, como um modelo mais especializado. Para a maioria das aplicações utiliza-se um
reservatório aberto.
TAMANHO DO RESERVATÓRIO
Teoricamente, o reservatório deveria ser dimensionado generosamente, não só para admitir os desequilíbrios
volumétricos do sistema mas também a fim de facilitar uma superfície máxima para dissipação do calor e refrigeração do
fluido. Contudo, o volume do reservatório não é o único fator que favorece a refrigeração. Em muitos casos, quando o
esfriamento do fluido for questão importante, normalmente será preciso incorporar no sistema meios de refrigeração e
de troca de calor a fim de manter no fluido uma temperatura satisfatória de trabalho.
Há outras objeções contra um reservatório superdimensionado, como o custo e tamanho, o fluido adicional requerido
pelo sistema e o maior tempo de preaquecimento na partida a frio, devido ao maior volume de fluido.
RESERVATÓRIOS
CAPÍTULO IV
Reservatórios
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 Para decidir o tamanho adequado há várias regras empíricas:
a) A capacidade mínima deve ser o dobro da vazão da bomba em litros por minuto. Assim, determina-se “grosso modo”
o “tamanho mínimo” de reservatório, mas não necessariamente o tamanho suficiente para qualquer sistema, princi-
palmente para os de desequilíbrio volumétrico importante.
b) A capacidade do reservatório deve ser o triplo da vazão da bomba em litros por minuto, normalmente expressa como
o volume de fluido bombeado em três minutos. O aumento de 50% de volume com respeito a a) costuma bastar para
admitir os volumesnormalmente não compensados.
c) A capacidade do reservatório deve ser de 23 a 451 (5 a 10 galões) por cavalo de potência do sistema. Em geral, esta norma
também é satisfatória, sempre que as dimensões assim calculadas não forem inferiores às que seriam deduzidas de a).
As dimensões baseadas nestas regras supõem que o reservatório guarde as proporções convencionais. As formas
especiais requereriam outras considerações a fim de garantir a manutenção de um nível razoável ou fluido no reserva-
tório, sem o perigo de que o sistema capte ar ou sedimentos desde o nível inferior.
QUESTÕES DE MODELO
Todos os reservatórios requerem um dispositivo de enchimento e uma ventilação para evitar a superpressão em um
tubo de enchimento. Em alguns modelos, ambos os dispositivos são transformados em um tubo de enchimento e venti-
lação; também nos reservatórios fechados prevê-se ventilação no orifício de enchimento. Este último deve ser protegido
com um filtro de tela metálica, embora o enchimento seja feito com óleo pré-filtrado ou procedente de um recipiente
hermético. Trata-se de uma precaução adicional – e necessária – para impedir a contaminação do fluido. A figura 2
mostra algumas soluções típicas.
Os reservatórios não estanques também se comunicam com a atmosfera por um orifício na parte superior que,
normalmente, é vedado por um elemento filtrante, como respiro, para evitar a penetração de contaminantes atmosféri-
cos. O tamanho deste orifício de ventilação deve ser suficiente para a descarga de ar do reservatório quando o nível de
líquido sobe à máxima velocidade, e para a máxima admissão de ar quando o nível baixar à máxima velocidade. Deve
Figura 1. Reservatório conforme normas JIC.
Reservatórios
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também permitir a expulsão do ar retido no interior do fluido que este expele através de sua superfície. O tamanho da
ventilação deve ser, pois, suficiente para todas estas vazões de ar e, ao mesmo tempo, para manter a pressão atmosfé-
rica no reservatório. A forma geométrica do dispositivo de ventilação também deve facilitar a expulsão do ar, especial-
mente no caso de um reservatório fechado, porque, do contrário, o ar ficaria retido no fluido.
As conexões da linha com o reservatório são muito importantes. As tubulações de retorno sempre devem ser ligadas
muito abaixo do nível do fluido para evitar que entre ar no sistema. Às vezes, dirige-se a vazão de retorno de modo que se
favoreça a circulação e melhore o esfriamento do fluido, por exemplo dobrando para 45° a ponta do tubo para que a saída de
fluido se volte à parede do reservatório.
O tubo de admissão também é colocado o mais baixo possível, mas sem chegar a recolher os sedimentos do fundo.
Para isto, uma proteção adicional consiste em colocar um filtro na boca do tubo. Outro motivo para situar assim a
admissão é a eliminação de redemoinhos e de toda possibilidade de entrada de ar no sistema.
As tubulações de retorno e de aspiração costumam sair pela parte superior do reservatório; na realidade, são mon-
tadas na parte superior e chegam quase até o fundo. Às vezes, uma ou ambas as tubulações são montadas no fundo,
sendo isto, então, aplicável às pontas, ou seja, devem estar perto do fundo e nunca acima ou perto da superfície do
fluido.
Com um defletor entre as linhas de retorno e aspiração restringe-se a agitação, impede-se que o líquido que entra suje
o filtro de aspiração, a são detidos os resíduos sólidos arrastados pelo fluido de retorno, de modo a facilitar, assim, sedimen-
tação no fundo impedindo a volta à aspiração.
Uma das condições primordiais do projeto de um reservatório é a facilidade de limpeza. No fundo do reservatório costu-
ma haver uma tampa para a drenagem completa. Se nas pontas ou nas laterais houver placas desmontáveis, facilita-se o
acesso ao interior do reservatório para limpar o lodo e para o cuidado periódico do filtro de aspiração. Em alguns casos, a
linha de depuração é desmontável totalmente pela parte superior, o que permite o acesso ao filtro sem esvaziar o reserva-
tório nem desmontar as placas.
DEFLETORES
Além de separar os fluxos de chegada e de saída, os defletores têm outras funções. Os reservatórios simples são de
um só defletor longitudinal que chega a ter três quartos de altura do reservatório (Figura 1). Tanto no número como no
tipo de defletores pode haver muitas variações.
Para atenuar as ondulações do fluido quando o reservatório é usado em um equipamento móvel, são preferíveis os
defletores em série, dispostos perpendicularmente à direção do movimento ondulatório, dividindo o tanque em uma
série de compartimentos entre os quais a circulação de fluido é escassa. Outra solução consiste em dispor as separa-
ções em “labirinto”, de modo que a circulação de uma a outra extremidade seja tortuosa e se amorteça durante os
movimentos que provocam a ondulação.
Adotando uma disposição parecida dos defletores e separando quanto possível as linhas de retorno e aspiração,
consegue-se uma ampla circulação a contra-corrente. Assim, melhora-se normalmente a refrigeração (especialmente
se o fluxo dirigir-se à superfície do reservatório, quanto possível), e também se facilita a expulsão do ar retido. Portanto,
esta solução será adotada quando se requer uma refrigeração ao máximo ou quando a retenção de ar no fluido puder
causar dificuldades. No entanto, convém notar que, no primeiro caso, só se consegue a refrigeração máxima se as
laterais e o fundo do tanque puderem irradiar calor; no segundo caso, a causa dos problemas da retenção de ar deve ser
que o reservatório não está bem projetado ou, principalmente, a disposição dos tubos poderá não estar correta.
As separações horizontais também contribuem para expulsar o ar dissolvido no fluido ou as bolhas. Neste caso, as
separações são de tela metálica fina montada em ângulo agudo com a aresta superior abaixo do nível mínimo de fluido.
Nível de óleo
Desligar para tirar
filtros e limpar
Uniões
submersas
Para a admissão
da bomba
Figura 2. Filtros típicos de admissão.
Devem ser previstos acessos
para a limpeza de filtros sem
retirar o óleo do reservatório
Reservatórios
53
Figura 3 .
Esta espécie de tela limita as bolhas na parte de admissão do reservatório, com o que o ar assim retido escapa pela
superfície do fluido. As telas horizontais também são eficazes quando se quer provocar a subdivisão das gotículas nos
fluidos emulsionados com água para não acumulá-la no fundo do reservatório. As separações convencionais nem sem-
pre são recomendáveis nos reservatórios que contêm tais fluidos, embora tendam a recolher as gotas de água. Em todo
caso, nas emulsões com água costuma ser mais importante acionar a circulação no reservatório do que procurar
amortecê-la ou regulá-la porque assim se impediria a separação da água.
CONSTRUÇÃO
Quase todos os reservatórios de tipo industrial (ventilados) são de aço doce com uniões soldadas. Com frequência,
escolhe-se a espessura do material de modo arbitrário mas, no mínimo, recomenda-se que seja de 3 mm. Depois de
Figura 4 .
Reservatórios
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construído o reservatório é submetido a jato de areia para eliminar a corrosão superficial e a casca. Para o acabamento
interno a externo emprega-se pintura de resistência adequada. A escolha desta depende de se o reservatório destina-se
a conter líquidos sintéticos; uma pintura resistente ao óleo não seria apropriada neste caso.
Todo reservatório deveria ter um indicador de nível que pode ser uma simples janela para permitir ver o nível de
líquido ou um tubo externo. Alguns reservatórios têm indicadores mais complicados a outros uma simples vareta de
imersão com níveis máx. e mín. Neste último caso, a vareta deve ser roscada e fechar-se sobre uma junta. Nos
reservatórios herméticos em que a manutenção de um nível correto é importante, é mais comum o indicador de
vareta, embora também sejam adequados os de janela.
RESERVATÓRIOS HERMÉTICOS
Se o reservatório é hermético e com ar sob pressão, o ar sobre o nível do fluido de um tanque simples, como o da
Figura 3, pode chegar,por efeito da pressão, a dissolver-se no líquido até a super-saturação: o ar será depois liberado
em algum outro ponto do sistema. No entanto, estes tanques sob pressão deram bons resultados em uma grande
variedade de aplicações, mesmo em instalações para a aviação. Para reduzir o tamanho do tanque a para este conter
um volume adequado de ar, a fim de que a relação de compressão minimize a diferença de pressões entre os níveis
superior e inferior, a parte superior do tanque é ligada com uma câmara de ar independente, ou mesmo com uma
entrada externa equipada com uma válvula de dilatação.
A relação de compressão adequada e a proporção de ar e fluido apresentam exatamente a mesma dificuldade que
no caso dos acumuladores.
Outra solução que se aceita hoje em dia consiste, em geral, em acoplar ao reservatório uma “bolsa de respiração”
com mudanças volumétricas do fluido. Neste caso, o modelo do reservatório é basicamente semelhante ao do acumu-
lador de bexiga, embora não exija em absoluto uma construção tão estrita. O volume de ar é de pouca pressão, de
0,7 a 1,4 kg/cm2 (10 a 20 psi), ou então a bolsa mantém a pressão atmosférica. Esta disposição de ar e fluido separa-
dos elimina também o problema da supersaturação do fluido sob pressão. A Figura 4 mostra os elemento deste
sistema: o compartimento que corresponde ao fluido pode expelir também o ar retido e recolher o sedimento no fundo
do reservatório.
Os tanques para sistemas hidráulicos de aviação apresentam problemas especiais; o principal é a queda da
pressão atmosférica com a altura. A bomba não pode gerar uma pressão de sucção maior do que a barométrica, se o
tanque for aberto a por isto é imprescindível um tanque hermético para o funcionamento em grande altura (a uma
altura tal que a pressão absoluta necessária na admissão da bomba, mais a queda de pressão entre tanque e bomba,
superem a pressão atmosférica). A queda de pressão pode ser um fator importante, já que a temperatura dos fluidos
chega a ser muito baixa em grande altura. Assim, o tanque com ar sob pressão pode chegar a ser essencial para
evitar a cavitação da bomba.
No caso de vôos acrobáticos, o problema se complica porque o tanque deve alimentar o sistema em qualquer
forma de vôo, impondo-se o use de um tanque esférico de cujo interior partem as tubulações de aspiração e retorno.
O reservatório deverá estar cheio de fluido em mais da metade de sua capacidade para cobrir sempre a parte do tubo
dentro do tanque. Outra solução consiste em utilizar um tubo de aspiração flexível com um peso em uma extremida-
de, montado dentro do tanque, como se vê na Figura 5. A extremidade aberta ‘’cai”, seguindo os movimentos do fluido
e sempre fica submersa; além disto, o tanque pode ser menor com menor relação de compressão. Em equipamentos
e máquinas especiais, com movimentos em dois ou três planos, pode-se adotar soluções semelhantes para reserva-
tórios hidráulicos industriais.
Figura 5.
Reservatórios
55
RESUMO DOS FATORES DE SELEÇÃO DE RESERVATÓRIOS
Critério Recomendações Observações
ou componente ou tratamento
Forma Retangular A melhor para a maioria das aplicações. São
preferíveis os tanques à parte devido à melhor
refrigeração.
Esférica Emprega-se nos depósitos herméticos sujeitos a
muito movimento (por exemplo, vôo acrobático).
Parte integrante da máquina A disposição é mais compacta, mas a refrigeração
e o acesso para a limpeza são limitados.
Tamanho Volume 2 ou 3 vezes a vazão Solução válida para a maior parte das aplicações.
da bomba em minutos.
Linha de retorno Que desemboque perto Para evitar a entrada de bolhas
do fundo do reservatório.
Extremidade curva Para promover circulação e dirigir o fluido para as
paredes do reservatório.
Filtro no retorno Não é necessário
Linha de admissão Desde perto do fundo Para eliminar a turbulência e a entrada de ar. Mais
do tanque importante em equipamentos móveis que em
instalações estáticas.
Isolada do fluxo de retorno Separada por uma divisória ou a uma distância
adequada.
Filtro da linha de sucção Em geral é um elemento-padrão.
Acessos para limpeza Nas laterais ou nas Necessários para limpeza completa do tanque
extremidades depois do esvaziamento.
Respiro Na parte superior – deve ser Com elemento filtrante para evitar a entrada de
de tamanho suficiente para contaminantes atmosféricos.
manter a pressão
atmosférica dentro
do tanque
Abertura Necessária para o Com dispositivo de enchimento. O tubo de
enchimento ventilação pode servir para este fim.
Bujão de esvaziamento Necessária para a limpeza Para drenagem periódica.
(no fundo do tanque)
Válvula de alívio de pressão Na parte de ar somente Necessária unicamente em tanques fechados.
Defletores Um ou vários, conforme Muito recomendáveis em todo tipo de
modelo a aplicação reservatórios, exceto nos que utilizam líquidos
emulsionados com água.
Telas metálicas internas a) Para a vazão de retorno Servem para eliminar as bolhas quando estas são
prejudiciais ao sistema,
b) Horizontais Servem para evitar a separação de água no fundo
no caso de fluidos emulsionados com a mesma.
Cavitacão da bomba Utilizar um reservatório Pode compensar a queda da pressão atmosférica
com pressão de ar (por exemplo, a grande altura).
Reservatórios
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RESUMO DOS FATORES DE SELEÇÃO DE RESERVATÓRIOS
Critério Recomendações ou Observações
ou componente tratamento
Nota: a cavitação provém talvez de um filtro
obstruído na admissão. Daí a necessidade de
uma limpeza regular.
Refrigeração a) Modelo do tanque O líquido deve circular intensamente pelas
laterais do tanque.
Nota: Deve-se evitar a turbulência porque
poderia perturbar a vazão de admissão.
b) Posição do tanque Deve estar livre para irradiar eficazmente o
calor.
Aquecimento Aquecedor do Método simples de economia
tanque de energia para elevar a temperatura de
trabalho em ambientes frios.
Desaeração Modelo do tanque Os defletores podem contribuir
e ventilação adequada consideravelmente para a desaeração.
Sedimentação de Modelo do tanque A geometria da linha de retorno
contaminantes a tipo de circulação e a posição dos defletores
facilitarão a retenção e a sedimentação dos
contaminantes sólidos no fundo do tanque em
condições de circulação muito lenta.
Indicador de nível a) Janela ou tubo lateral Apropriada para a maioria dos tanques.
b) Vareta de imersão Deve ser roscada
Nota: em um tanque fechado é imprescindível
um indicador de nível.
Ar sob pressão De 0,7 a 1,4 kg/cm2 em O tanque pode ser ligado a um recipiente de ar
tanques herméticos à parte ou a uma fonte externa de ar
comprimido para reduzir o volume do tanque,
mantendo uma relação de compressão
adequada.
Acabamento Pintura de boa É preferível pintar o tanque interna
resistência ao líquido e exteriormente, sempre por dentro se for
de aço.
Atenuação das a) Defletores Pode ser imprescindível
ondulações em equipamentos móveis.
b) Tanque estanque e com Talvez seja mais positivo
ar sob pressão em aplicações difíceis.
Amortecimento Tanque com ar sob pressão Funciona como acumulador e como
reservatório ao mesmo tempo.
Reservatórios
57
COMPONENTES
Visores: são utilizados para facilitar as verificações do nível do fluido.
Plugue de drenagem: o fluido do tanque possibilita, pelo seu formato, que o fluido seja drenado através de um plugue.
Tampas: as tampas devem ser de fácil remoção para facilitar a limpeza do tanque.
Filtro de tela: na abertura para abastecimento do fluido, deve ser colocada uma tela filtrante para evitar a contaminação
do fluido.
Respirador: o tampão para respiro deve ter um filtro de ar para manter a pressão atmosférica no interior do reservatório,
esteja ele cheio ou vazio.
Em geral, quanto maior for a vazão, tanto maior deve ser o respirador.
Válvula para regular a pressão atmosférica: essa válvula é utilizada somente nos reservatórios pressurizados, em
substituição ao respirador.
Chicana: a chicana ou placa de separação controla a direção do fluxo no tanque por meio da separação da linha de
entrada da linha de retorno, evitando, assim, a recirculaçãocontinua do mesmo óleo. A chicana deve ter uma altura de
2/3 do nível do fluido.
A chicana apresenta as seguintes funções básicas:
• evitar turbulência no reservatório;
• permitir o assentamento de impurezas;
• ajudar a dissipar o calor através das paredes do tanque.
2. A turbulência no tanque
é evitada obrigando o
fluido a tomar uma
trajetória indireta para
chegar à sucção da
bomba.
Para a bomba Linha de retorno
3. Ao chegar ao filtro de sucção, o
óleo está arrefecido e livre de
partículas de ar em suspensão.
1. O fluxo que retorna é dirigido
às paredes do reservatório.
Chicana
Reservatórios
58
MONTAGEM DE LINHAS
Dos diversos tipos de linhas para o reservatório, a maioria termina abaixo do nível do óleo.
As linhas, de forma geral, apresentam as seguintes características:
• As linhas de sucção a de retorno devem estar abaixo do nível do fluido para evitar que o ar se misture com o óleo e
forme espuma. As linhas de sucção e de retorno que não tenham filtros acoplados devem ser cortadas num ângulo de
45° para evitar uma restrição às correntes normais do fluxo.
• Nas linhas de retorno, a abertura angulada deve ser posicionada de maneira que o fluxo seja dirigido às paredes do
tanque, no lado oposto à linha de sucção da bomba. As linhas de dreno devem terminar acima do nível do fluido para
evitar a formação de uma contrapressão nas mesmas ou evitar um sifonamento.
CONEXÕES DE LINHAS
As conexões apresentam as seguintes caracterfsticas:
• As linhas que terminam abaixo do nível do óleo são conectadas ao tanque por meio de flanges com vedação, para
evitar a penetração de sujeira e facilitar a remoção dos filtros para a limpeza. Por essa razão, as conexões devem ser
apertadas o suficiente para permanecerem conectadas.
• As linhas que terminam acima do nível do óleo devem apresentar conexões bem vedadas para não permitir a
entrada de ar no sistema.
DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO
O reservatório de grandes proporções facilita o resfriamento e a separação dos contaminadores. Porém, no mínimo, o
reservatório tem que conter todo o fluido do sistema como, também, manter um nível suficientemente alto de fluido.
A manutenção adequada do nível de fluido evita o efeito de rodamoinho na linha de sucção, o qual, se ocorrer, fará com
que haja mistura de ar com o fluido.
Existem alguns fatores que devem ser considerados no dimensionamento de um reservatório, como, por exemplo:
• a dilatação do fluido devido ao calor;
• alterações do nível devido à operação do sistema;
• a área interna do tanque exposta à condensação de vapor de água;
• calor gerado no sistema.
Nos sistemas hidráulicos móveis ou aeronáuticos, é comum que os benefícios de um reservatório grande tenham que
ser sacrificados devido às limitações de espaço e peso.
Nos sistemas hidráulicos industriais costuma-se dimensionar o reservatório com, pelo menos, duas ou trés vezes a
capacidade da bomba em litros por minuto, ou seja:
REGRA GERAL
volume do tanque = capacidade da bomba (1/min) x 2 ou 3
onde:
2 = capacidade mínima do tanque
3 = capacidade máxima do tanque
Manômetros
59
MANÔMETROS
A escolha do instrumento adequado para medir a pressão em circuitos hidráulicos é muito limitada (ver tabela I). O
mais comum é o tubo de Bourdon que é fabricado como manômetro de disco, embora quando se requer um instrumento
mais robusto e se a precisão não é essencial, emprega-se o de êmbolo com mola. Este último só dá uma indicação
aproximada da pressão e, se for usado como instrumento de serviço contínuo, só se pode esperar que marque mudan-
ças de pressão bastante significativas, tais como as que são devidas a uma perturbação do sistema ou a falhas incipientes.
Os instrumentos mais adequados, como os de tipo Budenberg, são caros a delicados e por isto não costumam ser
instalados no circuito. Só são empregados como instrumentos-padrão ou de teste para verificar periodicamente a preci-
são dos demais instrumentos de medida no circuito.
Na forma mais simples, o tubo de Bourdon é um tubo de parede fina em arco (ou em “C”). Uma ponta é fixa e aberta
para admitir a pressão; a outra é fechada mas fica livre. Quando se aplica pressão ao tubo, o “C” tende a endireitar-se e
o movimento da ponta livre é proporcional à pressão.
Este movimento é indicado por ligação da extremidade livre com um mecanismo adequado que aciona um ponteiro
em seu centro. Além de medir o movimento, este mecanismo o amplifica, fazendo o ponteiro girar 270°, seguindo o
deslocamento de uma engrenagem. A Figura 1 mostra um manômetro Bourdon.
A maioria dos manômetros Bourdon deste tipo são de metais não ferrosos, embora às vezes se use o aço. O movi-
mento do ponteiro depende da amplificação proporcionada pelo mecanismo (normalmente de 20:1) e do ângulo do
comprimento do arco em que o tubo está dobrado. Assim, quanto mais comprido for o tubo (circunferencialmente) maior
será o desvio. É comum que o arco seja de 270°, mas também há tubos que são dobrados com várias voltas em forma
de espiral helicoidal ou de espiral plana. Os primeiros são usados em instrumentos para medir pressões de até
5 600 kg/cm2 (80 000 psi), enquanto as espirais planas servem para medir pressões relativamente baixas.
Figura 1. O manômetro Bourdon é o mais adequado para
aplicações hidráulicas.
A precisão de um manômetro Bourdon é aceitável, apesar da tendência a variar com o uso. A norma BS (British
Standard) 1780 especifica que a precisão destes manômetros, quando novos, deve oscilar entre ±1 % da graduação
máxima. Na prática é mais seguro supor que a precisão provável de um manômetro Bourdon seja da
ordem de ± 2 1/2% da escala total.
Surge então a importante questão mostrando que o instrumento empregado deve ter um desvio adequado em toda
a escala, compatível com a pressão a medir, ou seja, as leituras normais deveriam estar situadas na ponta superior da
escala. Do contrário, o erro provável seria proporcionalmente major. Os manômetros devem ser de bom tamanho, embo-
ra normalmente sejam recomendados os discos de um diâmetro mínimo de 15 cm (6 polegadas) e, preferivelmente, de
20 e até 25 cm (8” a 10").
A precisão do manômetro também dependerá da instalação, das condições de serviço e, em particular, da proteção
contra as sobrecargas súbitas e os golpes que poderiam descalibrá-lo.
Para o uso continuo “no circuito”, o manômetro deve ser montado em um suporte rígido, isolado das vibrações
mecânicas devidas à bombas, às válvulas ou à máquina que poderiam perturbar seu delicado mecanismo. A montagem
em um painel de instrumentos à parte é uma solução lógica, mas não há inconveniente em montar o manômetro na
máquina ou mesmo em um tubo rígido, sempre que o ponto de fixação estiver livre de vibrações. No entanto, é preferível
manté-to completamente isolado.
CAPÍTULO V
Manômetros
60
Painel
Manônetro Tubo capilar Válvula de
desligamento
Figura 2. Modo de instalação de manômetro. O painel deve ser
unido a uma parte estática da máquina. O manômetro
é ligado com um tubo capilar e a válvula permite
desligá-lo.
Para o manômetro
Válvula tipo
conjunto
Pressão
Figura 3
Mais importante é a proteção do manômetro contra variações de pressão que ocorrem comumente em circuitos
hidráulicos. Um dos métodos em que se requer a leitura contínua consiste em ligar o manômetro por meio de um tubo
capilar, como se vê na Figura 2. Este tubo atua como amortecedor do choque hidráulico mas não afeta a leitura da
pressão constante. Pode-se também incorporar uma válvula de fechamento para isolar completamente o manômetro, se
necessário. A ligação por tubo capilar em espiral ajudará também a isolar o manômetro contra choques mecânicos,
sempre que o mesmo for montado em separado.
Entre os meios de proteção estão os amortecedores ou dispositivos de proteção de montagem na linha de ligação
com o manômetro. Basicamente, trata-se de dispositivos de estrangulamento que restringem a vazão e amortecem as
flutuações da pressão. Podem vir já ajustados ou o ajuste pode ser feito mediante uma válvula de agulha.Todos estes dispositivos de estrangulamento perdem a eficiência se diminuir a viscosidade do fluido; portanto, não
proporcionam uma proteção suficiente com líquidos de baixa viscosidade.
Se o manômetro estiver permanentemente em circuito e se a pressão deste for normalmente constante, mas sujeita
a aumentos súbitos e intermitentes, pode-se proteger o instrumento com uma válvula tipo cogumelo, calibrada e coloca-
da na admissão do mesmo (Figura 3). Para pressões normais, a força da mola supera a do levantamento da válvula e o
fluido passa livremente enquanto a válvula permanece em seu assento. Uma sobrecarga repentina levanta a válvula,
contra a ação da mola, para a posição superior, fechando desta forma a corrente principal de fluido. Então, este só pode
ser transmitido ao manômetro pelo estreito conduto que atravessa a válvula pelo centro, ficando muito estrangulado de
modo a amortecer o choque. Também existem amortecedores de montagem independente com base neste sistema.
A maneira mais eficaz de proteger o manômetro consiste em isolá-to completamente do circuito principal a ligá-lo só
quando for para efetuar uma leitura. Os dispositivos, acionados manualmente e que podem ser instalados na tubulação
de derivação do manômetro, vão desde a simples válvula de fechamento até a de agulha, mas neste caso a proteção
Manômetros
61
ocorrerá se o operador lembrar-se de fechar as válvulas depois de efetuada a leitura. Os erros do operador serão
evitados se for acop!ada uma válvula manual para isolar automaticamente o manômetro enquanto o operador soltar o
dispositivo de acionamento da mesma.
A Figura 4 mostra uma válvula deste tipo. Normalmente está fechada e, assim, o manômetro fica isolado e marca
pressão nula; ao introduzir a corrediça contra a ação da mola, o manômetro fica ligado à linha e se faz a leitura. Ao
liberar a corrediça, esta volta à sua posição inicial e isola o manômetro.
É possível também a solução de acoplamentos automáticos nos pontos do sistema onde for preciso fazer uma leitura
de pressão. Neste caso, com um só manômetro se atende a todo o sistema, ligando-o a um acoplamento que irá sendo
posto em vários pontos para fazer as leituras. Se houver uma sobrecarga brusca quando o manômetro estiver ligado
não se tem proteção; se for necessário, pode-se incorporar um amortecedor no conduto.
Quando se requer uma medição contínua da pressão em um sistema sujeito a amplas flutuações e não se pode
contar com a proteção de amortecedores ou tubos capilares, às vezes será necessário recorrer ao manômetro de
pistão, muito menos preciso. Também pode-se encontrar uma posição mais adequada para o manômetro quando
estiver ligado a um volume bastante considerável de fluido que pode causar um efeito de amortecimento. Esta solução
é esquematizada na Figura 5 com o manômetro ligado diretamente no cilindro de uma prensa grande. A capacidade
amortecedora do grande volume de fluido no cilindro garante que só cheguem ao manômetro as variações de pressão
relativamente atenuadas.
MANUTENÇÃO
Para ter a certeza de que as leituras são precisas, deve-se verificar periodicamente o ajuste dos manômetros. Em geral,
recomendase uma verificação anual. Se as leituras forem importantes, a verificação deverá ser mensal ou pelo menos
bimestral, especialmente se o manômetro for empregado para regular o circuito, quer o uso seja contínuo quer não.
Figura 4. Válvula manual que desliga o manômetro
exceto em caso de leitura.
Figura 5. Forma ótima de medir a pressão em uma prensa
grande. A capacidade de amortecimento do
cilindro protege o manômetro.
Para o manômetro
Drenagem Pressão
Manômetros
62
UTILIZAÇÃO DOS MANÔMETROS
Em alguns circuitos, os manômetros ligam-se meramente com o fim de verificar se a pressão do sistema é de certa
ordem, e servem para indicar a presença de falhas quando a pressão diminuir indevidamente. Não obstante, um sistema
bem projetado deve ter manômetros (ou pelo menos prever as devidas ligações) em todos os pontos em que a medida
da pressão for um dado importante para o sistema funcionar com precisão ou para a detecção de avarias.
Em circuitos complicados é muito útil o controle da pressão. Vê-se facilmente que os “pontos de pressão” mais importantes
acham-se no sistema piloto, já que neles se manifesta de imediato a causa possível da falha de uma válvula principal.
Várias derivações de pressão podem ser colocadas na linha entre a válvula piloto e a principal, ou então a válvula
piloto poderá ter uma abertura especial para abrir o conduto para o manômetro, quando a válvula funcionar.
Para não ter que colocar um manômetro em cada ponto, existe uma válvula multivia que liga sucessivamente os
diversos pontos a um só instrumento.
Pesos
Manômetro
Pistão
Óleo Êmbolo regulável
Figura 6.
O método mais simples de verificapão consiste em comparar as leituras com as de um instrumento de teste mais
preciso (preferivelmente do tipo Budenberg), embora ao se verificar vários manômetros seja rentável a compra de um
verificador de contrapesos que é um aparelho padronizado para medir pressões, constando de um êmbolo roscado e de
um conjunto de plataforma com contrapesos, como o do esquema da Figura 6. O instrumento é enchido com óleo e
aumenta-se a pressão até o nível necessário para a adição de contrapesos na plataforma. Faz-se girar o êmbolo até que
a pressão adicional consiga levantar os pesos; faz-se com que estes girem para compensar erros por atrito. Neste
momento, a pressão do sistema alcança o valor desejado a se faz a leitura. Pode-se comparar assim as leituras de um
manômetro-padrão com as do que é verificado.
Se o manômetro ligado à máquina não voltar a zero ao cessar a pressão, a primeira verificação consistirá em desligá-
lo da linha. Se então o ponteiro cair até zero, é indício de que a falha era devida ao ar retido no tubo do manômetro e
desaparecerá em pouco tempo. As leituras sob pressões mais altas não são afetadas. Se o ponteiro não voltar a zero,
deve-se corrigir o manômetro como indicaremos. Uma das causas comuns dos erros de zero nos manômetros hidráuli-
cos é a súbita queda de pressão que deforma o mecanismo. Se isto acontecer, será adotada uma das medidas de
proteção antes mencionadas.
Se o erro for constante em toda a escala, corrige-se extraindo o ponteiro com um extrator: desaloja-se do eixo cônico e
coloca-se de novo no valor correto com a ajuda de um pequeno martelo. Se o erro não for constante, pode-se corrigir criando
a multiplicação do movimento. Normalmente, este ajuste é feito com um cursor situado na ponta do quadrante dentado. Ao
apartar este cursor do pivô a multiplicação diminui. Quando se tira o ponteiro deve-se aproveitar a ocasião para inspecionar
o mecanismo. Em geral, o desgaste de uma peça significará que o instrumento foi submetido a vibração ou pulsações de
pressão e, provavelmente, será preciso trocar o mecanismo. Para evitar que isto se repita ao voltar a instalar o manômetro,
procura-se isolá-to da fonte de vibração, conforme já se estudou anteriormente nesta seção. Mas se por qualquer motivo for
impossível montá-to em lugar mais adequado, talvez o mais conveniente seja adquirir um destes instrumentos especiais
para receber a vibração e a pressão de impulso.
Quando o instrumento for manejado sem o vidro, não se pode tocar no disco com as mãos sujas e, se for preciso
desmontá-lo, deve-se pegar pelas bordas.
Manômetros
63
Figura 7. Circuito que mostra a situação dos
pontos de controle.
Figura 8. Válvula rotativa de união de vários
pontos com um só manômetro.
Como ilustração, um circuito simples é representado na Figura 7. No circuito, a válvula piloto de solenóide controla
um cilindro R1 e outra válvula piloto o R2. R2 funciona primeiro e a bomba PF1 é carregada pela válvula de solenóide S1
e pela de descarga VL-1.
A válvula limitadora VL-1 aplica a pressão piloto a válvula do cilindro R2. Na posição inferior do curso de R2, a válvula
limitadora LV2 inverte o movimento de R2 e simultaneamente fecha a de descarga UL2. Finalmente, LV2recupera sua
posição inicial pela pressão de S1. Os demais controles são elétricos.
Há tomadas de pressão P1, P2, etc., em todos os pontos do circuito piloto onde varia a pressão quando uma válvula
funciona. No caso de válvulas piloto, a tomada situa-se imediatamente depois da válvula, mas nas válvulas principais há
necessidade de uma abertura independente. Este esquema não leva em conta a pressão nos cilindros, visto que só se
refere ao funcionamento das válvulas. Se a pressão nos cilindros for importante, deve-se registrar com válvulas separa-
das dispostas em cada um deles.
Para um controle imediato da pressão é muito conveniente dispor uma válvula de vias múltiplas que pode girar para
ligar sucessivamente cada ponto, P1, P2, etc., com o manômetro. A Figura 8 mostra essa válvula que consiste em um
disco (1) fixo no painel em que foi feita uma série de aberturas para os tubos (2). Um disco giratório (3) é acionado por
um ponteiro (4), a fim de ir enfrentando sucessivamente as ligações na abertura. Cada posição é marcada com disposi-
tivos de esfera com mola (5). O impulso devido à pressão é absorvido pelo rolamento (6) e pela porca (7), enquanto que
a peça fixa (8) desvia a pressão para o manômetro.
Cada abertura de amissão tem um obturador com mola calibrada (9) com uma junta tórica para deixar independente
cada entrada. Por um orifício (10) os vazamentos leves de liquido são purgados.
Além de controlar as válvulas (Figura 7) pode-se verificar o estado do filtro mediante leituras, primeiro na admissão e
depois no retorno pelas conexões P2 e P1. Com uma pressão piloto de 28 kg/cm2 (100 psi) e o manômetro graduado em
42 kg/cm2 (600 psi) é fácil detectar uma queda de pressão da ordem de 0,2 kg/cm2 (3 psi) em um disco de cerca de
150 mm (6 pol) ou mais.
INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS DE PRESSÃO
Quase todos os manômetros possuem contatos elétricos para trabalhar como interruptores de pressão, cuja precisão
pode chegar a ser tão alta como a do próprio manômetro com uma tolerância mínima de 1 % ou muito melhor do que a
de outros interruptores.
Esses interruptores costumam ser projetados de modo que a pressão de disparo seja regulada com um ponteiro que
percorre a escala principal. Sua limitação principal é a capacidade do conduto de corrente dos contatos que admitem. Para
intensidades maiores, como as necessárias para o acionamento de válvulas de solenóide e outros dispositivos sob pressões
predeterminadas, deve-se intercalar no circuito um relé secundário com contatos mais potentes.
Manômetros
64
TABELA 1. MANÔMETROS
Tipo Manômetro Observações
Manômetro de líquldo 0-48 pol Hg (0 - 1,2m Hg) Sem aplicações hidráulicas.
Diafragma 0-15 psi (0 - 1 kg/cm2) Só para pressões muito baixas.
Foles metálicos — Pode adaptar-se a medição de altas pressões
mas geralmente com pouca precisão.
Pistão com mola 0- 10 000 psi (0 - 70 kg/cm2) Sólido e geralmente à prova de
choque hidráulico mas pouco preciso.
Tubo de Bourdon 0-80 000 psi (0 - 5 600 kg/cm2) O mais utilizado com precisão
até ± 1 1/2% da escala
Manómetro Bourdon 0-80 000 psi (0 - 5 600 kg/cm2) Grande precisão.
de precisão
Manômetro Budenberg 0-100 000 psi (0 - 700 kg/cm2) Grande precisão (± 0,25%). Só se
emprega como aferidor
Manômetro Budenberg 0-100 000 psi (0 - 7 000 kg/cm2) Precisão extraordinária (± 0,1%)
de precisão mas muito caro e delicado. Só
como calibrador ou para testes.
Piezoelétrico — Pouco desenvolvido ainda, mas com
possibilidade de uso geral.
Eletroelongâmetro — Podem ser usados nos sistemas de
monitoração eletrônica.
Possibilidade de uso geral mas
ainda em fase de investigação.
Fluido hidráulicos
65
FLUIDOS HIDRÁULICOS
OBJETIVOS
• enumerar as funções do fluido hidráulico;
• conceituar fluido hidráulico.
GENERALIDADES
A seleção e o cuidado na escolha do fluido hidráulico para uma máquina terão efeito importante no desempenho dessa
máquina e na vida dos componentes hidráulicos.
A formulação e aplicação dos fluidos hidráulicos é, por si mesma, uma ciência cujo estudo ultrapassa a finalidade desta
unidade. Aqui, encontramos os fatores básicos envolvidos na escolha de um fluido e sua própria utilidade.
Um fluido é definido como qualquer líquido ou gás. Entretanto, o termo fluido , no use geral em Hidráulica, refere-se ao
líquido utilizado como meio de transmitir energia.
Nesta unidade, fluido significará o fluido hidráulico, seja um óleo de petróleo especialmente composto ou um fluido
especial, a prova de fogo, que pode ser um composto sintético.
AS FUNÇÕES DO FLUIDO
O fluido hidráulico tem quatro funções primárias:
• transmitir energia;
• lubrificar peças móveis;
• vedar folgas entre essas peças;
• resfriar ou dissipar o calor.
Observe, nas figuras seguintes, essas funções.
3. O óleo proveniente do lado da
haste retorna ao reservatório após
passar pela válvula direcional.
2. Esta tubulação conduz o líquido
aos atuadores que se
movimentam, gerando uma força
mecânica que move a carga.
1. A bomba empurra o líquido
dentro de uma tubulação.
1.000 kg
Bomba
ao tanque
Transmissão de energia hidráulica
Fluido hidráulicos
66
1. O carretel de uma válvula típica
desliza linearmente... 2. ... internamente no
seu corpo...
3. ... em uma película de
fluido hidráulico (aqui
mostrado
exageradamente).
4. Se esta passagem
está sob pressão, a
película faz a vedação
nas passagens
adjacentes.
O fluido lubrifica as partes móveis
1. Como o fluido hidráulico circula
através das linhas....
2. ... e do reservatório...
Do sistema hidráulico para o sistema hidráulico
3. ... o calor gerado no
sistema é dissipado na
atmosfera.
A circulação resfria o sistema
Principais fluidos hidráulicos
67
PRINCIPAIS FLUIDOS HIDRÁULICOS: ESCOLHA E CARACTERÍSTICAS
OBJETIVOS
• enunciar os principais fluidos hidráulicos;
• enunciar os requisitos básicos de um fluido hidráulico;
• conceituar viscosidade.
FLUIDOS HIDRÁULICOS
Os principais fluidos hidráulicos são:
• água;
• óleos minerais;
• fluidos sintéticos;
• fluidos resistentes ao fogo:
- emulsões de glicol em água;
- soluções de glicol em água;
- fluidos sintéticos não-aquosos.
ÁGUA
É empregada principalmente em velhos e pesados sistemas, como pontes levadiças, comportas, etc. A água é encontra-
da em abundância na natureza e é o mais barato dos fluidos conhecidos. Praticamente não apresenta variação de
viscosidade com a temperatura, é quimicamente compatível com quase todos os materiais de retentores e tem a vanta-
gem de quase não sofrer aumento de temperatura em operação, graças ao seu poder refrigerante.
Entretanto, seu emprego como meio hidráulico é restrito, devido às desvantagens que apresenta, tais como: provocar a
corrosão, possuir propriedades lubrificantes insignificantes e só poder ser empregada em uma faixa de temperatura
relativamente pequena.
ÓLEO MINERAL
É o fluido hidráulico mais usado e, fora a água, o mais barato, sendo compatível com a maioria dos materiais encontra-
dos nos sistemas. Suas propriedades lubrificantes são bastante conhecidas e a faixa de temperatura para sua utilização
é ampla. Apresenta, também, compressibilidade superior à da água.
FLUIDOS SINTÉTICOS
São compostos químicos que podem trabalhar acima dos limites dos óleos minerais. São eles: éteres complexos, silicatos,
silicones e aromáticos de alto peso molecular (polifenilas e éteres de fenila).
São fluidos de custo elevado, devido aos problemas de fabricação, e, dentro de certos limites, satisfazem plenamente a
todas necessidades dos sistemas hidráulicos.
Ao contrário dos óleos minerais, os fluidos sintéticos podem não ser compatíveis com alguns componentes dos siste-
mas. Por essa razão, é preciso cuidado na escolha do fluido sintético a ser usado.
FLUIDOS RESISTENTES AO FOGO
Muitos compostos químicos se enquadram nessa categoria. Porém, são mais comumente utilizados emulsões de óleo
em água, soluções de glicol em água e fluidos não-aquosos.
As emulsões de óleo em água são usadas algumas vezes em sistemas hidráulicos normais, enquanto os outros são
empregados em casosespecíficos.
ESCOLHA DO FLUIDO HIDRÁULICO
Na seleção do fluido hidráulico, deve-se verificar, inicialmente, as condições a que o mesmo será submetido e o tipo de
sistema em que será usado. Os registros básicos para a utilização de um fluido como meio hidráulico são que ele seja
Principais fluidos hidráulicos
68
virtualmente incompressível e suficientemente fluido, de modo a permitir uma eficiente transmissão de energia. Além
disso, é também essencial que tenha boas propriedades lubrificantes.
Completanto essas funções, podem ser exigidas outras qualidades de um fluido hidráulico, tais como:
• prevenir a formação de ferrugem;
• prevenir a formação de lodo, goma a verniz;
• diminuir a formação de espuma;
• manter sua estabilidade a reduzir o custo de substituição;
• manter um índice de viscosidade relativamente estável, numa faixa larga de variações de temperatura;
• prevenir contra a corrosão e erosão;
• separar-se da água;
• ser compatível com vedadores e gaxetas.
Freqüentemente, são incorporados aditivos aos fluidos para melhorar as características acima citadas. Também costu-
ma-se empregar aditivos para prevenir o desgaste dos componentes mecânicos do sistema.
USO DE ADITIVOS
Os aditivos comerciais adicionados aos fluidos hidráulicos dão a esses fluidos propriedades desejáveis como: índice de
viscosidade, fluidez, resistência à oxidação, etc. Entretanto, os fabricantes chamam a atenção alertando que os aditivos
a serem incorporados ao óleo, para torná-to adequado a um sistema hidráulico, devem ser compatíveis entre si, bem
como com o óleo utilizado.
A compatibilidade deve ser determinada pelo fabricante do fluido, que indicará os aditivos adequados a serem utilizados,
salvo se houver condições de se determinar essa compatibilidade através de análises de laboratório.
VISCOSIDADE
A característica mais importante a ser observada na escolha de um fluido hidráulico é a viscosidade. A bomba é o
coração do sistema hidráulico e sua eficiência depende, essencialmente, da viscosidade do fluido bombeado, que deve
estar dentro dos limites especificados pelo fabricante da bomba. De modo geral, são aceitáveis as seguintes faixas de
viscosidade:
• bomba de palhetas .......................... de 100 a 300SUS a 100°F;
• bomba de engrenagens ................... de 300 a 500SUS a 100°F;
• bomba de pistão .............................. de 250 a 900SUS a 100°F.
Observação
100°F = 37,5°C.
Viscosidade é a medida de resistência do fluido ao se escoar, ou seja, é uma medida inversa à de fluidez.
Se um fluido escoa facilmente, sua viscosidade é baixa e pode-se dizer que o fluido é fino ou lhe falta corpo. Um fluido
que escoa com dificuldade tem alta viscosidade. Neste caso, diz-se que é grosso ou tem bastante corpo.
DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE
Alguns métodos para se determinar a viscosidade, em ordem decrescente de precisão, são:
• viscosidade absoluta - Poise:
• viscosidade cinemática - Centistokes;
• viscosidade relativa - SUS e SAE.
A viscosidade dos fluidos hidráulicos normalmente é dada em SUS ou SAE.
Principais fluidos hidráulicos
69
VISCOSIDADE SUS
Para efeito prático, na maioria dos casos, conhecer a viscosidade relativa já é suficiente. Determina-se a viscosidade
relativa cronometrando-se o escoamento de uma dada quantidade de fluido, através de um oriffcio, a uma determinada
temperatura.
Há vários métodos em uso, mas o mais aceito ainda é o do viscosímetro de Saybolt, apresentado na figura seguinte, em
que a viscosidade é medida em Saybolt Universal Seconds !SUS) e é igual ao tempo gasto, em segundos, para o fluido
escoar-se.
A viscosidade Saybolt mede a viscosidade relativa
1. Uma quantidade de
óleo é aquecida a
uma determinada
temperatura...
2. ... por um banho de óleo solvente.
termômetro
Elemento de aquecimento
3. Fazendo-se o escoamento
através de um orifício de
tamanho determinado...
4. ... o tempo decorrido em
segundos mostra a
viscosiade em SUS.
Como o óleo é mais espesso a baixa temperatura e se torna mais fino quando aquecido, a viscosidade deve ser repre-
sentada em tantos SUS a uma dada temperatura. Geralmente, os testes são feitos a 100°F (37,5°C) a 210°F (100°C).
NÚMERO SAE
Os números SAE foram estabelecidos pela Sociedade dos Engenheiros das Indústrias Automobilísticas Americanas
para especificar as faixas de viscosidade SUS de óleos nas temperaturas de testes SAE.
Os números para óleos de inverno (5W, 10W, 20W) são determinados pelos testes a 0°F (-17°C). Os números para óleo
de verão (20, 30, 40, 50, etc.) designam a faixa SUS a 210°F (100°C).
Índice de viscosidade:
70
ÍNDICE DE VISCOSIDADE: CONTROLE DE USO DE ÓLEOS HIDRÁULICOS
OBJETIVOS
• enunciar o conceito de índice de viscosidade;
• enunciar as condições de controle de uso dos fluidos hidráulicos quanto a:
a) contaminação;
b) oxidação.
VISCOSIDADE A TEMPERATURA
O índice de viscosidade (IV) é uma medida relativa da mudança de viscosidade de um fluido com relação às variações
de temperatura. Um fluido que tem viscosidade relativamente estável, a temperaturas extremas, tem um alto índice de
viscosidade. Um fluido que é espesso, quando frio, e fino, quando quente, tem um baixo índice de viscosidade. O gráfico
da página seguinte compara um fluido de 50IV a um de 90IV.
Observe essas viscosidades efetivas em 3 temperaturas:
Note que o óleo de 90IV é mais fino a 17°C a mais espesso a 100°C, porém ambos têm a mesma viscosidade a 37°C.
2. O óleo com IV
50 é mais denso
a 0°F (-17,5°C).
1. Ambos os óleos
têm a mesma
viscosidade de
100°F (37,5°C).
3. A 210°F (100°C)
o óleo IV 50 é
mais fino.
Índice de viscosidade é a medida relativa da mudança de viscosidade com a variação de temperatura
IV (-17°C) (37°C) (100°C)
0°F 100°F 210°
50 12 000SUS 150SUS 41SUS
90 8 000SUS 150SUS l 43SUS
viscosidade
em SUS
Índice de viscosidade:
71
CONTROLE DE USO DE ÓLEOS HIDRÁULICOS
A vida de um óleo em serviço é normalmente determinada por:
• quantidade de contaminantes;
• oxidação.
As substâncias contaminantes que podem estar presentes no sistema são: poeira, fragmentos de desgaste, ferrugem, limalhas
que eventualmente tenham penetrado no sistema, etc. Não há limites definidos para controle, porém bastam somente 0,02%
em peso para contribuir e acelerar o desgaste. Por essa razão, o sistema deve possuir uma filtragem perfeita.
A oxidação causa aumento da viscosidade e do número de neutralização. Se o óleo trabalhar em condições normais, o
processo será lento, garantindo-lhe uma longa vida. Todavia, se houver pontos excessivamente quentes no sistema,
com presença de ar, umidade a substâncias catalisadoras, essa vida pode ser abreviada violentamente, culminando
com a formação de borra a vernizes. Portanto, caso a viscosidade e o número de neutralização aumentem rapidamente,
é necessário verificar-se a razão do mau funcionamento do sistema.
Peneira: é um dispositivo feito de arame (malha) que tem funções semelhantes às do filtro.
Um filtro com indicador a cores mostra quando é necessária a sua limpeza
Filtro de sucção feito de malha de arame fino
Índice de viscosidade:
72
De maneira geral, o óleo deve ser trocado em períodos de seis meses a dois anos. Quando a quantidade de óleo no
sistema justificar, deve-se analisar sua acidez e viscosidade e a presença de água e contaminantes no sistema. Contu-
do, o óleo deve ser trocado, no máximo, a cada dois anos, mesmo que suas características estejam dentro dos limites
permissíveis, pois, com o tempo, pode ocorrer a redução dos teores dos aditivos.
Na ocasião da troca do óleo, é aconselhável a lavagem do sistema com um flushing oil, pois constatou-se, na prática,
que um resíduo de 10% do óleo usado pode reduzir em 75% a vida do óleo novo. Recomenda-se fazer essa lavagem a
100°F, passando o óleo por um filtro externo até a limpeza total. Após a lavagem com o flushing oil, deve-se circular,
inicialmente, uma quantidade mínima de óleo hidráulico, para depois completar-se o nível.
Os plugues magnéticos são placas imantadas utilizadas para reterpartículas de ferro e aço.
A função dos dispositivos, seja filtro ou peneira, é reter os contaminadores quando da passagem do fluido.
TIPOS DE FILTROS
FILTROS PARA LINHAS DE RETORNO
São filtros que retêm as partículas finas antes que o fluido retorne para o reservatório. São úteis, principalmente, em
sistemas que não têm grandes reservatórios que permitam o assentamento dos contaminadores.
O filtro de retorno é de uso quase obrigatório em sistema que utilize uma bomba de alto rendimento, pois a mesma
possui pequenas tolerâncias em suas peças e não pode ser suficientemente protegida, apenas, por um filtro de sucção.
Filtros para linhas de pressão
Existem filtros desenhados para uso nas linhas de pressão que podem deter partículas bem menores que os filtros de
sucção. Um filtro assim pode ser aplicado onde certos componentes, como válvulas, toleram menos sujeira do que uma
bomba. Estes filtros precisam resistir à pressão do sistema e são instalados nas saídas das bombas.
RELAÇÕES NOMINAIS E ABSOLUTAS
Quando se especifica um filtro em tantos mícrons, refere-se à relação nominal do filtro. Um filtro de 10 mícrons, por
exemplo, deterá a maioria das partículas de 10 mícrons ou de tamanho maior. Sua capacidade absoluta, entretanto, será
um pouco maior, provavelmente ao redor de 25 mícrons.
A capacidade absoluta é o tamanho da abertura ou da maior porosidade do filtro e é um fator importante, somente,
quando for condição determinante que nenhuma partícula de um tamanho especificado possa circular no sistema.
RELAÇÃO ENTRE MALHA A MICRON
Uma tela simples ou peneira de arame é classificada pela capacidade de filtrar, por um número de malha ou seu
equivalente. Quanto mais alto for o número da malha ou peneira, mais fina será a tela. Os filtros feitos de outro material,
sem ser tela de arame, são classificados pelo tamanho mícron.
Um mícron equivale a um milionésimo (1 /1 000 000) de um metro. A menor partícula que o olho humano pode ver tem,
aproximadamente, 40 mícrons. A figura seguinte faz a comparação entre vários tamanhos em mícrons com malhas a
peneiras padronizadas. As peneiras são usadas, geralmente, para linhas de entrada ou sucção. Os filtros micrônicos são
mais usados em linhas de retorno.