Apostila Mecatronica final

Apostila Mecatronica final


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porque serve de
lubrificante para as peças móveis dos componentes.
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PRESSÃO NUMA COLUNA DE FLUIDO
O peso de certo volume de um óleo varia em função de sua viscosidade. Entretanto, o peso
por volume da maioria dos óleos hidráulicos é 0,90 Kg/cm2. Um fato importante relacionado ao
peso de um óleo é o efeito causado quando o óleo entra em uma bomba. O peso do óleo cria uma
pressão de 0,090 Kg/cm2 no fundo de uma coluna de 1 m de óleo. Para cada metro adicional,
teremos um acréscimo equivalente a mais 0,090 Kg/cm2 de pressão. Assim, para calcular a pres-
são no fundo de uma coluna de óleo, basta simplesmente multiplicar a altura em metros por 0,09
Kg cm2.
Aplicando esse princípio, consideremos, agora, as condições nas quais o reservatório está
localizado acima ou abaixo da entrada da bomba. Quando o nível do óleo está acima da entrada da
bomba, uma pressão positiva força o óleo para dentro da bomba. Por outro lado, se a bomba estiver
localizada acima do nível do óleo, um vácuo equivalente a 0,09 Kg/cm2 por metro será necessário
para levantar o óleo até a entrada da bomba. Na verdade, o óleo não é levantado pelo vácuo, mas
é forçado pela pressão atmosférica, no vão criado no orifício de entrada, quando a bomba está em
funcionamento. A água e os diversos fluidos hidráulicos resistentes ao fogo são mais pesados do
que o óleo e, portanto, requerem mais vácuo por metro de levantamento.
A PRESSÃO ATMOSFÉRICA ALIMENTA A BOMBA
A bomba é normalmente alimentada pelo óleo proveniente da diferença de pressão entre o
reservatório e sua entrada. Normalmente a pressão no reservatório é a pressão atmosférica, ou
seja, 1 Kg/cm2. É necessário então criar um vácuo parcial ou uma pressão reduzida para que haja
fluxo.
Em um macaco hidráulico típico, com um simples pistão alternado, ao puxar o pistão cria-se
um vácuo parcial na câmara de bombeamento. A pressão atmosférica no reservatório empurra o
óleo, enchendo o vão. (Numa bomba rotativa, as câmaras sucessivas aumentam de tamanho, ao
passarem pela entrada, criando-se assim uma condição idêntica).
Se for possível formar um vácuo completo na entrada, haverá então 1 Kg/cm2 de pressão para
empurrar o óleo para dentro da câmara. Entretanto, a diferença de pressões deve ser bem menor,
pois os líquidos vaporizam no vácuo total. Isto provoca a formação de bolhas de ar no óleo: as bolhas
atravessam a bomba, explodindo com força considerável quando expostas à pressão na saída: dani-
ficam a bomba de tal maneira que provocam o mau funcionamento e reduzem sua vida útil.
Mesmo que o óleo tenha boas características de vaporização, uma pressão muito baixa na
entrada (alto índice de vácuo) permitirá ao ar misturado com óleo escapar. Essa mistura de ar com
óleo pode causar a cavitação (o nome dado ao fenômeno de vaporização de um líquido pela redução
da pressão a uma temperatura constante). Quanto mais rapidamente a bomba girar menor será
essa pressão, aumentando assim a possibilidade de cavitação.
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Se as conexões da entrada não forem bem vedadas, o ar à pressão atmosférica concentra-
se na área de baixa pressão e entra na bomba. Essa mistura também é inconveniente e barulhenta,
mas diferente da que provoca a cavitação. O ar, quando exposto à pressão na saída, é comprimido
formando um amortecedor e não cede tão violentamente. Não se dissolve no óleo mas entra no
sistema como bolhas compressíveis, que causam operações irregulares na válvula e no atuador.
A maioria dos fabricantes de bombas recomenda um vácuo máximo de 0,85 Kg/cm2 absoluto
na entrada da bomba. Assim, com uma pressão de 1 Kg/cm2, resta uma diferença de 0,15 Kg/cm2
para empurrar o óleo para dentro da bomba. Deve-se evitar alturas de sucção excessivas para que
as linhas de entrada permitam o fluxo com um mínimo de atrito.
AS BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO CRIAM O FLUXO
A maioria das bombas utilizadas nos sistemas hidráulicos é classificada como bomba de
deslocamento positivo. Isso significa que, a exceção de variações no rendimento, o deslocamento é
constante, indiferentemente à pressão. A saída é positivamente separada da entrada, de forma que
o que entra na bomba é forçado para a saída.
A única função da bomba é criar o fluxo; a pressão é causada pela resistência ao fluxo. Há
uma tendência comum em responsabilizar a bomba por qualquer perda de pressão que ocorra. Com
poucas exceções, a perda de pressão só ocorre quando há um vazamento de forma a desviar todo
o fluxo da bomba.
Para ilustrar, suponhamos que uma bomba de deslocamento de 10 litros/minuto seja utiliza-
da para empurrar o óleo sob um pistão de 10 cm2 de área e levantar um peso equivalente a 1.000
quilos. Enquanto o peso está sendo levantado ou mantido pelo óleo hidráulico, a pressão precisa ser
de 100 Kg/cm2. Mesmo que um furo no pistão deixasse escapar 8 litros/minuto a 100 Kg/cm2, a
pressão seria mantida constante. Com apenas 2 litros/minuto, para movimentar essa mesma car-
ga, a pressão se manterá constante embora o levantamento se processe mais lentamente. Agora,
imaginemos que o mesmo vazamento aconteça na própria bomba ao invés de no cilindro. Ainda
haverá 2 litros/minuto movimentando a carga, como também a mesma pressão.
Assim, a bomba pode estar bem desgastada, perdendo praticamente toda a sua eficiência,
porém sua pressão é mantida. Essa pressão mantida não é um indicador das condições da bomba.
É necessário medir o fluxo numa dada pressão para determinar as condições da bomba.
COMO É CRIADA A PRESSÃO
A pressão resulta da resistência oferecida ao fluxo do fluido.
A resistência é função:
1. da carga de um atuador;
2. de uma restrição (ou orifício) na tubulação.
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Imaginemos uma carga de 1.000 quilos sobre um atuador. O peso de 1.000 quilos oferece resistên-
cia ao fluxo sob o pistão e cria a pressão no óleo. Se o peso aumenta, o mesmo acontece com a pressão.
Numa bomba de deslocamento de 10 l/min, tem-se uma válvula de segurança, regulada para 70 Kg/cm2,
ligada na saída a uma simples torneira. Se essa torneira estiver toda aberta, a vazão da bomba flui
livremente e o manômetro não registra pressão. Suponhamos que a torneira seja gradativamente fecha-
da. Isso oferecerá resistência ao fluxo causando um aumento de pressão. Quanto mais restrição, tanto
mais pressão haverá para empurrar os 10 l/min através da torneira. Sem a válvula de segurança no
circuito teoricamente não haverá limite à pressão. Na realidade, algo teria de ceder ou então a bomba
poderia até parar o acionador (motor elétrico). Em nosso exemplo, se for necessário 70 Kg/cm2 de pressão
para empurrar o óleo através da abertura, a válvula de segurança abrirá.
A pressão, porém, permanecerá a 70 Kg/cm2. Restringindo-se mais a torneira, isto fará com
que passe menos óleo por ela e mais pela válvula de segurança. Com a torneira completamente
fechada, toda a vazão passará pela válvula de segurança a 70 Kg/cm2. Pode-se concluir, por esse
exemplo, que uma válvula de segurança, ou um componente que limite a pressão, deve sempre ser
usado quando nos sistemas são utilizadas bombas de deslocamento positivo.
FLUXOS PARALELOS
Uma característica intrínseca de todos os líquidos é o fato de que sempre procuram os
caminhos que oferecem menor resistência. Assim, quando houver duas vias de fluxo paralelas, cada
qual com resistência diferente, a pressão aumenta só o necessário para o fluxo seguir pelo caminho
mais fácil. Da mesma forma, quando a saída da bomba for dirigida a dois atuadores, o que necessi-
tar de menor pressão se movimentará primeiro. Como é difícil equilibrar cargas com exatidão, os
cilindros que precisam de sincronismo de movimentos geralmente são ligados mecanicamente.
FLUXO DE SÉRIE
Quando resistências ao fluxo estão ligadas em série, somam-se as pressões. Em válvulas
ligadas em série,