1ª Aula de Hidráulica

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1ª AULA HIDRÁULICA 
Sistemas Hidráulicos 
INTRODUÇÃO A HIDRÁULICA 
INTRODUÇÃO A HIDRÁULICA 
O termo Hidráulica derivou-se da raiz grega Hidro, que tem o significado de 
“água” e aulor “condução”, por essa razão entendem-se por Hidráulica todas 
as leis e comportamentos relativos à água ou outro fluido, ou seja, Hidráulica é 
o estudo das características e uso dos fluidos sob pressão. 
INTRODUÇÃO A HIDRÁULICA 
FLUIDO 
 
 Qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente 
que o contém. Como estamos tratando apenas de sistemas hidráulicos, o fluido 
que nos interessa é o óleo hidráulico. 
 
 
TRANSMISSÃO DE ENERGIA HIDRÁULICA 
 
 A hidráulica pode ser definida como um meio de transmitir energia, 
pressionando um líquido confinado. O óleo hidráulico é o meio. O óleo é um 
líquido quase incompressível. 
A hidráulica se divide em duas ciências: 
Hidrostática: mecânica dos fluidos estáticos, teoria das condições de equilíbrio dos 
fluidos sob pressão. 
Hidrodinâmica: é a ciência dos líquidos em movimento. Um sistema hidráulico ou 
turbina representa um dispositivo hidrodinâmico. A energia é transmitida pelo impacto 
do fluido em movimento contra pistões, lâminas ou palhetas. 
DEFINIÇÕES BÁSICAS : 
Aplicações da hidráulica: 
 
- Hidráulica Industrial (fixa) : 
 prensas; basculamento de fornos, conformação mecânica (metalúrgica laminação; máquinas-
ferramentas). 
 
- Hidráulica em construções fluviais, lacustres e marítimas : 
 comportas e eclusas; acionamento de pontes; aplicações em plataformas de petróleo. 
 
-Hidráulica em aplicações máquinas de uso geral: 
 retro-escavadeiras; dragas; gruas; máquinas rodoviárias e agrícolas; mecânica automobilística. 
 
- Hidráulica em aplicações técnicas especiais: 
 acionadores de telescópios; antenas; trens de aterrissagem e controle de aeronaves. 
 
-Hidráulica na Indústria Naval: 
 acionamento de lemes; guindastes de bordo; gruas; plataformas; escotilhas de cargas. 
VANTAGENS: 
1. Velocidade: consegue-se uma variação contínua e precisa de velocidade, seja cilindro 
ou motor hidráulico, bastando para isto mudar a vazão da bomba ou controlá-la através 
da válvula adequada. 
2. Reversibilidade: sem desligar a máquina, bastando apenas alterar a posição da válvula 
direcional, ocorre a inversão do movimento do atuador; 
3. Proteção contra sobrecarga: quando a carga excede os limites de trabalho ocorre o 
aumento da pressão do fluido a um valor limitado pela válvula de segurança, que nessa 
situação se abre impedindo qualquer dano ao sistema. 
4. Limitação de força (ou torque): há possibilidade de se limitar a força máxima de um 
cilindro, ou torque máximo de um motor, pela válvula de segurança, e se existir a 
necessidade de um limite mais baixo para um movimento do que para outro, pode-se 
utilizar uma válvula limitadora ou redutora de pressão. 
5. Dimensões reduzidas: como a força e a velocidade dos atuadores dependem apenas de 
pressão e vazão respectivamente, o peso e o tamanho dos componentes hidráulicos são 
reduzidos em relação aos equivalentes equipamentos mecânicos e elétricos da mesma 
potência. 
6. Parada instantânea: as máquinas não podem ser paradas bruscamente e ter seu 
sentido de rotação invertido. Entretanto, um atuador hidráulico pode ser parado sem 
danos quando sobrecarregado. Durante a parada, a válvula de segurança simplesmente 
desvia a vazão da bomba ao tanque. 
7. Outras vantagens: O óleo hidráulico é um excelente condutor de calor. Oferece grande 
flexibilidade, inclusive em espaços reduzidos. São sistemas auto lubrificados. 
LIMITAÇÕES: 
 
1. seu custo inicial é mais alto em comparação aos sistemas mecânicos e elétricos; 
2. perigos de incêndios, pois o óleo, normalmente é inflamável. Atualmente tem-se 
empregado em certos casos fluidos resistentes ao fogo que, na realidade, apenas 
evitam a propagação do fogo; 
3. o rendimento global de um sistema hidráulico, sem levar em consideração o 
rendimento do motor que aciona a bomba, varia, em função dos componentes 
especificados, de 80% a 90%. 
 
 
São três os fatores responsáveis pela variação do rendimento: 
 
1. parte do óleo irá promover a lubrificação das partes móveis dos diversos 
componentes. 
2. perda de energia provocada pelas perdas de carga nos tubos e válvulas, com o 
conseqüente aquecimento do óleo. 
3. várias transformações do estado da potência, a bomba recebe em seu eixo potência 
mecânica, a transforma em potência hidráulica e o atuador recebe a potência 
hidráulica e a transforma novamente em mecânica. 
. 
Fluido Hidráulico 
FUNÇÕES DO ÓLEO HIDRÁULICO: 
 
1. meio de transmissão de energia; 
2. Lubrificante; 
3. refrigeração 
4. veículo de transferência de calor ou de dissipação de calor; 
5. vedação; 
6. amortecimento de oscilações ; 
7. proteção contra corrosão. 
 
EXIGÊNCIAS QUE DEVEM PREENCHER O LIQUIDO SOB PRESSÃO: 
 
1. A estabilidade da viscosidade, principal característica, deve estar dentro de 
determinadas faixas de temperatura e pressão; ex : a viscosidade cinemática padrão 
para óleos hidráulicos situa-se entre 10 mm²/s ( mínimo) e 750 mm²/s ( máximo). 
2. A película de lubrificação deve resistir a ruptura; 
3. A resistência ao envelhecimento se traduz em resistência a oxidação; 
4. O ponto de combustão não pode ser ultrapassado: temperatura na qual a superfície 
do óleo queima espontaneamente ( em geral ocorre a partir de 220 a 240 º C) 
5. Ter facilidade de separação da água livre, ou seja, poder demulsificante. 
 
Influencia da 
temperatura na 
viscosidade do 
Fluido 
Hidráulico 
 RESISTÊNCIA AO ENVELHECIMENTO 
 
O primeiro requisito para manter limpo um sistema hidráulico em operação prolongada, 
é que o óleo apresente alta estabilidade química, isto é, que tenha alta resistência a 
oxidação. 
 
Entretanto, o óleo está sujeito a aquecimento e agitação na presença do ar, o qual não 
pode ser eliminado completamente do sistema, além da presença de catalisadores 
metálicos como o cobre e suas ligas, presentes em quase todos os sistemas hidráulicos. 
 
A oxidação intensa e a temperatura provocam aumento da viscosidade, aumento de 
borra no sistema e diminui a capacidade do óleo de se separar da água e do ar. 
 
A vida do lubrificante depende, das condições de operação, particularmente da 
temperatura de trabalho. A vida útil do óleo hidráulico padrão, em funcionamento 
normal, está em torno de 3.000 horas, mas em situações severas pode se degradar em 
500 horas. 
 
Inibidores de Oxidação 
 
A oxidação do óleo ocorre por causa de uma reação entre o óleo (hidrocarbonetos não-
saturados) e o oxigênio do ar. Há também a possibilidade da polimerização, situação 
em que ocorre combinações químicas de moléculas para a formação de 
macromoléculas, formando sedimentos e alteração da viscosidade. 
 
A oxidação resulta em baixa capacidade de lubrificação, na formação de ácido, na 
geração de partículas de carbono e no aumento da viscosidade do fluido. 
 
A viscosidade diminui devido à contaminação por solvente ou óleos de menor 
viscosidade. A viscosidade aumenta devido à oxidação, presença de insolúveis, água e 
contaminação por óleos de maior viscosidade. 
 
A oxidação do óleo é aumentada por três fatores: 
 
 1. alta temperatura do óleo. 
 2. catalisadores metálicos, tais como cobre, ferro ou chumbo. 
 3. o aumento no fornecimento de oxigênio. 
 
Obs: o óleo hidráulico também envelhece quando o equipamento está fora de serviço. 
Aditivos 
Inibidores de Corrosão 
 
protegem as superfícies do metal do ataque por ácidos. Este inibidor forma um 
filme protetor sobre as superfícies do metal e neutraliza o material corrosivo 
ácido à medida que ele se forma. 
 
Aditivos paradiminuir a compressibilidade do óleo. 
 
A compressibilidade depende da pressão e em menor escala da temperatura. 
O óleo comprimido sob pressão( por aumento de pressão de 100 bar se produz 
uma redução do volume de 0,7 %), expande novamente ao ser aliviado. Pode 
ocorrer golpes metálicos de alívio ou de descompressão, causando deformação 
ou desgaste em sedes de válvulas, mangueiras e tubulações. 
 
Aditivos antiespumantes 
 
Ar significa envelhecimento e aumento da compressibilidade. A causa de 
formação de espuma é sempre a admissão de ar em conseqüência de: 
turbulência no tanque de óleo ou baixa capacidade do tanque (baixo volume). 
Se a bomba aspira ar é porque há falha na vedação da bomba ou da 
tubulação. 
Fluidos resistentes ao fogo 
 
Uma característica inconveniente do fluido mineral proveniente do petróleo é 
sua inflamabilidade. Portanto, no caso de riscos elevado de incêndio, utiliza-se 
líquidos de pouca inflamabilidade, ou seja, eles apenas evitam a propagação 
de fogo. São usados em ambientes industriais onde há metais muito quentes 
ou incandescentes, por exemplo, em sistemas cuja temperatura de operação 
ultrapassam 100 ºC (forjas e instalações siderúrgicas). Ex: Fluidos de silicone 
que operam até 380 º C. 
 
óleos sintéticos resistentes ao fogo 
 
São sintetizados em laboratório, como por exemplo : os éster de fosfato, os 
hidrocarbonatos clorados ou ainda suas misturas com óleos minerais, que 
devido as suas estruturas químicas oferecem resistência a propagação do fogo, 
possuem boas características de lubrificação e resistem bem ao tempo de uso. 
Um dos grandes inconvenientes é o alto custo de aquisição. São incompatíveis 
com vedações comuns, sendo necessário a utilização do “viton”, 
etilenopropileno . 
Fluidos resistentes ao fogo 
FLUXOGRAMA GERAL DE UM SISTEMA HIDRÁULICO: 
 
De acordo com o tipo de aplicação, existe uma grande infinidade de tipos de circuitos hidráulicos, 
porém, todos eles seguem sempre um mesmo esquema, que poderíamos dividir em três partes 
principais. 
Sistema de Geração Sistema de distribuição e controle Sistema de aplicação de energia 
Reservatório 
Filtros 
Bombas 
Motor de 
acionamento 
acumulador 
Tubulações, válvulas controladoras 
De pressão, válvulas direcionais, 
Válvulas reguladoras de pressão. 
 
Cilindros, atuadores simples ou 
dupla ação. 
TRANSMISSÃO DE ENERGIA HIDRÁULICA: 
 
O componente de entrada de um sistema hidráulico chama-se bomba e o de saída atuador. O 
sistema hidráulico não é uma fonte de energia. A fonte de energia é o acionador, tal como, o motor 
que gira a bomba. 
Circuito hidráulico básico 
VELOCIDADES NAS TUBULAÇÕES: 
 
A velocidade com que o fluido hidráulico passa pela tubulação é um fator importante de 
projeto, pois a velocidade provoca um atrito com as paredes da tubulação. Geralmente, 
a faixa de velocidade de fluxo recomendada pelos fabricantes é: 
 
SEGUNDO O FABRICANTE VICKERS 
 
- Linha de sucção = 6 a 12 dm/s 
- Linha de pressão e retorno = 20 a 60 dm/s 
 
SEGUNDO O FABRICANTE RACINE 
 
- Sucção : 60,96 a 121,92 cm/s 
- Retorno : 304,8 a 457,20 cm/s 
- Para pressão abaixo de 210 bar: 762,2 a 914,14 cm/s 
- Para pressão acima de 210 bar: 457,2 a 509,6 cm/s 
DETERMINAÇÃO DE V 
A velocidade do fluido deverá ser aquela recomendada, por exemplo, o valor de 838,17 
cm/s ( valor médio) para linhas de pressão abaixo de 210 bar). As velocidades 
recomendadas pelos fabricantes conduzem a menor perda de carga nas instalações 
hidráulicas. 
VICKERS 
DIÂMETROS 
COMERCIAIS 
CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS HIDRAULICOS : 
 
1. QUANTO A PRESSÃO: 
 
• até 14 bar = baixa pressão 
• 14 - 35 bar = média pressão 
• 35 - 85 bar = média/alta pressão 
• 85 - 210 bar = extra-alta pressão 
 
2. QUANTO AO TIPO DE BOMBA: 
 
A bomba utilizada pode ser de vazão constante ou vazão variável. 
 
 
3. QUANTO À APLICAÇÃO: 
 
classificados em sistemaS hidráulicos para aplicações fixas e aplicações móveis. 
 
 
PERDA DE CARGA NA LINHA DE PRESSÃO DE UM SISTEMA HIDRÁULICO 
Durante o escoamento do fluido através do sistema hidráulico, pode ocorrer uma perda 
de pressão (mais comumente denominada perda de carga), que é devida a vários fatores. 
Todos esses fatores entram no cálculo de perda de carga no sistema hidráulico que é feito 
da seguinte maneira: 
DETERMINAÇÃO DO FATOR “f” 
Esse fator “f” é devido a temperatura do fluido e rugosidade interna do duto, isto é 
quanto mais rugoso for internamente o duto, maior dificuldade terá o óleo para escoar 
DETERMINAÇÃO DE LS, L1 E L 
Restrições, curvas, bifurcações, etc., causam perda de carga e aquecimento do fluido. 
Neste caso, damos o nome de perda de carga localizada. 
 
Podemos observar, então, que as curvas de 90,45° ou 30 °, bifurcações, cotovelos, etc., 
também fornecem certa resistência ao fluxo de óleo, ocasionando, portanto, outra perda 
de carga localizada. 
 
O que se costuma fazer é transformar, os acessórios em um “comprimento equivalente” 
de canalização retilínea, e para tal, existem tabelas que nos auxiliam nestas 
transformações. Cotovelos, curvas, registros, etc., são denominados de singularidades. 
Comprimentos Equivalentes a perdas localizadas (em polegadas de canalização retilínea) 
TABELA DE CONVERSÃO DE 
UNIDADES DE VISCOSIDADE 
 
DETERMINAÇÃO DE “D” 
O diâmetro da tubulação é determinado a partir do cálculo da área da seção do duto “A” 
obtido através da vazão e velocidade média do fluxo do fluido . 
PROCEDIMENTO DE CÁLCULO DA PERDA DE CARGA 
1. Determine “f”. 
2. Determine “Ls” e as perdas localizadas em válvulas , através dos catálogos do fabricante. Adicione 
“Ls” a “L1” para obter “L”. 
 
3. Uma vez determinada a perda de carga total, verifique se a mesma não influirá no sistema. 
 
 
Por exemplo, se nosso sistema precisa de 190 bar para executar um determinado trabalho enquanto 
que fornecemos 210 bar e temos uma perda de carga de 30 bar a pressão útil disponível será: 
 
 P = 210 - 30 = 180 bar, 
 
Portanto, insuficiente para o trabalho que o sistema hidráulico se propõe a fazer, pois é menor do 
que a pressão necessária de 190 bar. 
 
tanque 
Válvula de alívio 
Controle 
direcional 
Válvula de 
controle de 
fluxo 
Exercicios 
 
1. Calcular a pressão necessária para se obter uma força de 15 toneladas-força no avanço de um cilindro de diâmetro igual a 10,16 cm. 
 
 Resposta; 185,03 kgf/cm2 . 
 
 
 
 
 
 
2. Calcular o cilindro de sistema de fechamento de forno que tenha de ter uma força de 5000 kgf no avanço e 2.000 kgf no retorno 
 sendo a pressão máxima do sistema de 70 bar , ou 71,36 kgf/cm2. 
 
 Resposta : Dpistão = 9,45 cm e Acoroa = 7,31 cm 
 
 
 
 
 
 
3. Calcular o cilindro de uma prensa de chapa , sabendo que a força necessária a prensagem será de 150 toneladas força. Pressão de 
 210 bar = 214,07 Kgf/cm2 
 
 Resposta : Dpistão = 29,87 cm