Especificação de Sistemas Hidraulicos

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ESPECIFICAÇÃO DE SISTEMAS HIDRÁULICOS DESCRIÇÃO Apresentação dos elementos fundamentais para a especificação de bombas e motores hidráulicos, principais atuadores hidráulicos e seus princípios de funcionamento, conceitos envolvidos nos sistemas de controle de circuitos hidráulicos e circuitos hidráulicos básicos, com descrição de seu funcionamento. PROPÓSITO A hidráulica é um dos pontos mais importantes para entendimento de sistemas pneumáticos e hidráulicos. Assim, entender os conceitos envolvidos na especificação de bombas e motores hidráulicos é fundamental para funcionamento adequado dos sistemas hidráulicos. De igual modo, é extremamente necessário introduzir as noções de controle hidráulico e os princípios envolvidos no conceito de sistemas e acondicionamento hidráulico.PREPARAÇÃO Antes de iniciar o estudo deste conteúdo, tenha em mãos papel, caneta e uma calculadora ou use a calculadora de seu smartphone ou computador. OBJETIVOS MÓDULO 1 Descrever as principais características necessárias à especificação de bombas e motores hidráulicos MÓDULO 2 Identificar os principais atuadores hidráulicos e suas características MÓDULO 3 Descrever os principais elementos utilizados no controle e no acionamento de sistemas hidráulicos MÓDULO 4 Identificar a estrutura básica de um circuito hidráulico e seu princípio de funcionamentoINTRODUÇÃO II ESPECIFICAÇÃO DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS Para assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. AVISO: orientações sobre unidades de medida.AVISO Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades. MÓDULO 1 Descrever as principais características necessárias à especificação de bombas e motores hidráulicosA IMPORTÂNCIA DAS BOMBAS PARA SISTEMAS HIDRÁULICOS Para assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. IMPORTÂNCIA DAS BOMBAS HIDRÁULICAS As bombas são elementos fundamentais para os circuitos hidráulicos e são, provavelmente, os componentes mais importantes dos sistemas. Elas são responsáveis pela conversão da energia mecânica em energia hidráulica. Como isso acontece?RESPOSTA Isso é possível por meio do bombeamento do óleo armazenado em um tanque ou reservatório para o interior do circuito hidráulico. Existem diversos tipos de bombas. Cada uma possui suas particularidades e especificações, variando quanto ao tamanho, à capacidade, ao formato e ao princípio de funcionamento. As bombas podem ser manuais ou mecânicas, com tipos distintos de mecanismos de bombeamento e tipos específicos para aplicações distintas. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO princípio de funcionamento simplificado das bombas consiste na produção de vácuo na entrada da bomba a partir de uma ação mecânica. Esse vácuo faz com que a pressão na entrada da bomba se torne menor do que a pressão do ar atmosférico. Dessa maneira, a pressão do ar empurra o óleo para dentro da bomba, produzindo um movimento chamado de linha de sucção. Depois que óleo entra na bomba, ele é forçado a sair através dos componentes mecânicos da bomba, produzindo um fluxo hidráulico da entrada em direção à saída. fluido é transportado através da carcaça 2 em câmaras formadas entre os dentes e a superfície lateral da carcaça vácuo é criado quando os dentes se desengrenam 1 gerando sucção SUCÇÃO RECALQUE 3 fluido é forçado para a abertura de saída Imagem: Wortecbombas. Funcionamento de uma bomba. As bombas podem ser classificadas, essencialmente, em duas categorias: hidrodinâmicas e hidrostáticas. Veja a seguir mais informações.BOMBAS HIDRODINÂMICAS Esse tipo de bomba é também chamado de bomba de deslocamento dinâmico. Em seu funcionamento, utiliza um rotor com uma hélice acoplada capaz de produzir uma força centrífuga no fluido. Dessa maneira, ao entrar na bomba, fluido é expelido por esse rotor para a saída, em alta velocidade. Por esse motivo, esse rotor também é chamado de impulsor. Um problema associado a esse tipo de bomba é a falta de vedação ideal entre a entrada e a saída, o que permite a entrada de ar e, consequentemente, aumento da resistência ao fluxo e redução da vazão. Por não haver uma vedação adequada, a pressão também depende da rotação. Pelos motivos apresentados anteriormente, as bombas hidrodinâmicas são empregadas apenas em transferências de fluidos entre reservatórios ou tanques, ou seja, de um local para outro, de modo que as resistências ao fluxo são atribuídas ao próprio peso do fluido e ao atrito. Entrada Saída Lâminas do impulsor (a) (b) Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Símbolo diagramático das bombas hidrodinâmicas (a) e ilustração de uma bomba hidrodinâmica (b). BOMBAS HIDROSTÁTICAS Diferentemente das bombas hidrodinâmicas, as bombas hidrostáticas apresentam uma boa vedação entre a entrada e a saída, que garante uma capacidade de bombeamento (volume de fluido bombeado) constante para cada rotação ou ciclo de bombeamento. Por esse motivo, também são chamadas de bombas de deslocamento positivo.A vedação adequada faz com que bombeamento seja constante, independentemente da resistência do fluido. Isso também faz com que essas bombas suportem pressões superiores às que as bombas hidrodinâmicas conseguem suportar, tornando-as adequadas para a transmissão de força. Essa capacidade de transmissão de força torna as bombas hidrostáticas mais adequadas para sistemas hidráulicos industriais do que as bombas hidrodinâmicas. DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE UMA BOMBA deslocamento (Geralmente, o deslocamento de uma bomba é fornecido pelo fabricante.) de uma bomba consiste na capacidade de transferência de volume de óleo a cada rotação de seu eixo ou ciclo de bombeamento. Com as informações do deslocamento e da rotação do motor, é possível determinar a vazão da bomba a partir da equação a seguir: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Onde: a vazão (Q) é dada em litros por minuto (lpm); o deslocamento (D) é dado em e a rotação (n) é dada em rotações por minuto (rpm). Para converter de cm³ para dm3 multiplicamos pelo fator de conversão: 0,001.+ SAIBA MAIS A especificação das bombas hidráulicas é, normalmente, dada pela capacidade de pressão máxima de operação e pela vazão de óleo a uma rotação determinada. Também se pode determinar a vazão de bombas pela especificação do volume do reservatório a ser esvaziado, pela pressão final desejada (na saída da bomba) e pelo tempo definido para que essa pressão seja atingida (tempo tolerável para que a vazão seja alcançada). Dessa maneira, utiliza-se a seguinte expressão: = V t X P₁ P₂ Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Onde: Q a vazão da bomba em m³/h; V volume do reservatório a ser esvaziado em m³; t o tempo tolerável para que a pressão seja atingida em horas (h); P₁ e P₂ são as pressões inicial e final, respectivamente, dadas em mbar; e a função matemática In é logaritmo neperiano ou logaritmo natural. ? VOCÊ SABIA A pressão de operação de uma bomba é definida pelo fabricante e estimada a partir de sua vida útil em condições específicas de trabalho. A pressão de trabalho nunca deve estar próxima dos limites superiores especificados pelo fabricante: a utilização frequente da bomba dentro desse limite pode acarretar danos severos eirreparáveis, além da redução significativa de sua vida útil! Bem, mas é verdade que existem diversos tipos de bombas, começaremos vendo uma das bombas mais simples, a bomba hidrostática. Vamos lá. TIPOS DE BOMBAS HIDROSTÁTICAS As bombas hidrostáticas são divididas em vários tipos, de acordo com suas características construtivas. A seguir, veremos as mais utilizadas em sistemas hidráulicos. BOMBAS DE ENGRENAGENS (ENGRENAMENTO EXTERNO) Essas bombas produzem um fluxo hidráulico entre as engrenagens das rodas denteadas. fluido hidráulico é transportado nos vãos entre os dentes das engrenagens, que são acopladas entre si, como pode ser visto a seguir. Saída Entrada Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de engrenagens.É possível observar que esse tipo de bomba possui duas engrenagens: uma delas é motora e está conectada ao eixo do motor e a outra é movida pelo contato com a primeira. Dessa maneira, a engrenagem motora é rotacionada pelo motor e promove a rotação da outra engrenagem, produzindo um vácuo parcial na entrada. Esse vácuo faz com que a pressão positiva do ar atmosférico produza um fluxo de óleo hidráulico do reservatório para dentro da bomba (linha de sucção). A carcaça possui uma estrutura em formato de elipse para acomodar o par de engrenagens. Depois que entra na bomba, o óleo é conduzido entre os dentes das engrenagens até a saída, transferindo energia hidráulica para o sistema hidráulico. Quando a resistência ao fluxo na saída cresce, há aumento nas forças aplicadas sobre as engrenagens, que promove uma limitação na pressão das bombas. As bombas de engrenagens são do tipo deslocamento fixo e, por esse motivo, apresentam rotação constante e sempre a mesma vazão de fluido hidráulico. BOMBAS DE LÓBULOS Uma alternativa às bombas de engrenagens são as bombas de lóbulos. Nesse tipo de bomba, as engrenagens são substituídas por lóbulos que, essencialmente, são engrenagens sem dentes, como podemos ver na imagem. Esse formato permite uma vazão maior, pois espaço entre os lóbulos é maior do que espaço entre as engrenagens. Observe:Saída Entrada Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de lóbulos. Quando o eixo do motor movimenta o lóbulo da esquerda, no sentido anti-horário, ele movimenta o lóbulo da direita no sentido horário (sempre um lóbulo no sentido oposto ao outro). Esse movimento produz um vácuo na entrada da bomba, fazendo com que a pressão atmosférica empurre óleo do reservatório para dentro, provocando uma linha de sucção. fluido hidráulico é transportado pelo vão entre os lóbulos da entrada para a saída da bomba, levando a energia hidráulica para o circuito. BOMBA DE ENGRENAMENTO INTERNO As bombas de engrenamento interno representaram uma evolução das bombas de engrenamento externo. Embora também apresentem duas engrenagens (uma com dentes externos e outra com dentes internos), essas bombas são mais silenciosas que as de engrenagens.A engrenagem com dentes externos possui um diâmetro menor e é montada de forma excêntrica (fora do centro), dentro da engrenagem com dentes internos. É essa engrenagem menor que é mecanicamente ligada ao eixo de acionamento da bomba. Observe. Saída Entrada Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de engrenamento interno. A engrenagem com dentes internos é movida pela engrenagem menor, rotacionando no mesmo sentido da primeira. óleo entra na bomba e ocupa todos os espaços existentes entre as engrenagens. movimento de rotação das engrenagens cria um vácuo parcial na bomba, e a pressão atmosférica faz com que fluido seja impelido para dentro da bomba. BOMBAS DE LÓBULOS INTERNOSTambém denominadas de bombas de anel dentado ou do tipo gerotor, são similares às bombas de engrenamento interno em seu funcionamento. óleo é transportado pelo movimento do gerotor, que é acionado por um motor, no vão entre os dentes do gerotor e a estrutura interna da câmara, como pode ser visto na imagem. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de lóbulos internos. BOMBAS DE PARAFUSO As bombas do tipo parafuso apresentam dois ou três parafusos acoplados entre si. bombeamento é realizado na câmara formada pelo espaço entre os filetes das roscas dos parafusos laterais e a superfície interna da carcaça da bomba.Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de parafuso. movimento rotativo dos parafusos leva o fluido hidráulico a ser transportado pelos vãos existentes entre os parafusos e a carcaça. + SAIBA MAIS As bombas parafusos são vantajosas porque geram pouco ruído e possuem vazão regular. BOMBAS DE PALHETAS As bombas de palhetas possuem um rotor com reentrâncias (ranhuras) que gira produzindo uma força centrífuga pelo movimento de rotação. As câmaras de bombeamento são formadas pelo espaço existente entre as palhetas e a face externa do rotor.entrada saída Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de palhetas. Quando o rotor gira, a força centrífuga gerada pela rotação do motor faz com que as palhetas (posicionadas no interior das ranhuras do rotor) se expandam e produzam o fluxo do fluido hidráulico. BOMBAS DE PISTÕES Por fim, podem-se citar as bombas de pistões. Essas bombas possuem êmbolos montados no interior de uma carcaça que se movimentam de forma alternativa, succionando o fluido hidráulico em um sentido e expelindo-o no sentido oposto. As bombas de pistões podem ser do tipo fixo ou variável, sendo divididas, basicamente, em dois tipos principais: RADIAIS Cujos pistões são colocados de maneira radial ao eixo de acionamento. AXIAIS Cujos pistões são colocados de maneira paralela entre si.Veja um exemplo de bomba axial. Nessa figura, à esquerda (a), podemos ver a etapa de sucção da bomba, com a movimentação do pistão puxando o óleo do reservatório para dentro da carcaça da bomba. À direita (b), o movimento do pistão é no sentido contrário ao anterior, expelindo óleo de dentro da carcaça da bomba para circuito hidráulico. (a) (b) Imagem: Raphael de Souza dos Santos. de uma bomba de pistões axiais: (a) sucção e (b) expulsão. As bombas de pistões axiais também podem ser divididas em dois tipos, de acordo com sua construção: De placa inclinada. De pistões axiais de eixo inclinado. VERIFICANDO APRENDIZADO 1. AS BOMBAS SÃO ELEMENTOS FUNDAMENTAIS PARA BOM FUNCIONAMENTO DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS. SÃO ELAS QUE FORNECEM A ENERGIA HIDRÁULICA NECESSÁRIA PARA QUE SISTEMA OPERE DE ACORDO COM ESPECIFICADO. A VAZÃO DE UMA BOMBA CORRESPONDE À QUANTIDADE DE FLUIDO (ÓLEO) QUE ELA É CAPAZ DE FORNECER POR UNIDADE DE TEMPO. CONSIDERE QUE UMA BOMBA POSSUI AS SEGUINTESESPECIFICAÇÕES: D = 32cm³ /rotação en = 1300rpm ATENÇÃO! PARA VISUALIZAÇÃO COMPLETA DA EQUAÇÃO UTILIZE A ROLAGEM HORIZONTAL A VAZÃO DESSA BOMBA, EM LPM, É DE A) 41,6lpm. B) 4,16lpm. C) 416lpm. D) E) 3,9lpm. 2. QUANDO SE DESEJA ESVAZIAR UM TANQUE, SEJA POR QUESTÕES DE MANUTENÇÃO OU POR PROBLEMAS OPERACIONAIS, É NECESSÁRIO OBSERVAR ALGUNS CUIDADOS EM RELAÇÃO AO TANQUE QUE RECEBERÁ FLUIDO E A BOMBA UTILIZADA. VOLUMES E PRESSÕES PRECISAM ESTAR DENTRO DOS VALORES LIMITES PARA QUE NÃO OCORRAM DANOS OU INCIDENTES. CONSIDERE QUE UM TANQUE, QUE POSSUI UM VOLUME DE 6M³ E UMA PRESSÃO INICIAL DE 1000MBAR, DEVE SER ESVAZIADO EM 1 HORA. SE A BOMBA TOLERA UMA PRESSÃO MÁXIMA DE 10MBAR, A VAZÃO DESSA BOMBA DEVERÁ SER DE A) 12m³ / h. B) 276, 3m³ / h. C) 1200m³ / h. E) 27, 63m³ / h.GABARITO 1. As bombas são elementos fundamentais para bom funcionamento dos sistemas hidráulicos. São elas que fornecem a energia hidráulica necessária para que sistema opere de acordo com especificado. A vazão de uma bomba corresponde à quantidade de fluido (óleo) que ela é capaz de fornecer por unidade de tempo. Considere que uma bomba possui as seguintes especificações: D = e n = 1300rpm Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal A vazão dessa bomba, em Ipm, é de A alternativa "A está correta. A determinação do fluxo da bomba (vazão) em litros por minuto (Ipm) é dada pela equação: Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal Sendo assim, de acordo com os dados fornecidos, pode-se reescrever a equação como: Q = 32 X 1300 X 0,001 Q = 41,6lpm Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal 2. Quando se deseja esvaziar um tanque, seja por questões de manutenção ou por problemas operacionais, é necessário observar alguns cuidados em relação ao tanque que receberá fluido e a bomba utilizada. Os volumes e pressões precisam estar dentro dos valores limites para que não ocorram danos ou incidentes. Considere que um tanque, que possui um volume de e uma pressão inicial de1000mbar, deve ser esvaziado em 1 hora. Se a bomba tolera uma pressão máxima de 10mbar, a vazão dessa bomba deverá ser de A alternativa "E" está correta. A vazão de uma bomba também pode ser determinada por meio dos valores de pressão, do volume do tanque que se deseja esvaziar e do tempo necessário para que esvaziamento seja completado. Dessa maneira, pode-se calcular a vazão como: Q = V t X P₂ P₁ Q = 6 X 100 Q = 6 x 4,60 Q = Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal MÓDULO 2 Identificar os principais atuadores hidráulicos e suas característicasII PARA QUE SERVEM ATUADORES HIDRÁULICOS? Para assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. IMPORTÂNCIA DOS ATUADORES HIDRÁULICOSOs atuadores são os principais responsáveis pela conversão da energia hidráulica em trabalho. Por essa razão, são utilizados na saída dos sistemas hidráulicos, diretamente na interface com o processo em que se deseja executar a ação. Efetivamente, o desenvolvimento de um projeto hidráulico começa pela especificação das ações que se pretende obter com os atuadores e do tipo de movimento que se espera desses elementos. Dessa maneira, são definidas a força exigida e a velocidade necessária para, posteriormente, ser escolhido atuador mais adequado ao sistema. A seguir, veremos como esses atuadores são classificados. CLASSIFICAÇÃO DOS ATUADORES Os atuadores são classificados de acordo com seu movimento quando atuados, podendo ser divididos, essencialmente, em dois tipos: LINEARES ROTATIVOS LINEARES Também chamados de cilindros, fazem a conversão da energia hidráulica em energia mecânica por meio de movimentos lineares (ida e volta).ROTATIVOS Também chamados de atuadores giratórios ou motores hidráulicos, fazem a conversão da energia hidráulica em energia mecânica por meio de movimentos circulares, rotativos ou giratórios. Você sabia que os atuadores rotativos são diferentes dos atuadores giratórios? ? VOCÊ SABIA Os atuadores rotativos são capazes de realizar movimentos de rotação infinitos e nos dois sentidos. Já os atuadores giratórios possuem movimentos circulares limitados, podendo girar apenas em uma amplitude limitada com relação ao ângulo. Essa limitação é feita por características construtivas. ATUADORES LINEARES Os atuadores lineares funcionam recebendo energia de um motor, que trabalha girando. Resumidamente, ele converte movimento giratório do motor em um movimento unidimensional (empurrando e puxando).Foto: Parker, 2001a, p. 122. Atuador linear. A estrutura simplificada e generalizada de um atuador linear é formada, basicamente, por um cilindro hidráulico (que consiste em uma carcaça tubular), um êmbolo provido com anéis de vedação (para que seja possível comprimir o óleo) e uma haste cilíndrica fixada ao êmbolo. Carcaça Haste Êmbolo Conexão Conexão traseira dianteira Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear. CILINDRO DE DUPLA AÇÃO Nesse modelo de cilindro, as conexões traseira e dianteira garantem a circulação do óleo por dentro do cilindro do atuador, permitindo avanço e recuo da haste.Imagem: Raphael de Souza dos Santos Quando a conexão traseira recebe óleo sob pressão, para dentro do cilindro, o óleo começa a se acumular no interior do cilindro (após êmbolo) e pressiona movimento da haste para frente. É possível observar que a haste se estende até o limite do atuador, ou seja, êmbolo se desloca até a proximidade da conexão dianteira. De maneira simultânea, todo fluido que estava na parte anterior do êmbolo (entre ele e a conexão dianteira) é expulso de dentro do cilindro, sendo direcionado para interior do reservatório de óleo. Por outro lado, quando fluido é injetado na conexão dianteira do atuador linear, êmbolo é empurrado para a conexão traseira do cilindro, fazendo com que a haste recue em direção a essa conexão. Nessa movimentação, êmbolo é empurrado pelo fluido hidráulico, injetado sob pressão na conexão dianteira do cilindro. Durante recuo, óleo da camada posterior do cilindro é direcionado para dentro do reservatório.Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear de ação dupla (movimento de recuo da haste). Esse tipo de atuador é denominado cilindro de ação dupla ou atuador linear de ação dupla, em razão da necessidade de duas conexões para que a movimentação do cilindro aconteça. ATENÇÃO Caso alguma das conexões não esteja devidamente instalada no sistema hidráulico, a movimentação do cilindro não será possível. Isso acontece porque, tanto no movimento de avanço como no movimento de recuo, fluido hidráulico circulará pelas conexões seja para dentro do cilindro, seja para retornar ao reservatório. CILINDROS DE AÇÃO SIMPLES Para alguns cilindros, a movimentação só depende de uma conexão para o fluido hidráulico. Nesse caso, o bombeamento de fluido hidráulico para dentro do cilindro e a remoção do fluido de dentro do cilindro e de volta para reservatório serão efetuados pela mesma conexão.Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear de ação simples (movimento de avanço da haste). Quando fluido hidráulico é direcionado para dentro do cilindro, ele pressiona êmbolo, que se movimenta provocando a extensão da haste. Esse cilindro possui uma mola que liga êmbolo ao extremo do cilindro e que é comprimida enquanto a haste avança. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear de ação simples (movimento de recuo da haste). Durante movimento de recuo, a conexão traseira deixa de receber óleo sob pressão, e a mola inicia um movimento mecânico de expansão (retorno à posição original). Essa ação da molapromove a movimentação do êmbolo no sentido de pressionar retorno do fluido hidráulico ao reservatório. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear de ação simples com avanço por mola. No exemplo ilustrado, cilindro de ação simples é do tipo recuo por mola. Também é possível utilizar um cilindro de ação simples com avanço por mola, em que a posição de avanço da haste é definida pela mola. Nesse cilindro, recuo da haste é promovido pela injeção de óleo em uma conexão dianteira do cilindro. CILINDRO TELESCÓPICO Esse cilindro é uma modalidade bem específica dos cilindros lineares.Foto: Parker, 2001a, p. 128. Cilindro telescópico. A haste que compõe esse cilindro é formada por múltiplas hastes colocadas uma dentro da outra, e cada uma se comporta como um cilindro individualmente, como pode ser visto a seguir: Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear telescópico de dupla ação. Existe também um cilindro telescópico de ação simples, em que recuo e o avanço do cilindro são realizados mecanicamente por meio de uma mola. Esse tipo de cilindro é visto em aplicações bastante comuns, como guindastes e caminhões com caçamba elevável.CILINDRO DE HASTE DUPLA Também conhecido como cilindro passante, basicamente, consiste em um cilindro com duas hastes (uma de cada lado do êmbolo). Esse tipo de cilindro permite a atuação em cargas dos dois lados do êmbolo. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Atuador linear de haste dupla. A velocidade de atuação nos dois sentidos é a mesma, tendo em vista que a área de aplicação do óleo no êmbolo é a mesma nos dois sentidos. ATUADORES ROTATIVOS E GIRATÓRIOS Esses atuadores são muito similares aos motores hidráulicos, tendo em vista que as mecânicas envolvidas em seus funcionamentos são consideravelmente parecidas. Entretanto, esses atuadores são utilizados na conversão da energia hidráulica em energia mecânica, diferentemente dos motores e bombas, que convertem energia mecânica em hidráulica. Alguns desses atuadores apresentam ângulo de giro limitado, sendo apropriados para aplicações em que a rotação completa não pode ser executada ou não é desejada. Dessa forma, é possível concluir que funcionamento do motor hidráulico é, na verdade, inverso do funcionamento das bombas e motores. Funcionamento de bombas Quando eixo da bomba é movimentado, o óleo é bombeado da entrada para a saída da bomba.Funcionamento de motores No motor hidráulico, o óleo é injetado (sob pressão) na entrada do motor e fluido promove a rotação do conjunto rotativo, promovendo a rotação do eixo. Alguns motores são bidirecionais, tendo em vista que os dois terminais da bomba podem ser pressurizados alternadamente. Vale destacar que esses motores possuem uma terceira conexão para alívio da pressão do óleo, como pode ser visto na imagem. Conexão Drenagem Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Motor bidirecional genérico. Essa drenagem serve para aliviar a pressão do óleo nas folgas e na lubrificação das peças móveis. Entre os atuadores rotativos e giratórios que podem ser utilizados nos sistemas hidráulicos, destacam-se os motores: HIDRÁULICOS DE ENGRENAGENS Desenvolvem torque a partir da pressão do óleo aplicado nos dentes das engrenagens.HIDRÁULICOS DE PALHETAS Desenvolvem torque pela pressão exercida pelo óleo nas palhetas acopladas ao rotor. HIDRÁULICOS PLANETÁRIO São similares à bomba gerotor, em que fluido do óleo hidráulico pelos canais entre o motor interno e a carcaça promovem a rotação do motor. HIDRÁULICOS DE PISTÕES AXIAIS (PISTÕES EM LINHA, DE EIXO INCLINADO OU RADIAIS) Os pistões produzem o torque por meio da pressão hidráulica aplicada nas extremidades dos êmbolos localizados em sua carcaça. HIDRÁULICOS OSCILANTES São motores que possuem atuadores giratórios limitados em seu movimento (amplitude angular limitada), seja por batentes fixos ou ajustáveis. VERIFICANDO APRENDIZADO 1. UM SISTEMA HIDRÁULICO PARA SELEÇÃO DE PEÇAS MANUFATURADAS EM UMA ESTEIRA PRODUTIVA DEVE SER IMPLEMENTADO COM A SEGUINTE LÓGICA: QUANDO UMA PEÇA DEFEITUOSA FOR DETECTADA, UM ATUADOR HIDRÁULICO DEVERÁ SER ACIONADO, EMPURRANDO A PEÇA PARA DESCARTE; CASO A PEÇA NÃO SEJA DEFEITUOSA, CILINDRO DEVERÁ RECUAR IMEDIATAMENTE, E A PEÇA SERÁ CONSIDERADA FINALIZADA. OBSERVE A IMAGEM A SEGUIR:Descarte Sensor de defeito Peças finalizadas Esteira produtiva Atuador hidráulico ESQUEMA DE UMA ESTEIRA PRODUTIVA, COM ATUADOR HIDRÁULICO. PARA ESSE SISTEMA, PODERÁ SER UTILIZADO UM ATUADOR HIDRÁULICO DO TIPO A) cilindro de ação simples com avanço por mola. B) cilindro de haste dupla. C) motor hidráulico de engrenagens. D) cilindro de ação simples com recuo por mola. E) motor hidráulico de palhetas. 2. EM UMA SÃO UTILIZADOS PISTÕES HIDRÁULICOS QUE PERMITEM A MOVIMENTAÇÃO DO BRAÇO MECÂNICO E SEU AJUSTE EM POSIÇÕES DIVERSAS. OBSERVE A IMAGEM A SEGUIR:2017 CILINDROS ESPECÍFICOS PARA ESSAS APLICAÇÕES, QUE PERMITEM QUE A HASTE ALCANCE TAMANHOS DIFERENTES, SÃO DO TIPO A) cilindro de ação simples. B) cilindro telescópico. C) cilindro de haste dupla. D) cilindro de dupla ação. E) motor hidráulico oscilante. GABARITO 1. Um sistema hidráulico para seleção de peças manufaturadas em uma esteira produtiva deve ser implementado com a seguinte lógica: quando uma peça defeituosa for detectada, um atuador hidráulico deverá ser acionado, empurrando a peça para descarte; caso a peça não seja defeituosa, cilindro deverá recuar imediatamente, e a peça será considerada finalizada. Observe a imagem a seguir:Descarte Sensor de defeito Peças finalizadas Esteira produtiva Atuador hidráulico Esquema de uma esteira produtiva, com atuador hidráulico. Para esse sistema, poderá ser utilizado um atuador hidráulico do tipo A alternativa "D " está correta. cilindro de ação simples com recuo por mola, também chamado de cilindro com retorno por mola, apresenta apenas uma via de comando. Dessa maneira, seu acionamento é realizado com um comando (muscular, mecânico, elétrico etc.), mas seu retorno é promovido de forma automática, geralmente por uma mola que, mecanicamente, devolve pistão para sua posição de repouso. Quando o sensor de peça defeituosa é detectado, ele avança o pistão e empurra a peça para setor de descarte. Do contrário, quando a peça não é defeituosa, cilindro permanece recuado e a peça será considerada finalizada. 2. Em uma retroescavadeira, são utilizados pistões hidráulicos que permitem a movimentação do braço mecânico e seu ajuste em posições diversas. Observe a imagem a seguir:2017 Os cilindros específicos para essas aplicações, que permitem que a haste alcance tamanhos diferentes, são do tipo A alternativa "B está correta. O cilindro telescópico possui cilindros com múltiplas posições. Para equipamentos do tipo escavadeira e caminhões-caçamba, esse tipo de cilindro é mais adequado porque seu alcance é variável, dependendo do comando fornecido pelo sistema de controle hidráulico. MÓDULO 3 Descrever os principais elementos utilizados no controle e acionamento de sistemas hidráulicosII QUAL ÉA FUNÇÃO DOS ELEMENTOS DE CONTROLE HIDRÁULICOS? Para assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. DISPOSITIVOS DE CONTROLE HIDRÁULICO Os movimentos dos atuadores hidráulicos são controlados por válvulas, cuja especificação a ser utilizada depende da aplicação desejada para atuador.Em determinadas aplicações, além dos movimentos de avanço e recuo, pode ser necessário controlar a força de atuação para que se mantenha a ideal para a execução do trabalho. EXEMPLO Um sistema de estampagem precisa ter um controle da força aplicada, com objetivo de não danificar a peça a ser estampada. Nesse tipo de máquina, é necessário controle adequado da força e da velocidade a ser aplicada. Outro exemplo é o sistema de guilhotina, no qual a velocidade de avanço do cilindro é fundamental para o funcionamento do processo de corte e usinagem, compatível com a ferramenta de corte especificada. Para que controle de um sistema hidráulico seja devidamente executado, são utilizadas válvulas definidas como: CONTROLE DIRECIONAL REGULADORAS DE VAZÃO CONTROLADORAS DE PRESSÃO CONTROLE DIRECIONAL Utilizadas para controle do sentido do movimento do atuador linear (avanço e recuo) e sentido de rotação dos atuadores rotativos e giratórios (motores). REGULADORAS DE VAZÃO Aplicadas para controle de velocidade de avanço e recuo dos cilindros lineares e velocidade de rotação dos motores hidráulicos. CONTROLADORAS DE PRESSÃOAgem no controle da pressão de atuação dos atuadores, controle esse que é utilizado para regular a força de atuação, fundamental para a movimentação vertical das cargas e frenagem de motores. ? VOCÊ SABIA Os símbolos utilizados na representação dos sistemas hidráulicos são similares aos símbolos dos sistemas pneumáticos definidos pelas normas DIN 24300 e ISO 1219. VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL As válvulas de controle direcional são utilizadas para bloquear a passagem do fluido hidráulico, impedindo ou não a passagem do fluido e controlando a direção do óleo no sentido desejado. A seguir, veremos detalhadamente as classificações das válvulas de controle direcional. VÁLVULAS DE RETENÇÃO COMUM É uma válvula direcional de via única. Permite ou não a passagem do fluido hidráulico, permitindo a passagem em uma direção e bloqueando na direção oposta. 2000 Foto: Parker, 2001a, p. 94.Válvula de retenção. Observe que a entrada do óleo empurra a esfera contra a mola de retenção (fixada na carcaça da válvula), permitindo a passagem do fluido hidráulico na direção de fluxo do óleo. Entrada Saída Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de retenção (passagem direta). Nesse tipo de válvula, molas com diferentes constantes elásticas podem ser utilizadas, cada uma controlando a pressão necessária para habilitar a passagem do fluxo. No sentido oposto, fluxo de óleo bloqueia a passagem do fluido hidráulico ao pressionar a esfera na passagem do óleo pela distensão da mola. Veja. Saída Entrada Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de retenção (bloqueio da passagem). Temos válvulas de retenção em linha, nas quais as conexões de entrada e de saída são diametralmente opostas (em ângulo de 180° entre si), fazendo fluxo de óleo fluir em linha reta.Além dela, temos as válvulas de retenção em ângulo reto, em que as conexões de entrada e saída estão dispostas em ângulo de 90°, formando um ângulo reto entre si. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de retenção em ângulo reto (passagem livre). Veja como a passagem do fluido hidráulico é liberada com a compressão da mola pela pressão do óleo. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de retenção em ângulo reto (bloqueio livre). Válvula de retenção com restriçãoConsiste em uma válvula em ângulo reto que, no sentido do fluxo livre, comporta-se como uma válvula de retenção comum. Entretanto, no sentido do bloqueio, permite a passagem de uma quantidade limitada de fluido. Válvula de retenção pilotada Essa válvula também é conhecida como válvula de desbloqueio hidráulico. Ela atua como uma válvula de retenção em ângulo reto comum. Contudo, quando um acionamento externo é feito (pilotagem), a válvula é desbloqueada em ambos os sentidos. Válvula de retenção geminada Essa válvula é formada por duas válvulas de retenção integradas em uma única carcaça. Quando a retenção R1 é acionada, a passagem do fluido entre as vias A1 e A2 é liberada. Por outro lado, a passagem entre as vias A2 e B2 é bloqueada. De maneira similar, quando a retenção R2 é acionada, a via entre as válvulas A2 e B2 é liberada, mas a via entre as válvulas A1 e A2 é bloqueada. A2 B2 R1 R2 A1 A2 Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de retenção geminada. Válvula de preenchimento Essa válvula é utilizada para retenção pilotada em sistemas de grande porte, permitindo preencher cilindros e ou bloquear circuitos hidráulicos sob alta pressão. Válvulas direcionaisAs válvulas hidráulicas são representadas de maneira similar às válvulas pneumáticas, ou seja, são referenciadas de acordo com: o número de posições de comando; o número de vias de trabalho; e o tipo de acionamento. Simbolicamente, número de posições também é representado por meio de quadrados, como pode ser visto na tabela a seguir. Número de posições Símbolo 1 Imagem: Raphael de Souza dos Santos.2 Imagem: Raphael de Souza dos Santos. 3 Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Tabela: Representação do número de posições. Elaborada por: Raphael de Souza dos Santos. Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontalDe maneira idêntica aos sistemas pneumáticos, os sistemas hidráulicos também demandam válvulas com posições distintas. EXEMPLO A necessidade de interrupção ou não da passagem de fluidos poderá ser feita com uma válvula com duas posições. Vale destacar que, na utilização de atuadores do tipo motor, além da rotação nos dois sentidos (horário e anti-horário), a interrupção do fluxo também é necessária, demandando uma válvula com três posições. 1 2 3 Sentido Parada Sentido horário anti-horário Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Posições de comando de uma válvula. Dessa maneira, todas as válvulas de registro geral utilizadas em sistemas hidráulicos tais como válvulas do tipo globo, gaveta, esfera e agulha independentemente de seu tipo construtivo, poderão ser substituídas por uma válvula com duas posições: totalmente aberta ou totalmente fechada. Veja na imagem a seguir.Totalmente Totalmente aberta fechada Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Posições de comando de uma válvula. Assim como nas válvulas pneumáticas, as vias pelas quais óleo passa livremente são representadas por setas ou linhas de fluxo, e cada via interrompida está bloqueada. ? VOCÊ SABIA Cada linha de fluxo possui, obrigatoriamente, duas vias: uma de entrada do fluido e uma de saída do fluido. Válvulas direcionais características construtivas Em relação às válvulas pneumáticas, as válvulas hidráulicas apresentam uma alteração em seu aspecto construtivo, pela necessidade de retorno do óleo para tanque. Dessa maneira, as válvulas direcionais hidráulicas são divididas em características construtivas, como veremos mais à frente. VÁLVULA DE CENTRO FECHADO Todas as conexões permanecem bloqueadas com a válvula em sua posição central.TT Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de centro fechado. VÁLVULA DE CENTRO ABERTO Todas as conexões permanecem abertas e conectadas entre si, quando a válvula está em sua posição central. Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de centro aberto. VÁLVULA DE CENTRO TANDEM Quando a válvula está na posição central, a via de entrada de pressão é ligada diretamente na via de retorno ao tanque (reservatório), enquanto as vias de trabalho permanecem bloqueadas. É conhecida também como válvula de centro de livre circulação, pois a pressão hidráulica circula livremente entre a bomba e reservatório.Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de centro tandem. VÁLVULA DE CENTRO DE FLUTUAÇÃO Nessa válvula, quando a posição central é comandada, uma das conexões permanece bloqueada enquanto as outras três estão interligadas. A válvula de centro de flutuação pode ser dividida em: a) entrada de pressão bloqueada Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de centro de flutuação pressão bloqueada. b) retorno ao tanque bloqueadoImagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de centro de flutuação retorno bloqueado. c) vias de trabalho bloqueadas Imagem: Raphael de Souza dos Santos. Válvula de centro de flutuação vias de trabalho bloqueadas. TIPOS DE ACIONAMENTOA maneira como uma válvula é acionada depende diretamente do processo no qual ela é utilizada. Por exemplo, comando responsável por mudar a posição de uma válvula direcional pode ser realizado por meio de um sinal elétrico, um sinal de pressão positiva ou pelo acionamento de uma alavanca manual pelo operador. Sendo assim, os principais meios de acionamento das válvulas são divididos em: ELÉTRICO MUSCULAR MECÂNICO COMBINADO