Aula 2 - HIR 2022

Prévia do material em texto

Hidráulica
Industrial
Prof. Me. Benjamin Batista de Oliveira Neto
Departamento de Processos Industriais
IFAM Campus Manaus Centro
Conteúdo Programático
Cavitação e Aeração
Dimensionamento de Tubulações
Circuito Hidráulico Regenerativo
Vazão Induzida
Pressão Induzida
Válvula de Controle de Pressão
CAVITAÇÃO E AERAÇÃO
Cavitação e aeração são duas das principais
causas de desgastes e quebras de bombas
hidráulicas, e paradoxalmente, são fenômenos
físicos pouco compreendidos, e que causam
muitos danos e reduzem significativamente o
tempo de vida dos componentes.
CAVITAÇÃO
Cavitação é a evaporação de óleo a baixa pressão na linha de sucção em função das restrições e
deficiências que o sistema pode apresentar.
Conforme essas cavidades são expostas à alta pressão na saída da bomba, as paredes das
cavidades se rompem e geram toneladas de força por centímetro quadrado.
O desprendimento da energia gerada pelo colapso das cavidades desgasta as superfícies do metal.
▪ Interfere na lubrificação.
▪ Destrói a superfície dos metais.
Velocidade recomendada para o Fluido
➢ Na sucção < 1,0m/s.
➢ No retorno < 4,0m/s
➢ Na pressão < 5,0 m/s
AERAÇÃO
É a entrada de ar no sistema através da sucção da bomba.
O ar retido é aquele que está presente no líquido, sem estar dissolvido no mesmo.
Problemas:
▪ Oscilação de pressão.
▪ Repetibilidade/Resposta das válvulas de comando eletrônico.
▪ Vibração e desbalanceamento do conjunto motriz, desgaste de rolamentos e eixos.
▪ Deterioração do óleo com perda de aditivos, oxidação e perda de propriedades lubrificantes.
Solução:
Verificar o nível do óleo do reservatório.
Conexões empregadas na linha de sucção (vedação).
Linhas de Retorno
COMO AUMENTAR A VELOCIDADE DO ATUADOR?
Através do aumento de Vazão.
Quais mecanismos possibilitam essa ação?
Trocando uma bomba que forneça maior vazão.
Os custos podem ser bastantes elevados!
Circuito Hidráulico Regenerativo.
CIRCUITO HIDRÁULICO REGENATIVO
▪ O circuito regenerativo surgiu com o objetivo de otimizar os tempos não produtivos durante
os ciclos das operações de máquinas operatrizes, minimizando-os tanto quanto possível.
▪ O comando regenerativo surge, então, como uma alternativa de baixo custo para otimizar os
tempos não produtivos, ou seja, elevar a velocidade durante os deslocamentos de aproximação,
possibilitando velocidades diferenciadas durante o ciclo.
▪ A redução do tempo gasto em cada ciclo é obtida sem adicionar potência ao sistema, e o custo
adicional relativo ao uso de componentes que viabilizam o circuito regenerativo é menor que o
custo da utilização do sistema convencional com maior vazão e, portanto, maior potência.
CIRCUITO HIDRÁULICO REGENATIVO
Situação para analisar
Nesse circuito existe as duas conexões (êmbolo/haste) recebem pressão ao mesmo tempo. Qual o
comportamento do cilindro?
▪ Ficar parado?
▪ Avançar?
▪ Retornar?
CIRCUITO HIDRÁULICO REGENATIVO
Conclusão
O Atuador vai avançar:
➢Maior vazão.
➢Maior velocidade.
➢Menos força.
Qual a maior vazão de um sistema hidráulico?
A vazão da bomba.
>>> ERRADO!
VAZÃO INDUZIDA
Vamos considerar uma bomba com uma vazão de 1L/min.
VAZÃO INDUZIDA
▪ O fenômeno da vazão induzida ocorre pelo seguinte motivo: quando se fornece uma vazão qualquer
para um cilindro de duplo efeito, na tomada de saída do fluido haverá uma vazão que pode ser maior
ou menor que a vazão de entrada.
▪ Logo, a maior VAZÃO de um sistema hidráulico não é a Vazão da Bomba e sim a Vazão Induzida de
RETORNO.
VAZÃO INDUZIDA
Há dois métodos para calcular a Vazão Induzida Qi:
a) primeiro método: a partir das velocidades de avanço e retorno;
b) b) segundo método: a partir da relação de áreas do pistão e coroa.
Fonte: FIALHO, 2019
VAZÃO INDUZIDA
▪ A análise numérica que utiliza as equações leva à conclusão de que filtros, dutos de retorno e
válvulas em geral, que receberão fluido proveniente de cilindros, devem sempre ser
dimensionados a partir da máxima vazão, isto é, a vazão induzida de retorno Qir, pois, do
contrário, criaremos uma pressão induzida.
▪ Nos cilindros de haste dupla e duplo efeito, a vazão induzida no retorno é igual à vazão fornecida
pela bomba.
PRESSÃO INDUZIDA
▪ A pressão induzida é originada da resistência à passagem do fluxo do fluido. Assim, um duto ou filtro
de retorno mal dimensionado, ou qualquer outra resistência à saída de fluido do cilindro, pode criar
uma pressão induzida.
▪ A pressão induzida, assim como a vazão induzida, pode ser maior ou menor que a pressão fornecida
ao cilindro.
PRESSÃO INDUZIDA
Há dois métodos para calcular a Pressão Induzida Pi:
a) primeiro método: a partir das forças de avanço e retorno;
b) segundo método: a partir da relação entre as áreas do pistão e da coroa.
Fonte: FIALHO, 2019
PRESSÃO INDUZIDA
▪ Sempre que possível, devemos evitar a formação de pressão induzida, pois, assim, evitamos
indiretamente o choque hidráulico.
SELEÇÃO DO ATUADOR
Atuadores hidráulicos são
automatismos destinados a guiar
partes de um mecanismo –
articulado ou não – em trajetórias
específicas, produzindo
deslocamentos lineares ou
angulares com acurada precisão
de velocidade e posição, sendo,
ainda, agente de transferência de
força ou torque por meio da
transmissão da energia hidráulica.
SELEÇÃO DO ATUADOR
Dados necessários:
▪ Carga (força necessária) do cilindro.
▪ Tipo de montagem e fixação do cilindro.
▪ Curso do cilindro.
▪ Pressão de trabalho.
Na plaqueta do cilindro
Ø25/18 x 300
De Dh S Legenda
De = Diâmetro do Êmbolo
Dh = Diâmetro da Haste
S = Comprimento do curso
SELEÇÃO DO ATUADOR
▪ Força:
o Avanço:
FA = PA x AE
o Retorno:
FR = PR x AC
Legenda
De = Diâmetro do Êmbolo
Dh = Diâmetro da Haste
S = Comprimento do curso
AE = Área do êmbolo
AC = Área da coroa
FA = Força no avanço
FR = Força no Retorno
vA = veloc. avanço
vR = veloc. retorno
VA = volume avanço
VR = volume retorno
▪ Vazão:
o Avanço:
QA = vA x AE ou QA = VA/ tA
o Retorno:
QR = vR x AC ou QR = VR/ tR
AE
FA, vA
FR, vR
AC
SELEÇÃO DO ATUADOR
3000kgf 5000kgf
EXEMPLO
Sabe-se que:
FA = 3000kgf
FR = 5000kgf
tA = 4s
tR = 3s
Dado que o atuador: Ø100/45x300mm
Pede-se:
Pressão [P]; Vazão [Q]; Potência [N]; Volume reservatório [Vres].
VAZÃO [Q]
o Avanço:
QA = vA x AE
vA = 300mm /4s =
75mm/s
QA = 7,5cm/s x
78,54cm2
QA ≈ 35litros/min
o Retorno:
QR = vRx AC
vR = 300mm /3s =
100mm/s
QR = 10cm/s x 62,64cm
2
QR ≈ 38litros/min
PRESSÃO [P]
o Avanço:
PA = FA / AE
PA = 3000kgf /78,54cm
2
PA ≈ 38bar
o Retorno:
PR = FR / AC
PR = 3000kgf /62,64cm
2
PR ≈ 80bar
+10-20% 95bar
POTÊNCIA [N]
N = P x Q / 360
N = 95 x 38 / 360
N ≈ 10CV
VOLUME RESERVATÓRIO [VRES]
VRES = 4 X 38
VRES ≈ 160litros
Fonte: Catálogo Roxroth
VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO
As Válvulas Controladoras de Pressão são usualmente assim chamadas por suas funções
primárias abaixo relacionadas:
▪ Válvula limitadora de pressão (segurança).
▪ Válvula de sequência.
▪ Válvula de descarga.
▪ Válvula redutora de pressão.
▪ Válvula de frenagem.
▪ Válvula de contrabalanço.
VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO
VÁLVULA LIMITADORAS DE PRESSÃO
VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO
VÁLVULA DE DESCARGA
Válvula 
Limitadora
Válvula de 
Descarga
VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO
VÁLVULA DE SEQUÊNCIA
VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO
VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO
Com a redução da
pressão teremos a
redução da força
disponível no
atuador.
Projeto Final
• Desenvolver um Sistema Hidráulico e aplicar os conceitos abordados: Pressão, Força, Lei de
Pascal e etc;
• O protótipo deverá ser composto por um detalhamento com a devida estrutura que segue:
• 1. Introdução
• 2. Desenvolvimento
• 2.1 Metodologia
• 2.2 Materiais e Métodos
• 2.3 Cálculos – Fazer os cálculos para levantar ao mínimo 0,3kg*
• 2.4 Croqui
• 2.5 Tabela de orçamento
• 2.6 Funcionamento
• 2.7 Dados Técnicos do Projeto
• 3. Conclusão
• 4. Referências bibliográficas
• O sistema deverá, obrigatoriamente, possuir pelo menos 3 graus de liberdade;
• O projetoserá composto por equipes de no máximo 3 integrantes.
• Data de Entrega: 01/12/2022
*Protótipo que levantar maior peso, ganha premiação
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CAMPANHOLI, Flávio. Pílula do Conhecimento, Fluidos Hidráulicos. Bosch
Rexroth, 2020 [link]
FIALHO, Arivelto Bustamante. Automação Hidráulica: Projetos, Dimensiomento
e Análise de Circuitos. 7ª ed. São Paulo: Érica, 2019. [Disponível na Minha
Biblioteca*]
Parker Hannifin. Apostila de Tecnologia Hidráulica Industrial. São Paulo: Parker
Training, 2014. [link]
Rexroth Bosch Group. Treinamento Hidráulico - Volume 1. Princípios Básicos e
Componentes da Tecnologia dos Fluidos. São Paulo: Bosch Rexroth AG, 2014.
https://youtube.com/playlist?list=PLRO3LeFQeLyOGlZy7Nh0ogrclfmCQwInH
https://drive.google.com/file/d/197SeBW1n83UbEf3cVdql7BDRfAMoIYY6/view?usp=sharing