17a MHP Hidraulica

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MHP - Hidra´ulica
Ma´quinas Hidra´ulicas e Pmeuma´ticas
AMB
ICET - Unip
2017/1S
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Viscosidade
Viscosidade (µ) ⇒ adereˆncia interna de um fluido
I perdas de energia associadas ao transporte
I geradora de turbuleˆncias
Viscosidade ⇒ relacionada com a taxa de deformac¸a˜o
Taxa de deformac¸a˜o
(
du
dy
)
⇒ diretamente ligada a` µ
I fluido altamente viscoso < dudy
I fluido com baixa viscosidade > dudy
du
dy ∝−1 µ
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Me´todos para definir a Viscosidade
Escoamento
I 6= ~v
I velocidade da part´ıcula (u) varia em relac¸a˜o a y
µ⇒ definida pela tensa˜o de cisalhamento (τ) e a velocidade em x (u)
τ = µ
du
dy
[
N
m2
]
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Princ´ıpio de Pascal
Fluido mapsto confinado em um sistema, apenas forc¸as normais
podem ser observadas.
Forc¸a Normal = PRESSA˜O (p)
Hidra´ulica e Pneuma´tica 7→ principal princ´ıpio
“a pressa˜o exercida em um ponto de um fluido esta´tico e´ direta-
mente transmitido para todas as direc¸o˜es e, exerce forc¸as iguais
em a´reas iguais, sempre perpendicular a` superf´ıcie do recipiente.
”
A pressa˜o aplicada a um l´ıquido fechado num recipiente se trans-
mite, sem qualquer diminuic¸a˜o a todos os pontos do fluido e a`s
paredes do recipiente.
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Princ´ıpio de Pascal
p =
F
A
p1 = p2
F1
A1
= F2A2
F2 = F1
A2
A1
Sistemas Hidra´ulicos/Pneuma´ticos
I Bombas ou compressor ⇒ func¸a˜o e´ fornecer vaza˜o
I Pressa˜o ⇒ resultado da oposic¸a˜o a` passagem do fluido
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Princ´ıpio de Pascal
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Princ´ıpio de Pascal
O pista˜o de uma prensa hidra´ulica tem o raio de 20cm. Qual e´ a
forc¸a que deve ser aplicado ao pequeno pista˜o, de raio 2cm, para
que se possa levantar, no pista˜o maior, um carro com a massa
de 150kg?
Varia´veis: r1 = 20cm = 20 · 10−2m; r2 = 2cm = 2 · 10−2m;
m = 150kg .
Vamos calcular a forc¸a:
F = m · g ⇒ F1 = 150 · 9, 81⇒
F1 = 1, 47 · 103N
Aplicando a Lei de Pascal:
F2 = F1
A2
A1
⇒ F2 = 1, 47 · 103 · pi(2·10
−2)2
pi(20·10−2)2 ⇒
F2 = 14, 7N
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Tipos de Pressa˜o
1 Pressa˜o atmosfe´rica (patm)
I relaciona o peso da camada de ar sobre a superf´ıcie da Terra
I forte relac¸a˜o com a altitude
I equivale a 760mmHg ao n´ıvel do mar
2 Pressa˜o Relativa ou Manome´trica (pman)
I utiliza um instrumento denominado manoˆmetro
I instrumento e´ aferido desconsiderando a pman
I equivale apenas a camada de fluido
p = ρ · q ·∆h
3 Pressa˜o Absoluta (pabs)
I somato´rio das presso˜es anteriores
pabs = patm + pman
I pabs ⇒ deve ser indicada com o ı´ndice (a)
I Exemplo: PSIa
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Tipos de Pressa˜o
Classificac¸a˜o de sistemas quanto a pressa˜o, segundo a NFPA1
1National Fluid Power Association
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Pressa˜o em Sistemas Hidra´ulicos
Pressa˜o resulta da resisteˆncia oferecida ao fluxo de fluido.
1 Devido a` carga em um atuador.
2 Devido a` restric¸a˜o (ou orif´ıcio) na tubulac¸a˜o.
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Vaza˜o volume´trica
Raza˜o do volume de fluido que escoa por uma sec¸a˜o em um intervalo
de tempo,
Q = ∀t
Unidades no SI: m3/s
Lembre-se que o volume pode ser reescrito como: ∀ = A · h
Q = ∀t =
A·h
t ⇒ Q = ~v · A
Vaza˜o volume´trica para uma superf´ıcie gene´rica,
dQ = ~v · dA⇒ Q = ∫ ~v · dA
Na indu´stria de bombas hidra´ulicas, a vaza˜o volume´trica pode ser
denominada capacidade.
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Vaza˜o volume´trica
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Vaza˜o volume´trica
Unidades referentes ao ar/ga´s comprimido
Condic¸o˜es dependem: altura, umidade relativa e temperatura
Padra˜o utilizado
Nm3/h
Normal metro cu´bico por hora
p = 1, 033kg/cm2
T = 0◦C
Umidade Relativa = 0%
SCFM
standard cubic feet per minute
p = 14, 7lb/pol2
T = 60◦F
Umidade Relativa = 0%
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Equac¸a˜o da Bernoulli
Partindo da segunda lei de Newton, na forma diferencial
F = m · a⇒ F = m · dvdt
Substituindo a massa (m = ρ · ∀ e a pressa˜o (F = p · A),
F = m · dvdt ⇒ p · A = ρ · ∀ · dvdt
Aplicando-se a variac¸a˜o de pressa˜o,
p · A = ρ · ∀ · dvdt ⇒ p · A− (p+ M p) · A = ρ · ∀ · dvdt ⇒
p · A− p · A− M p · A = ρ · (A· M L) · dvdt ⇒
− M p · A = ρ · (A· M L) · dvdt ⇒ − M p = ρ· M L · dvdt
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Equac¸a˜o da Bernoulli
Observe que a variac¸a˜o de pressa˜o ocorre para uma parcela muito
pequena. Assim, o ca´lculo diferencial torna-se via´vel:
Mp
ML =
dp
dx ⇒ Mp = dpdx · M L
Substituindo o diferencial de pressa˜o
−dpdx · ML = ρ · ML · dvdt ⇒ −dp = ρ · dvdt · dx ⇒ −dp = ρ · dxdt · dv ⇒
−dp = ρ · v · dv
Integrando em ambos os lados
−dp = ρ · v · dv ⇒ ∫ p2p1 dp = −ρ · ∫ v2v1 v · dv ⇒ p|p2p1 = −12ρ · v2|v2v1
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Equac¸a˜o da Bernoulli
Separando as varia´veis, a equac¸a˜o de Bernoulli sera´,
p2 − p1 = −12ρ ·
(
v22 − v21
)
p1 +
1
2 · ρ · v21 = p2 + 12 · ρ · v22
Lembre-se que a pressa˜o em questa˜o se refere a` pressa˜o absoluta,
p1 + ρ · g · z1 + 12 · ρ · v21 = p2 + ρ · g · z2 + 12 · ρ · v22
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Ma´quinas
Ma´quinas hidra´ulicas 7→ dispositivo que fornece ou retira energia, na
forma de trabalho
I Bomba ⇒ adiciona energia
I Turbina ⇒ retira energia
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Ma´quinas
Bomba
I fluido recebera´ um acre´scimo de energia (H2 > H1)
I para o equil´ıbrio do sistema, soma-se ao primeiro membro a energia
recebida, H1 + HB = H2
I HB 7→ “carga ou altura manome´trica da bomba” - representa a energia
fornecida por unidade de peso ao fluido que passa pela bomba
Turbina
I retirada de energia do fluido (H1 > H2)
I para o equil´ıbrio do sistema, subtra´ı-se do primeiro membro a energia
cedida, H1 − HT = H2
I HT 7→ “carga ou altura manome´trica da turbina” - representa a energia
retirada da unidade de peso do fluido pela turbina
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Ma´quinas
Equac¸a˜o geral
H1 + HM = H2
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Poteˆncia
Estudo da energia pelo tempo resulta na poteˆncia
P = EnergiaTempo =
E
t
Reorganizando a equac¸a˜o anterior, multiplicando e dividindo pelo
peso,
P = EnergiaPeso · PesoTempo = EFG ·
FG
t
N = EFG ·
FG
t ⇒ N = H · m·gt ⇒ N = H · ρ·∀·gt
N = H · ρ·∀·gt ⇒ N = H · ρ·A·h·gt ⇒
Poteˆncia do fluido
N = H · ρ · A · v · g ⇒ N = H · ρ · Q · g
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Rendimento
Raza˜o entre a poteˆncia u´til e a poteˆncia nominal
η = PutilPnominal
Considerando as ma´quinas:
ηbomba =
N
NB
ηturbina =
NT
N
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SH - Caracter´ısticas
S
is
te
m
a
H
id
ra´
u
lic
o 
Pressa˜o
{
Tabela slide 9!
Aplicac¸a˜o
{
Sistema de pressa˜o cont´ınuo.
Sistema de pressa˜o varia´vel.
Bomba
{
Sistema de vaza˜o constante.
Sistema de vaza˜o varia´vel.
Controle de Direc¸a˜o
{
Sistema 1 via - va´lvulas.
Sistema 2 vias - bombas revers´ıveis.
Custo operacional
I Energia ele´trica ⇒ $1 como valor hipote´tico
I Sistema Hidra´ulico ⇒ 3 a 5 vezes o custo da EE
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Sistema Hidra´ulico - Vantagens
Sistemas hidra´ulicos sa˜o utilizadosquando sistemas mecaˆnicos ou ele´tricos
na˜o se aplicam, ou para grandes esforc¸os numa pequena a´rea de trabalho.
Fa´cil instalac¸a˜o de diversos elementos, grande flexibilidade em espac¸o
reduzido.
Ra´pida e suave inversa˜o de movimento.
Ajuste microme´trico de velocidade.
Sistemas autolubrificantes.
Relac¸a˜o peso x tamnho x poteˆncia, menor que demais sistemas.
O´tima condutividade te´rmica do o´leo, eliminando-se a necessidade de
um trocador de calor.
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Sistema Hidra´ulico - DESVantagens
Sistemas hidra´ulicos sa˜o utilizados quando sistemas mecaˆnicos ou ele´tricos
na˜o se aplicam, ou para grandes esforc¸os numa pequena a´rea de trabalho.
Elevado custo inicial.
Transformac¸a˜o da energia ele´trica em mecaˆnica e mecaˆnica hidra´ulica
para, retornar a` energia mecaˆnica.
Perdas por vazamento.
Perdas por atritos, interno e externo.
Baixo rendimento.
Perigo de inceˆndio devido a inflamabilidade do o´leo.
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SH - Caracter´ısticas
Sistema Hidra´ulico

Fluido

o´leo
incompress´ıvel
0, 5%∀ ⇒ 70bar
Estado
{
l´ıquido
Circuito
{
fechado
Trabalho
{
alta pressa˜o
baixa velocidade
Custo operacional
I Energia ele´trica ⇒ $1 como valor hipote´tico
I Sistema Hidra´ulico ⇒ 3 a 5 vezes o custo da EE
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Esquema Geral
Tipo de aplicac¸a˜o ira´ definir o melhor circuito hidra´ulico que deve ser
utilizado, mas todos seguem o mesmo esquema.
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Fluido
Quantidade
I volume limitado
I alto custo
Transporte
I viscosidade dificulta o transporte em tubulac¸o˜es
I necessidade de retorno ao reservato´rio
Seguranc¸a
I risco de explosa˜o e inceˆndio
I respeitar limites ma´ximos de temperatura
Sobrecarga
I deve-se utilizar componentes limitadores de pressa˜o
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Fluido
1 Sistema Hidra´ulico
I Fonte de Energia
{
motor ele´trico
motor a combusta˜o
I Grupo de Gerac¸a˜o
{
Emec ⇒ EHid
bombas hidra´ulicas
I Grupo de Controle

va´lvula direcionais
reguladores de pressa˜o
reguladores de vaza˜o
I Grupo de ligac¸a˜o

conexo˜es
tubos
mangueiras
I Grupo de atuac¸a˜o

atuadores
cilindros
motores
2 Trabalho
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Fluido
Bom fuido hidra´ulico e boa filtragem
I aumento da vida u´til dos componentes do sistema hidra´ulico
Fluido Hidra´ulico
I o´leo mineral
I o´leo sinte´tico
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Fluido
Na˜o misturar fluidos de fabricantes diferentes - aditivos podera˜o
reagir e deteriorar o fluido.
Na substituic¸a˜o do o´leo, deve-se realizar uma excelente limpeza do
sistema. Experimentos demonstraram que 10% do o´leo usado reduz
em 70% as qualidades do o´leo novo.
Na˜o ficar apenas completando o o´leo. No tempo correto, o mesmo
deve ser substitu´ıdo.
Fluidos parados por mais de dois meses devera˜o ser substitu´ıdos.
Seguir recomendac¸a˜o de fabricante para o tipo de o´leo e o per´ıodo de
troca.
Condic¸o˜es f´ısico qu´ımicas de um fluido so´ pode ser determinada em
laborato´rio.
O´leo sempre deve ser guardado em recipiente limpo, protegido e
hermeticamente fechado.
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Fluido
Func¸o˜es do Fluido Hidra´ulico
1 Transmitir energia.
2 Lubrificar pec¸as mo´veis.
3 Vedar folgas entre componentes.
4 Dissipar calor.
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Fluido
O´leos
1 Mineral
I derivado do petro´leo
I vantagens

baixo custo
compat´ıvel com materiais utilizados
excelente lubrificac¸a˜o
ampla faixa de temperatura
2 Sinte´tico
I compostos qu´ımicos
I e´teres complexos, silicatos e silicones
I podem atacar componentes
3 Resistentes ao fogo
I indicado para equipamentos expostos a altas temperatura
I ou ambientes com risco de explosa˜o
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Sistema Hidra´ulico
Sistema hidra´ulico e´ composto por
1 Reservato´rio de o´leo
2 Bomba Hidra´ulica
3 Va´lvulas - seguranc¸a, direcionais, reguladoras de pressa˜o
4 Atuadores
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Sistema Hidra´ulico - Manutenc¸a˜o
Qualidade do O´leo ⇒ principal ponto de verificac¸a˜o.
Reservato´rio
I Verifica-se periodicamente o o´leo do reservato´rio.
I Sempre que poss´ıvel, deve ser realizado a limpeza no reservato´rio.
I Ana´lise estrutural deve ser feito, verificando-se poss´ıveis trincas e o
estado das juntas.
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Fluido Hidra´ulico - Func¸a˜o
1 Transmitir Energia ⇒ fluido deve transmitir energia, ou seja, deve
fluir livremente pelas linhas e passagens do sistema e ser o mais
incompress´ıvel poss´ıvel. Para o o´leo, comprimir 0, 5% do seu volume,
exige um pressa˜o de 70bar .
2 Vedar FOLGAS ⇒ muitos componentes hidra´ulicos na˜o apresentam
vedac¸a˜o sendo o ı´ndice de vazamento interno controlado pelo ajuste
mecaˆnico e a viscosidade do fluido hidra´ulico. Geralmente, tais
vazamentos ocorrem nas passagens de alta para baixa pressa˜o.
3 Dissipac¸a˜o de calor ⇒ atrito do fluido com as paredes dos tubos ou
va´lvulas, gera aquecimento, que somado a`s grandes resisteˆncias ao
fluxo geram temperaturas a`s vezes indeseja´veis. O fluido hidra´ulico
tem como func¸a˜o dissipar rapidamente o calor circulando pelas linhas
atrave´s do reservato´rio.
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Fluido - ADITIVOS
Aditivos ⇒ fluido que auxil´ıa na qualidade do o´leo
Deve-se considerar:
I utilizac¸a˜o do o´leo recomendado pelo fabricante
I na˜o misturar diferentes marcas de o´leo ao completar o n´ıvel
I cuidados no armazenamento do o´leo hidra´ulico
I escoar completamente o sistema ao trocar o o´leo
I reservato´rio deve ser limpo com jatos de o´leo diesel a` alta pressa˜o e,
deve ser seco com panos limpos que na˜o soltem fiapos
I limpar todos os elementos com o´leo diesel ou querosene ou troca´-los se
necessa´rio
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Contaminac¸a˜o em Sistemas Hidra´ulicos
Sistemas Hidra´ulicos ⇒ a frequencia dos defeitos em equipamentos se
divide em:
1 Bomba ⇒ 35%
2 Atuadores ⇒ 15%
3 Controlador de Pressa˜o ⇒ 15%
4 Valvulas dIrecionais ⇒ 10%
5 Tubulac¸o˜es ⇒ 10%
6 Outros ⇒ 5%
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Bombas Hidra´ulicas
Bombas ⇒ utilizadas em circuitos hidra´ulicos para converter energia
mecaˆnica em energia hidra´ulica
Tipos de bombas utilizadas:
1 Bomba palheta
2 Bomba de engrenagem
3 Bomba de pista˜o rotativo
Manutenc¸a˜o
I Devem ser realizadas quando ha´ perda de eficieˆncia no sistema
hidra´ulico.
I Ineficieˆncia ⇒ medic¸o˜es de pressa˜o e vaza˜o da bomba.
I Bomba de Engrenagem ⇒ substituic¸a˜o de vedac¸o˜es, pisto˜es, palhetas,
placas e outros elementos necessa´rios.
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Bombas Hidra´ulicas
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Va´lvulas Hidra´ulicas
Va´lvulas ⇒ responsa´veis por direcionar, controlar o o´leo no sistema
hidra´ulico.
Tipo de va´lvulas:
1 Va´lvulas direcionais
2 Va´lvulas de bloqueio
3 Va´lvulas controladoras de pressa˜o e fluxo
Manutenc¸a˜o:
I Verificar o grau de contaminac¸a˜o do o´leo (a´gua e sujeira).
I Drenar e substituir o o´leo sujo, conforme especificac¸a˜o.
I Guarnic¸o˜es - trocar as desgastadas.
I Molas - trocar as fatigadas.
I Quando irrecupera´veis, as va´lvulas hidra´ulicas devera˜o ser substitu´ıdas
por novas.
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Va´lvulas Hidra´ulicas
Va´lvulas direcionais
I Usualmente conhecidas como comando hidra´ulico ou grupo hidra´ulico
I Func¸a˜o ⇒ direcionar o fluxo conforme comando acionado.
I Defeito mais comum
F engripamento do carretel
F vazamentos entre as juntas
F quando contaminado, o o´leo pode arranhar as carcac¸as das va´lvulas e o
carretel, acarretando em substituic¸a˜o.
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Va´lvulas Hidra´ulicas
Va´lvulas de bloqueio e controladoras de fluxo
I Va´lvulas ⇒ na˜o sa˜o controladoras, mas atuam em determinados
paraˆmetros - pressa˜o e vaza˜o.
I Defeito acarreta imediata substituic¸a˜o
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Atuadores
Atuadores ⇒ executam o trabalho desejado no sistema.
Defeitos:
I Arranho˜es na haste ⇒ deve-se cromar ou substituir conforme
profundidade da lesa˜o.
I Arranho˜es na camisa ⇒ deve-se brunir ou substituir conforme
profundidade dos riscos.
I Vazamentos externos ⇒ deve-se substituir vedac¸o˜es do cabec¸ote.
I Vazamentos internos ⇒ deve-se substituir vedac¸o˜es do pista˜o.
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Troca do Fluido Hidra´ulico
Na˜o existe um momento exato, mas sugere-se:
I O´leo Mineral ⇒ ciclo de trabalho leve - trocar a cada 4000h
I O´leo Mineral ⇒ ciclo de trabalho pesado - trocar a cada 2000h
Ciclo de trabalho ⇒ de acordo com o ciclo, muitos aditivos podem ser
associados ao fluido e perdidos na evaporac¸a˜o. Assim, recomenda-se:
I 15000− 2000h ⇒ ciclo de trabalho leve, sem contaminac¸a˜o.
I 10000− 1500h ⇒ ciclo de trabalho leve, com contaminac¸a˜o, ou ciclos
de trabalho pesado, sem contaminac¸a˜o.
I 5000− 1000h ⇒ ciclo de trabalho pesado, com contaminac¸a˜o.
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Procedimento de Troca do Fluido
Sempre utilize o o´leo recomendado pelo fabricante.
Nunca misture marcas diferentes de o´leo.
Armazenamento do o´leo deve ser feito em latas limpas e fechadas.
Ao trocar, drene todo o o´leo do sistema e do tanque.
Limpe o reservato´rio com jato de alta pressa˜o diesel e seque-o.
Caso haja filtro de succ¸a˜o, limpe-o.
Troque o elemento filtrante do filtro.
Antes de inserior no circuito, filtre todo o´leo novo.
Deˆ a partida na ma´quina e fac¸a o o´leo circular da bomba para o
tanque por 20 minutos.
Encha completamente o reservato´rio.
Deixe o o´leo circular por todo o circuito por 30min.
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Filtro Hidra´ulico
Filtros ⇒
I Aparatos utilizados para separar substaˆnicas so´lidas ou gases do l´ıquido.
I Utilizam-se meios fibrosos ou granulados
I Substaˆncia retida = res´ıduo.
Separac¸a˜o de part´ıculas ⇒ emprega-se diversos procedimentos de
filtrac¸a˜o.
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Filtro Hidra´ulico
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Circuito de Trabalho Hidra´ulico
Circuito hidra´ulico BA´SICO:
I reservato´rio
I bomba
I va´lvula de al´ıvio
I va´lvula de controle de vaza˜o
I va´lvula direcional
I atuador que podera´ ser linear ou rotativo.
Va´lvula de al´ıvio ⇒ protege o sistema de sobrecargas - tambe´m
denominada va´lvula de seguranc¸a.
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Circuito de Trabalho Hidra´ulico
Funcionamento do circuito:
I o´leo e´ puxado pela bomba e levado ao sistema
I ao entrar no sistema, o o´leo sofre uma reduc¸a˜o de vaza˜o
I excesso de o´leo volta para o reservato´rio passando pela va´lvula de al´ıvio
I com a vaza˜o reduzida, o o´leo segue para o atuador que vai trabalhar
com uma velocidade menor e adequada ao trabalho
I va´lvula direcional, por sua vez, comanda o avanc¸o/retorno do atuador,
e todo o sistema esta´ protegido de sobrecargas
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Obrigado e ate´ a pro´xima aula!!!
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