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BOMBASEMOTORESHIDRÁULICOS 1.BOMBASHIDRÁULICAS BombasHidráulicassãoMáquinasHidráulicasOperatrizes,istoé,máquinasquerecebem energia potencial(forçamotrizdeum motorouturbina),etransformam partedestapotênciaem energiacinética (movimento)eenergiadepressão(força),cedendoestasduasenergiasaouídobombeado,deformaa recirculá-looutransportá-lodeum pontoaoutro. Ousodebombashidráulicasocorresemprequeháanecessidadedeaumentar-seapressãodetrabalho deumasubstâncialíquidacontidaem um sistema,avelocidadedeescoamento,ouambas. Algunsautoreschamam-nasdemáquinasoperatrizeshidráulicas,porquerealizam um trabalhoútil específicoao deslocarem um líquido. ComoFuncionaumaBombaHidráulica Paratrabalhar,ossistemashidráulicos fazem usodefluidocomprimidopararealizarum trabalho.O maiscomum équeesselíquidosejaum óleobastantefino,deum grauespecial,queébombeadopara dentrodosistemacom oobjetivodeproduzirpressãoporváriostiposdebombashidráulicas.Estas bombastêm,geralmente,osmecanismosrotativoscom tolerânciaspequenasentreaspartesmóveise oscompartimentos.Em comparaçãocom outrostiposdebombas,amaioriadostiposdebombas hidráulicastambém apresentabaixasvelocidadesderotação. ClassificaçãodasBombasHidráulicas Omodopeloqualéfeitaatransformaçãodotrabalhoem energiahidráulicaeorecursoparacedê-laao líquidoaumentandosuapressãoe/ousuavelocidadepermitem classificarasbombasem doisgrandes grupos: BombasCentrífugasouTurbo-Bombas,também conhecidascomoHidroouRotodinâmicasou Bombascinéticas; BombasVolumétricas,também conhecidascomodeDeslocamentoPositivo. BOMBASCENTRIFUGAS Rotoreconjuntobomba-motor Asbombascinéticasfornecem energiacontinuamenteaum fluidoqueescoapelointeriordoselementos dabomba. Amovimentaçãodofluídoocorrepelaacçãodeforçasquesedesenvolvem namassadomesmo,em consequênciadarotaçãodeum eixonoqualéacopladoum disco(rotor,impulsor)dotadodepás (palhetas,hélice),oqualrecebeofluídopeloseucentroeoexpulsapelaperiferia,pelaacçãodaforça centrífuga,daíoseunomemaisusual. Essaaceleraçãonãopossuiamesmadirecçãoeomesmosentidodomovimentodolíquidoem contacto com aspás.Adescargageradadependedascaracterísticasdabomba,donúmeroderotaçõesedas característicasdosistemadeencanamentos. Sãobombasdedeslocamentonão-positivo,usadasparatransferirfluidosecujaúnicaresistênciaéa criadapelopesodofluidoepeloatrito Essasbombasraramentesãousadasem sistemashidráulicos,porqueseupoderdedeslocamentode fluidosereduzquandoaumentaaresistênciaetambém porqueépossívelbloquear-secompletamente seupórticodesaídaem plenoregimedefuncionamentodabomba. Hádiversasformasdebombascinéticas.Entreelashá: Bombascentrífugasradiais(Puras)-amovimentaçãodofluídodá-sedocentroparaaperiferiadorotor, nosentidoperpendicularaoeixoderotação Bombascentrífugasdefluxomisto(hélico-centrífugas)-omovimentodofluídoocorrenadireção inclinada(diagonal)aoeixoderotação) Bombascentrífugasdefluxoaxial(helicoidais)-omovimentodofluídoocorreparaleloaoeixode rotação. Todaselastransmitem energiaaofluidoempregandoaconversãodeenergiamecânicaem energia cinética,podendoserestaconvertidaem energiadepressãoouenergiapotencial. BombasdeFluxoRadial Nestetipodebombaamovimentaçãodofluídodá-sedocentroparaaperiferiadorotor,nosentido perpendicularaoeixoderotação. Olíquidopenetranorotorparalelamenteaoeixo,sendodirigidopelas pásparaaperiferia,segundotrajetóriascontidasem planosnormaisaoeixo. Quandoapressãoaser geradaformuitoelevada,asbombascentrífugaspodem terdoisoumaisrotoresfechados;sãoas bombasdeduplooumúltiploestágio.Ofluidoquesaidoprimeirorotoréconduzidaparaosegundorotor, deondesaicom apressãoaumentada. Essasbombassãousadasnobombeamentodeágualimpa,águadomar,condensados,óleos,lixívias, parapressõesaté16Kgf/cm³etemperaturasaté140°C. BombasdeFluxoMisto Nestatipodebomba sãocombinadososprincípiosdasbombasradiaiseaxiaiseocaminhamentoda águaéhelicoidal,o líquidopenetranorotor,atingindoaspáscujobordodeentradaécurvoeinclinado em relaçãoaoeixo;segueumatrajetóriaqueéumacurvareversa,poisaspássãodeduplacurvatura,e atingeobordodesaídaqueéparaleloaoeixoouligeiramenteinclinadoem relaçãoaele.Saidorotor segundoum planoperpendicularaoeixoousegundoumatrajetórialigeiramenteinclinadaem relaçãoao planoperpendicularaoeixo.Apressãoécomunicadapelaforçacentrífugaepelaacçãode"sustentação" ou"propulsão"daspás. Asbombasdeeixoprolongadoparaaextraçãodeáguadepoçosprofundossãogeralmentedotipode fluxomistoequasesempredeváriosestágios. BombasdeFluxoAxial Osmovimentosdoslíquidosseguem no sentido do eixo do rotorondesuastrajetórias começam paralelamenteaoeixoesetransformam em hélicescilíndricas.Forma-seumahélicedevórticeforçado, pois,aoescoamentoaxial,superpõe-seum vórticeforçadopelomovimentodaspás.Oeixo,em geral,é vertical,eporissosãoconhecidascomobombasverticaisdecoluna. Essestiposdebombassãomuito utilizadosem bombeamento degrandesvazõesereduzidasalturas,como captaçõesdeáguade mananciaisdesuperfíciecom pequenaalturadeelevação. Outracaracterísticaéquepossuem difusorde pásguias. Segundoonúmeroderotoresusadosem bombas,podemosterosseguintesmodelos: Bombadesimplesestágio- possuem apenas um rotoreofornecimentodeenergiaaolíquidoéfeitoem um únicoestágioqueéconstituídoporum rotoreum difusor. Bombasdemúltiplosestágios- Com grandealturadeelevaçãooliquidopassapordoisoumaisrotores fixadosaomesmoeixoecolocadosem umacaixaquepermiteoescoamento.Cadapassagem do liquidoem cadarotoréum estagio. Já,deacordocom onúmerodeentradasparaaspiração,existem modelosdebombasquesãoutilizados paraaplicaçõesdiversas,comoporexemplo: Bombadeaspiraçãosimplesouentradaunilateral- Quandoosentidode entradadolíquidosefazdeum ladoepelaaberturacircularnaaberturadorotor. Bombadeaspiraçãoduplaouentradabilateral- Nestesistema, orotorrecebeolíquidopordoissentidos opostos,paralelamenteaoeixoderotação.Equivaleadoisrotoresem paraleloque,teoricamente,são capazesdeelevarumadescargadupladaqueseobteriacom orotorsimples.Oempuxolongitudinaldo eixoéequilibradonasbombasderotoresbilaterais. A definição ou escolha de uma bomba centrífuga é feita essencialmente através de vazão de bombeamentoedaalturamanométricatotalcapazdeserproduzidapelabombaaessavazão.Outras grandezastambém consideradassão a altura manométrica de sucção,a potência absorvida e a eficiência. FuncionamentodaBombaCentrífugaRadial ABombaCentrífugatem comobasedefuncionamentoacriaçãodeduaszonasdepressão diferenciadas,umade baixapressão(sucção)eoutradealtapressão(recalque). Paraqueocorraaformaçãodestasduaszonasdistintasdepressão,énecessárioexistirnointeriorda bombaa transformaçãodaenergiamecânica(depotência),queéfornecidapelamáquinamotriz(motorou turbina), primeiramenteem energiacinética,aqualirádeslocarofluído,eposteriormente,em maiorescala,em energiade pressão,aqualiráadicionar“carga”aofluídoparaqueelevençaasalturasdedeslocamento. BOMBASVOLUMETRICAS Também chamadadeDeslocamentoPositivo,amovimentaçãodofluídoécausadadiretamentepela acçãodoórgãodeimpulsãodabombaqueobrigaofluídoaexecutaromesmomovimentoaqueestá sujeitoesteimpulsor(êmbolo,engrenagens,lóbulos,palhetas). Asbombasdedeslocamentopositivosãoindicadasem casosondeserequervazãoconstante independentedevariaçãodacargasobreabombaetambém ondeovolumedevesermedidocom precisão.Adescargaéproporcionalàvelocidadedopropulsordabomba. Acaracterísticaprincipaldestaclassedebombaséqueumapartículalíquidaem contactocom oórgão quecomunicaaenergiatem aproximadamenteamesmatrajetóriaqueadopontodoórgãocom oqual estáem contacto. Dá-seonomedevolumétricaporqueofluído,deformasucessiva,ocupaedesocupaespaçosnointerior dabomba,com volumesconhecidos,sendoqueomovimentogeraldestefluídodá-senamesma direcçãodasforçasaeletransmitidas,porissosãochamadasdedeslocamentopositivo.AsBombas Volumétricasdividem-seem: ÊmboloouAlternativas-Pistão,diafragma,membrada; Rotativas-Engrenagens,lóbulos,palhetas,helicoidais,fusos,parafusos). BombasAlternativas Asbombasalternativasusam um arranjodediafragma,pistãoouêmboloecilindro,com válvulasde sucçãoedescargaintegradasnabomba.Bombasdestacategoriavariam demonocilíndricas(chamadas desimplex),chegandoem certoscasosaténovecilindros.Amaioriadasbombasalternativassãodedois(duplex)outrês(triplex)cilindros.Além disto,podem serdeacçãosimples,ondeocursosdesucção edescargasãoindependentesoudeacçãodupla,succionandoedescarregandoem ambosossentidos. Asbombaspodem sermovidasdiretamenteaarcomprimido,avaporouatravésdeum mecanismo bielamanivela,esteacionadoporum motorelétrico,decombustãointernaatravésdepoliasecorreias, engrenagensoumesmocom acionamentodirecto. Porquestõeshidráulicas,asbombasalternativastendem aapresentarnúmerosímparesdepistõesou êmbolos,sendoaúnicaexceçãoonúmero2.Portanto,aclassificaçãodenúmerodeêmbolosoupistões costumaser: simplexparabombascom um únicoêmbolooupistão, duplexparabombascom doisêmbolosoupistões, triplexparabombascom trêsêmbolosoupistões, quintuplexparabombascom cincoêmbolosoupistões, septuplexparabombascom seteêmbolosoupistões(rara), nonuplexparabombascom noveêmbolosoupistões(rara). BombasRotativas Asbombasrotativasisolam um volumedefluidoeotransportam deumazonadebaixapressãopara umazonadealtapressão.Acaracterísticacomum éoacionamentoatravésdeum eixoquegira. BombadeEngrenagens BombadePalhetas BombadeLóbulos BombadeParafusos BOMBASALTERNATIVAS Existem muitosmodelosdebombashidráulicas,masalgunspodem serconsideradosostiposprincipais, umavezquesãoosmaiscomunsutilizadosnosectordaindústria.Entreeles,estãoosmodelosde bombasdeengrenagens,osquaissãoformadosporum pardeengrenagensquerodam nointeriorde um compartimentoestreito. Dessaforma,oóleoécolocadodeum ladodocompartimentoetransportadoem tornodaáreaexterior entreosdentesdeengrenagem eparaforadopontodedescarganoladooposto.Algumasbombas hidráulicasdessetipopossuem engrenagensdedentesexcêntricosexternosquegiram em voltados dentesdeumaengrenagem interna.Essesmodelosdebombassãobastanteeficienteseconfiáveis, porém,sãomuitoruidosas. Jáasbombashidráulicasdepalhetas sechamam assim porquesãocompostasporum conjuntode palhetasconstantementeajustáveisemontadasem um eixoexcêntricodentrodeum compartimento fechado.Conformeoeixosemoveaoredordacobertura,aspalhetasseajustam afim demanteras pontasem contatocom asuperfícieinternadacaixa.Jáofluídoécolocadonocompartimentoeé transportadoem tornodele,naspalhetasdopontodedescarga,localondeéforçadoasair.Esses modelossãoaindamaiseficientesem comparaçãoàsbombasdeengrenagens. Outromodelobastanteusadonaindústriaéa bombahidráulicadeparafuso,quepossuium parde engrenagensem espiralsituadadentrodeum cilindrofechado.Assim,olíquidolubrificanteécolocado em umaextremidadedocilindro,sendoforçadoaolongodoseucomprimentoentreosdentesdas engrenagenseasparedesdocilindro.Outrosmodelosdebombashidráulicassãoasdepistõesradiais, depistãoaxialeasgeradoras. Bombasalternativasdepistão Asbombasdepistãogeram umaaçãodebombeamento,fazendocom queospistõessealterem dentro deum tamborcilíndrico. Consistede7ou9pistõesem ângulode45°,cujomovimentodoeixoacionador provocaoirevirdospistões,succionandooóleonametadedociclodabombaepressionandonociclo oposto. Nocursodeaspiração,omovimentodopistãotendeaproduzirvácuo.Apressãodolíquidono ladodaaspiraçãofazcom queaválvuladeadmissãoseabraeocilindroseencha.Nocursoderecalque, opistãoforçaolíquido,empurrando-oparaforadocilindroatravésdaválvuladerecalque.Omovimento dolíquidoécausadopelomovimentodopistão,sendodamesmagrandezaedotipodemovimento deste. O tambordocilindroéadaptadocom muitospistões.Assapatasdospistõessãoforçadascontraa superfíciedaplacadedeslizamentopelasapataepelamola.Parasepararofluidoqueentradofluido quesai,umaplacadeorifícioécolocadanaextremidadedoblocodocilindro,queficadoladoopostoao daplacadedeslizamento. Bombasalternativasdeêmbolo Suaformadefuncionamentoéigualaodasalternativasdepistão,porém,aprincipaldiferençaentreelas estánoaspectoconstrutivodoórgãoqueatuanolíquido.Porserem recomendadasparaserviçosde pressõesmaiselevadas,exigem queoórgãodemovimentaçãodolíquidosejamaisresistente,adotando -se assim,o êmbolo,sem modificaro projeto da máquina.Com isso,essasbombaspodem ter dimensõespequenas. Um adequadojogodeválvulaspermitequeolíquidosejaaspiradoeem seguida lançadoàturbinadeimpulsão. Bombasalternativasdediafragma Aenergiadolíquidoéfornecidaatravésdeumamembranaacionadaporumahastecom movimento alternativo.Omovimentodamembrana,em um sentido,diminuiapressãodacâmarafazendocom que sejaadmitidoum volumedelíquido.Aoserinvertidoosentidodomovimentodahaste,essevolumeé descarregadonalinhaderecalque.Sãousadasparaserviçosdedosagensdeprodutosjáque,aoser variadoocursodahaste,varia-seovolumeadmitido.Um exemplodeaplicaçãodessabombaéaque retiragasolinadotanqueemandaparaocarburadordeum motordecombustãointerna. BOMBASROTATIVAS Nasbombasrotativas,olíquidorecebeaacçãodeforçasprovenientesdeumaoumaispeçasdotadas deum movimentoderotaçãoque,comunicandoenergiadepressãoprovocandoseuescoamento.Esse líquidoéconfinadoem um ouvárioscompartimentosquesedesagradem dazonadeentrada(debaixa pressão)atéazonadesaída(dealtapressão)damáquina. Aaçãodasforçassefazsegundoadireção queépraticamenteadoprópriomovimentodeescoamentodolíquido.Adescargaeapressãodolíquido bombeadosofrem pequenasvariaçõesquandoarotaçãoéconstante. Desenhadascom separaçõesmuitopequenasentreaspeçasderotaçãoeaspeçasimóveis,parareduzir aomínimoodeslizamentodoladodedescargaparaoladodesucção,asbombasrotativasnãosão empregadassomentenobombeamentoconvencional,masprincipalmentenossistemadelubrificação, noscomandos,controlesetransmissõeshidráulicasenossistemasautomáticoscom válvulasde seqüência. Bombasrotativasdepalhetas Estasbombasproduzem umaacçãodebombeamentofazendocom queaspalhetasacompanhem o contornodeum aneloucarcaça.Omecanismodebombeamentodeumabombadepalhetaconsistede rotor,palhetas,aneleumaplacadeorifíciocom aberturasdeentradae saída. Esterotor, providode ranhuras,giraporum eixodeacionamento.Cadaranhuradorotorretém umapalhetaretangularchata, quepodemover-seradialmentenaranhura.Quandoorotorgira,aforçacentrífugaacionaaspalhetas parafora.Devidoàexcentricidadedorotorem relaçãoàcarcaçadabomba,aentradadeóleoestá situadanaparteondeascâmarasaumentam detamanhoeomovimentodaspalhetasconduzoóleo paraasaídadabomba,ondeascâmarasdiminuem detamanho,empurrando-oparaosistemahidráulico. Asbombasdepalhetasãomuitousadasparaalimentaçãodecaldeiraseparasistemaoleodinâmicosde acionamentodemédiaoubaixapressão.Sãoautoaspirantesepodem serempregadastambém como bombasdevácuo. Bombasrotativasdeengrenagens Estabombaconsistebasicamentedeumacarcaçacom orifíciosdeentradaedesaída,edeum mecanismodebombeamentocompostodeduasengrenagens,aengrenagem motora,éligadaaum eixo queéconectadoaum elementoacionadorprincipal.Aoutraéaengrenagem movida. Consiste um pardeengrenagensgiradentrodeumacarcaçacom pequenafolgaentreoexternoda engrenagem eointeriordacarcaça.Com omovimentodasengrenagensofluido,que ocupaoespaço entredoisdentes,éempurradoporesteseescapandopelatubulaçãodesaída. Oqueimpedeofluidode retornarentreosdentesdaengrenagem paraasucçãoéexatamenteodentedaoutraengrenagem,que ocupaoespaçoentreosdentes.Quandoavelocidadeéconstante,avazãoéconstante. Utilizadas no bombeamento de substâncias líquidas e viscosas,lubrificantes ou não,as bombas rotativaspodem serde engrenagem interna, quandoumaengrenagem externacontém dentesquese engrenam nacircunferênciainternadeumaengrenagem maior,ou engrenagem externa,devidoasuas engrenagensconterem dentesem suascircunferênciasexternas.Estas,porvezestambém chamadasde bombasdedentes-sobre-dentesepodem serdeengrenagem helicoidal,dedentesretosouem formade espinhadepeixe. Bombasrotativasdelóbulos Estabombafuncionaseguindooprincípiodabombadeengrenagensdedentesexternos,querdizer, ambososelementosgiram em sentidosopostos,com oqueseconsegueaumentarovolumeediminuir apressãoeporissoconseguiraaspiraçãodofluido.Podem terdois,trêsouatéquatrolóbulos, conformeotipo.Porterum rendimentomaior,asbombasdetrêslóbulossãoasmaiscomuns.Giram-se osdoiselementos,um éimpulsionado diretamentepela fontedeenergia,ea outrasatravésde engrenagensdesincronização.Enquantoqueoselementosgiram,olíquidoficaapanhadoentredois lóbulosdecadarotoreasparedesdocompartimentodabomba,esetransportadocompartimentode sucçãoparaadescargadabomba.Àmedidaqueolíquidosaidocompartimentodesucção,apressãonocompartimentobaixa,emaislíquidoadicionaléforçadoadeslocar-separaocompartimentodo depósito.Sãomuitousadasnobombeamentodeprodutosquímicos,líquidoslubrificantesounão- lubrificantesdetodasasviscosidades. Bombasrotativasdeparafuso Consistedeumabombacontendo entreum atrêsparafusosdeformato helicoidalquerealizam movimentos sincronizados através de engrenagens dentro de uma caixa de óleo ou graxa para lubrificação,onde,portalmotivo,são silenciosas e sem pulsação.O fluido é admitido pelas extremidadese,devidoaomovimentoderotaçãoeaosfiletesdosparafusos,quenãotêm contatoentre si,éempurradoparaapartecentralondeédescarregado.Essasbombassãomuitoutilizadasparao transportedeprodutosdeviscosidadeelevada. PartesdeumaBomba Existem trêspartesfundamentaisnabomba: SFH-SistemaFixoHidrodinâmico A)Corpo(Carcaça,secçãodeentradaesecçãodesaída),queenvolveorotor,acondicionaofluído,e direcionaomesmoparaatubulaçãoderecalque; SRH-SistemaRotativoHidrodinâmico B)Rotor(impelidor),constitui-sedeum discoprovidodepás(palhetas)queimpulsionam ofluído; C)Eixodeacionamentoeacopulamentomotor-eixo,quetransmiteaforçamotrizaoqualestáacoplado orotor,causandoomovimentorotativodomesmo. SistemasAuxiliares a)Apoio:pelomenos2mancaisourolamentos b)Vedação(selomecânico):isolaoeixonatransiçãodomeioexternoparaointerno -Gaxeta–cordãodeamiantoentrelaçado,com funçãodeinpedirvazamentosouentradasdear Ajustesdevidoaodesgaste -Selomecânico–estanque,sem ajustes c)Lubrificação:óleo,graxa Grandesbombaspossuem lubrificaçãoforçada Antesdofuncionamento,énecessárioqueacarcaçadabombaeatubulaçãodesucçãoestejam totalmente preenchidascom ofluídoaserbombeado. EspecificaçõesdasBombas Asbombassãousualmenteselecionadaspelapotênciaexpressaem kW ouHP,vazãooucaudal, pressãodedescargaepressãodesucção.Nasbombascinéticas,éusualexpressarapressãoem altura decolunadolíquidobombeado,dadaaformacomoaconversãodeenergiaseprocessa.Aalturade colunapodeserfisicamentematerializadaporumacolunaverticaldelíquidoem equilíbriocom a atmosfera. Aplicaçõesdabombahidráulica Assim comoavariedadedebombashidráulicaségrande,omesmoacontececom assuasaplicações, tendoum amplousonoramoindustrial.Masmesmoantesdaeraindustrial,asbombashidráulicasjá eram muitousadas,comoparausaroscata-ventos ou rodasd’água nobombeiodolíquidoparao consumodascidades,bem comonairrigaçãoeparaoconsumoanimal. Actualmente,suasaplicaçõessãoinúmeras,comonasbombasparairrigação,abastecimentodeágua, degasolinaeoutroscombustíveis,bem comoem sistemasde condicionamentodear, refrigeraçãoeno deslocamentodeprodutosquímicos.Elastambém sãoúteisnocombateaenchentes,serviçosem embarcaçõeseem demaisprocessosindustriais,entreoutrasfunções Bombascentrífugas:irrigação,drenagem eabastacimento; Bombsdeinjecçãodegás:abastecimentoapartirdepoçosprofundos; Bombasdepistão:abastecimentoem propriedadesrurais; Bombasrotativas:combateaincêndioseabastecimentodoméstico 2.MOTORESHIDRÁULICOS Osmotoreshidráulicossãoatuadoresrotativosqueconvertem energiahidráulicaoufluidaem energia mecânicaatravésdeum eixorotacional.Elestrabalham em conjuntocom umabombahidráulica,que converteenergiamecânicaem fluidoouenergiahidráulica.Osmotoreshidráulicosfornecem aforçae movimentoparamoverumacargaexterna. Háapossibilidadedeseusarestetipodemotorhidráulicoparamuitasaplicações,como: Guinchos; Guindastes; Gruas; Escavadoras; Misturadoreselevantadores; Moinhos,etc. Odesigndeum motorhidráulico edeuma bombahidráulica sãobem similares,poressemotivo, algumasbombascom deslocamentodevolumefixopodem também serutilizadascomomotor hidráulico. FUNCIONAMENTODOMOTORHIDRÁULICO Parafuncionar,omotorhidráulicodevereceberum fluído,quechegacanalizadoem tuboshidráulicos pressurizadospelabombahidráulica,sendoqueolíquidoéarmazenadoem um reservatório.Um motor decombustãointernocolaboraparaqueabombahidráulicadaunidadedofluidosejaencaminhadapara omotorhidráulico. Dessemodo,olíquidoquesemovesobpressãogiraomotor,umavezquefluiatravésdelee,depois, retornaparaoreservatório.O cicloserepete,assim,éomotorémantidoem funcionamento.Tudoisso acontecegraçasaum conjuntodepartesdistintas,comoabombahidráulica,válvulasemangueiras.A bombahidráulicaéusadaparaconduzirofluido,sendoqueabombadeengrenagem éomodelomais comum paratrabalharcom um motorhidráulico Abombadeengrenagem envolveduasengrenagens,sendoqueasuaaçãorotatóriacontribui paraempurraroóleodaentradaatéasaída. TiposdeMotoresHidráulicos Trêstiposcomunsdemotoreshidráulicossãousadoscom maisfrequênciahojeem dia–motoresde engrenagem,palhetasepistão–com umavariedadedeestilosdisponíveisentreeles.Além disso, existem váriasoutrasvariedadesquesãomenosusadas,incluindomotoresgerotorougerolor(orbitalou “rollerstar”). MotoresHidráulicosdeEngrenagem Osmotoresdeengrenagem apresentam duasengrenagens,sendoumadelasaengrenagem accionada– queéconectadaaoeixodesaída–eaengrenagem intermediária.Suafunçãoésimples:Oóleodealta pressãoétransportadoparaum ladodasengrenagens,ondecirculaem tornodasengrenagensedo alojamento,paraaportadesaídaecomprimidoparaforadomotor.Oentrosamentodasengrenagensé um subprodutodofluxodeentradadealtapressãoatuandonosdentesdaengrenagem.Oquerealmente impedequeofluidoescapedoladodebaixapressão(saída)paraoladodealtapressão(entrada)éo diferencialdepressão.Com osmotoresdeengrenagens,vocêdevesepreocuparcom ovazamentoda entradaparaasaída,oquereduzaeficiênciadomotoretambém geracalor. Estetipode motor égeralmenteutilizadoem sistemasmóveisemaquinárioagrícolaparaconduzir correiastransportadoras,placasdedispersão,transportadoresporroscaouventoinha. Existem doistiposdiferentes,o de engrenagem,que possuium designmuitosimilaraoda bombaexternade engrenagem,eéum motorparaaltasvelocidades,eo epicíclico,também conhecidocomomotordeórbitaou arco,queéparabaixasvelocidades. Estessãomotoresdealtavelocidade,seaoperação necessitadeuma aceleraçãomenor,épossívelrealizara reduçãodasaídadoeixoutilizandoengrenagens.Apre operacionalérelativamentebaixa,entre100e150bar.Osmotoresmaismodernos,noentanto,são capazesdeoperarem umapressãocontínuadeaté250bar. Principaiscaracterísticas: Baixopesoetamanho; Altaspressões; Custobaixo; Grandevariedadedevelocidades; Grandevariedadedetemperaturas; Designsimplesedurável; Grandevariedadedeviscosidades. Um grandeinconvenienteéqueelesfazem muitobarulho.Osdeumaúnicadirecçãoderotaçãosão projectadosexactamentecomoasbombasexternasdeengrenagem,jáosquemudam dedirecção possuem umacaixadedrenagem,eas pressõesdoeixo sãodiferentes.Suaeficiênciaérelativamente baixadevidoaovazamentodeóleo. Parâmetrosespecíficos: Volumededeslocamento: de3a100cc; Pressãomáxima: deaté250bar; Variedadedevelocidades: 500a4.000rpm; Torquemáximo: deaté400nm. MotoresHidráulicosdeVentoinha(Palhetas) Tem um únicorotor(quegiraem tornodoseupróprioeixo,criandomovimentoderotação)com aletas (pás)quesaem deum compartimento.Além disso,háduasportasdeentrada,situadasem lados opostosdomotor,com duasportasdesaídaentreelas.Quandoumapáestápróximadeumaportade entrada,move-secontraaparededacaixa,assim,oóleosegueempurrandoaspáseomotorégirado pelapressãodofluido.Nafaixademédiapressãoecusto,osmotoresdepalhetaapresentam um alojamentocom furoexcêntrico.Orotordepásdeslizaparadentroeparafora,sendoexecutadopelo furoexcêntrico.Omovimentodofluidopressurizadocausaumaforçadesequilibrada,queporsuavez forçaorotoragirarem umadireção.Avantagem dessetipodemotorésermaisbarato,porém,émenos eficienteenãotolerabem baixasvelocidades. Além disso,háduasportasdeentrada, situadasem ladosopostosdomotor,com duasportasdesaídaentreelas. Estessãopreferíveisparaaplicações industriais,comoconduçãodehélicese moldesdeinjecção,eaplicaçõesmóveis, comomaquinárioagrícola.Elespossuem menorvazamentointerno doqueosdeengrenagem,eporisso, sãomelhoresparausoem baixasvelocidades:com um mínimode100rpm.Apressãooperacional máximaseencontraentre100e140bar,eelessãoutilizadostantoem sistemashidráulicosquanto pneumáticos. Principaiscaracterísticas: Poucobarulho; Baixofluxodepulsação; Altatorqueàbaixasvelocidades; Designsimples; Manutençãofácil; Instalaçãoverticalamigável. Paraoperarcorretamente,asventoinhasdorotordevem serpressionadascontraaparedeinternado armazenamentodomotor.Istoégeralmenteresolvidocom com espiraisoufeixesdemola,mashastes também podem funcionar.Estaprecauçãoprevineproblemascom motoresimóveis,comoquandoas ventoinhasafundam nasranhurasefazem com queoóleofluiporcima,aoinvésdecontraele.Na maioriadasvezes,orotorévazio,permitindoassim quesejamontadofacilmenteem eixosderanhuras. Parâmetrosespecíficos: Volumededeslocamento: de9a214cc; Pressãomáxima: deaté230bar; Variedadedevelocidades: 100a2.500rpm; Torquemáximo: deaté650nm. MotoresHidráulicosdePistão Constituídosporum tambordecilindrocontendoumasériedepistões.Oóleodealtapressãoé compelidonocentrodotambor,assim,édifundidoaosdiferentespistões,quesãoforçadosparaforade encontroaumaplacaangular.Impelindoaplacaem um ângulo,ospistõesgiram aplacaegeram o torque.Essesmodelossãomaiseficientesqueosmotoresdepalhetaesãomaisduráveis,além de serem maispropíciosaaltaspressõesebaixasvelocidades,porém,têm customaiselevado.Osmotores dotipopistãoestãodisponíveisem váriosestilosdiferentes,incluindodesignsradiais,axiaiseoutros menoscomuns. Estessãousadosparaconduzirequipamentosde movimentaçãoeconstrução,guinchos,guindastesde navioetodosostiposdeequipamentoshidráulicospara trabalhopesado,sejaem altomarounacosta. Motoresdepistãodegolpesmúltiplosaumentam o deslocamentosubstancialmente,porquecadapistão carregamaisgolpesporrotaçãonoeixo.Consequentemente,um pistãodegolesmúltiplosproduz torquesàaltasoperações. MotoresdePistãoporEixo Osmotoresdepistãoaxialapresentam váriospistõesdispostosem um padrãocirculardentrodeum alojamento (blocodecilindro,rotoroubarril).Estealojamentogiraem tornodeseueixoporum eixoqueestáalinhadocom os pistõesdebombeamento.Existem doismodelosdemotoresdepistãoaxial–tiposswashplateebentaxis.Os tiposSwashplateapresentam ospistõeseeixodeacionamentoem um arranjoparalelo.Naversãodoeixocurvo (bentaxis),ospistõesestãodispostosem ângulocom oeixoprincipal. Similaresàsbombasdepistão,osmotoresfuncionamelhorcom um designdeeixocurvo,oupelo princípiodasuperfícieoscilante.Odeslocamentofixofuncionacomoum motorhidráulico,eo deslocamentovariáveloferecemaisfunçõescomoumabombahidráulica.Osfixospodem serutilizados tantoem circuitosdevoltasfechadosouabertos. Nodesigndeeixocurvo,opistãosemoveparacimaeparabaixonointeriordosfurosdoblococilíndrico, eestemovimentoéconvertidoem movimentorotatórioatravésdaarticulaçãodopistãoatéaroscado condutor.Jánodesigndesuperfícieoscilante,opistãosemoveparacimaeparabaixodentrodobloco cilíndricoeogira,oqueentãomoveasuperfíciedeconduçãopelocontrapinoconectado. Parâmetrosespecíficos: Volumededeslocamento: de10a1,000cc(em golpesmúltiplosaté1.500cc); Pressãomáxima: deaté450bar; Variedadedevelocidades: 500a11.000rpm; Torquemáximo: deaté10.750nm. MotoresdePistãoRadial Osmotoresdepistãoradialapresentam pistõesdispostosperpendicularmenteaoeixoprincipal.À medidaqueoeixogira,ospistõessãomovidoslinearmentepelapressãodofluido. Estessãoutilizadosem conduçõesdetratordelagarta,nosescavadoresdereboque,guindastes, guinchoseequipamentosdeperfuraçãodosolo.Sãocapazesdeproduziraltostorquesàvelocidades baixas,cercademenosdeumarotaçãoporminuto. Ospistões(ouêmbolos)deum pistãoradial fazem umaformadeestrela,esãoconectados perpendicularmenteàsuperfície.Amoção retilíneadospistõesétransformadaem movimentorotatórionasuperfícieexcêntrica. Parâmetrosespecíficos: Volumededeslocamento: de10a8.500cc; Pressãomáxima: deaté300bar(e450barem golpesmúltiplos); Variedadedevelocidades: 0.5a2.000rpm; Torquemáximo: deaté32.000nm (e45.000nm em golpesmúltiplos). SimbolosdosMotoreseBombasHidrulicas Énaturalqueem meioatantasinformaçõescom asquaisestãoenvolvidososprofissinaisde manutenção,interpretarassimbologiasdosdiagramashidráulicosnem semprepodeserumatarefa simples. PARÁMETROSDEFUNCIONAMENTODEBOMBASEMOTORESHIDRÁULICOS Asprincipaisgrandesasobservadasem umabombaoumotorhidráulicosãoasseguintes: Velocidade(Rotação): Avelocidade um motorcostumaserdadaem rotaçãoporminutoedependeda vazãofornecidaaomotor.Referenteaaltasoubaixasvelocidades,sãopoucososmotoresquepodem serutilizados. Avelocidadepelaqualoeixodeum motorgira,édeterminadapelaexpressão: Velocidadedoeixodomotor =(RPM) Vazão(l/mm) Volumedeabsorção( )cm3 Torque: Otorqueéum esforçorotativoindicandoqueháumaforçapresenteaumadadadistânciado eixomotor. Pode-seconsiderarqueavelocidadedeum motorhidráulicoéinversamenteproporcionalao seutorque,osmotores,maislentossãoprojectadosparaforneceraltotorquemesmonasbaixas rotações. Torque=ForçaxdistânciaaoEixo Volumedeabsorção: Éaquantidadedefluidoqueomotoraceitarápararevoluçãoouentão,a capacidadedeumacâmaramultiplicadapelonúmerodecâmarasqueomecanismocontém. Osmotoreshidráulicosconvertem energiahidráulica em mecânica.Como ocorrenasbombashidráulicas, nosmotoreshidráulicosexisteumamultiplicidadedeprincípiosetiposconstrutivos.Masnenhum em especialpodesatisfazerdemodooptimizadoàtodasespecificações.Énecessárioescolherabombaou omotorparacadacaso,segundoasuanecessidade. Volumedeabsorção=volumemáximodacâmara×númerodecâmaras AlturaManométrica-Hm Aalturamanométricarepresentaaenergiaabsorvidaporunidadedepesodolíquidoaoatravessara bomba. •Éaenergiaqueabombadeverátransmitiraolíquidoparatransportaravazão“Q”doRIaoRS.Portanto, Hm devevencerodesnívelgeométrico,asperdasdecargaeadiferençadepressõesnosreservatórios. = +H m H r H s -alturaderecalqueH r -alturadesucçãoH s = +H r h r perdas rec = +H s h s perdas suc PotênciadosConjuntosElevatórios Éotrabalhorealizadopelolíquidoaopassarpelabombaporunidadedetempo,paratransportaravazão QdoRIaoRs,vencendoaalturamanométricatotal(Hm) =P (CV) γ.Q.Hm 75y -potencia(em cavaloavapores)P (Cv) γ-pesoespecíficodofluido(kgf/ )m3 Q-vazão( /s)m3 y-rendimentooueficienciaglobal(%) y= ×y M y B =0,736P (kw) P (CV) 1CV≈0,986Hp TermosmaisUsadosem InstalaçõesHidraúlicasdeBombeamento AlturadeSucção-desnívelgeométrico(alturaem metros),entreoníveldinâmicode captaçãoeobocaldecaptaçãodabomba. Obs:em bombascentrifugasnormais,instaladasaoníveldomarecom fluido bombeadoatemperaturaambiente,estaalturanãopodeexcedera8metrosdacoluna d’água(8mca). AlturadeRecalque-desnívelgeométrico(alturaem metros),entreobocaldesucçãodabombaeoponto demaiorelevaçãodofluidoatéodestinofinaldainstalação(reservatório,etc). AlturaManométricaTotal-alturatotalexigidapelosistema,aqualabombadeverácederenergia suficienteaofluidoparavence-la.Leva-seem consideraçãoosdeníveisgeométricosdesucçãoe recalqueeasperdasdecargaporatritoechoquescom conexõesetubulações. CONCEITOSBÁSICOS Densidade Densidade(massaespecíficaoumassavolumétrica):grandezaescalardefinida pelarazãoentreamassam eovolumeVdeumasubstância. AsuaunidadenoSIékg/m3 Adensidadeinformaseasubstânciadoqualéfeitoum determinadocorpoémaisoumenoscompacta. Oscorposquepossuem muitamassaem pequenovolume,comoéocasodoouroedaplatina, apresentam grandedensidade.Jáoscorposquepossuem pequenamassaem grandevolume,comoéo casodoisopor,apresentam pequenadensidade. Pesoespecífico:grandezaescalardefinidapelarazãoentreopesoP=mgeovolumeVdeuma substância. ⇔ AunidadedopesoespecíficoéN/m3 Pressão Pressãoéagrandezaescalarutilizadaparamensuraradistribuiçãodeumaforçaperpendicularauma superfície,ousejaarelaçãoentreaforçaaplicadaperpendicularmentesobreum corpoeasuaárea sobreaqualelaactua. AunidadedapressãonoS.IéN/m2=Pascal(Pa) Apressãoexercidaporumaforçaem determinadaregiãoédiretamenteproporcionalàintensidadedesta força(oudesuacomponenteperpendicularàregião)einversamenteproporcionalàáreaem queesta forçaéaplicada. Pressãodeum Líquidoem Repouso Considereum cilindrorectoverticaldeáreadabaseAealturah,com um fluidodedensidadeρ enchendo-ocompletamente.Vamoscalcularapressãoexercidaporelenofundodocilindro: ρ= m V μ= P V μ=g.ρ p= F A p= = Masm =ρVeV=A.h F A mg A Portanto:p= = ⇔ ρV.g A ρgAh A DiferençadePressõesEntreDoisPontosdeUm Líquido(TeoremadeStevin) Adiferençaentreaspressõesemdoispontosdeum mesmolíquidoem equilíbriodependedadiferença entreasprofundidadesconsideradas.Nafiguraadiantesãomostradosum líquidoem equilíbrioetrês pontos,A,BeCdentrodomesmo.Aspressõesem cadapontosão: =ρg ; = =ρgp A h A p B p C h B Adiferençadepressõesentreodoispontosserádado: - =ρg -ρg ⇒ - =ρgp B p A h B h A p B p B ( -hBhA) ⇒ EstaúltimaequaçãorepresentaoteoremadeStevin: Adiferençadepressãoentredoispontosdistintosdeum líquidohomogêneoem repousoéigual apressãoexercidapelacolunadefluidoqueossepara. Atravésdesteteoremapodemosconcluirquetodosospontosaumamesma profundidade,em um fluidohomogêneo(quetem sempreamesmadensidade) estãosubmetidosàmesmapressão. Ossistemashidráulicosepneumáticostêm comomedidadepressão: kg/ ;kg/ ;libraforçaporpolegada(PSI=doinglêsPoundsperSquarecm2 m2 Inch);kgf/ ;baretambém Pacm2 TabeladeConversãodeUnidades: Pressão Atm PSI(lbf/cm2 Kgf/cm2 Bar mmHg mH2O inHg Pa Atm 1 14,6959 1,033 1,01325 760 10,33 29,92 101325 PSI(lbf/cm2 0,0680 1 0,07031 0,06895 51,71 0,70307 2,04 6894,8 Kgf/cm2 0,96778 14,2234 1 0,98 735,514 10 28,9572 98066,5 Bar 0,9869 14,5 1,02 1 750,061 10,195 29,53 10000 mmHg 0,00131579 0.01933677 0.00135951 0.00133322 1 0,01360 0,03937 133,3224 mH2O 0,09678 1,42234. 0,10 0,0980872 73,5514 1 2,89572 9803,1176 inHg 0,03342 0,49119 0,03453 33900 25,4 0,34534 1 3386,5 Pa 0,000009869 0,0001450377 0,00001019716 0,00001 0,007500617 0,000102 0,0002952 1 p=ρgh - =ρg∆hp B p A TeoremaFundamentaldaHidrostática(TeoremadeStevin) OteoremafundamentaldaHidrostáticaestabelecequeapressãoem um fluidoem equilíbrio,com densidadeconstante,varialinearmentecom aprofundidade. PrincípiodePascal OPrincípiodePascalnosdizquequalqueralteraçãodepressãoproduzidaem um líquidoem equilíbrioé transmitidaintegralmenteatodosospontosdolíquido,assim comoàsparedesdorecipiente. Aprincipalaplicaçãodesseprincípioéamultiplicaçãodaintensidadedeumaforça,factorfundamental paraaconstruçãodeferramentashidráulicascomoprensas,freios,elevadores,direções,amortecedores etc. PrensaHidráulica ConsistededoiscilindrosdesecçõesA1eA2,A1<A2,interligadosecontendoum líquidoincompressível, comomostraafiguraaolado.aoseaplicarumaforça sobreopistãocolocadonocilindrodesecção ⃗ F1 menor,olíquidoficasujeitoàpressão dadaporp 1 =p 1 F 1 A 1 Apressão sobreaáreaA1étransmitidaparaA2.p 1 como = ,tem-se:p 1 p 2 Istosignificaque,aplicandoumaforça nopistãodeáreaA1,a ⃗ F1 intensidadedaforça exercidanopistãodeáreaA2,seráigualàF1aumentadadeum factorA2/A1 ⃗ F2 paraA2>A1 VasosComunicantes Doisoumaisvasosconectadosnasuaparteinferiorpormeiodeum tubo.Senovasoestivercontidoum líquido,aoatingiroequilíbriohidrostático,olíquidoatingeomesmonívelem todososvasos. EmpuxoeTeoremadeArquimedes OteoremadeArquimedesestabeleceque: “Quandoum corpoestácompletaouparcialmenteimersonum fluidoelesofreráumaforçadeempuxo,a qualestarádirigidaparacimaetem intensidadeigualaopesodovolumedofluidoquefoideslocadopor estecorpo”. Podemosdizerentãoqueoempuxoexercidoporum fluidosobreum corpopodesercalculadocomo: p= +ρghp 0 = F 1 A 1 F 2 A 2 = .g ⃗ E m f sendomfamassadovolumedofluidodeslocadopelocorpoegéaaceleraçãodagravidade.Em termos damassaespecífica,podemosreescreveraequaçãoacimacomo: ondeρféamassaespecíficadofluidoeVovolumedofluidodeslocado,ocupadopelocorpo. Seocorpopossuirumaáreadesecçãotransversalconstante(cilindro),oempuxoédeterminadopor: Vazão Chama-sevazãooucaudal,aovolumedofluidoqueatravessaumasecçãotransversalem cadaunidade tempo Atendendodequesetratadeescoamentoestacionário,ofluidopercorrecomprimento∆x com velocidadeconstanteduranteum intervalodetempo∆t,daique ∆x=v∆te∆V=A∆x⇒ V=Av∆t Portanto:Q= = ⇒ ∆V ∆t Av∆t ∆t Aunidadedavazãoé,m3s-1 Podemosafirmarentãoque: = ⇒ =Q 1 Q 2 ∆V 1 ∆t 1 ∆V 2 ∆t 2 EfinalmentechegamosaEquaçãodaContinuidade: Seem um tubodecorrenteconsiderarmosseçõesnormais , , ,…, ,atravessadasporvelocidadesA 1 A 2 A 3 A n de módulos …,,respectivamente,podemosescrever:v 1 ,v 2 ,v 3 v n EQUAÇÃODEBERNOULLI DanielBernoulli,medianteconsideraçõesdeenergiaaplicadaaoescoamentodefluidos,conseguiu estabeleceraequaçãofundamentalda Hidrodinâmica.Talequaçãoéumarelaçãoentrea pressão,avelocidadeeaalturaem pontosdeuma linhadecorrente. Considerandoduassecçõesrectasdeáreas eA 1 A 2 num tubodecorrente,sejam e aspressõesp 1 p 2 nessassecções.Adensidadedofluidoéρeas velocidadesdeescoamentovalem,respectivamente, e .Sejam e asforçasdepressãoexercidasv 1 v 2 F 1 F 2 = .g.V ⃗ E ρ f E=∆p.A =A 1 v 1 A 2 v 2 Q=Av = = =…= =constantev 1 A 1 v 2 A 2 v 3 A 3 v n A n Q= ∆V ∆t pelofluidorestantesobreofluidocontidonotubo. Asomaalgébricadostrabalhosrealizadospelasforças e éigualasomadasvariaçõesdasenergiasF 1 F 2 cinéticaepotencialentreassecções(1)e(2): + =∆ +∆W F 1 W F 2 E c Ep ∆ - ∆ = +F 1 l 1 F 2 l 2 ( -m2v22 m 2 v 1 2) (mg +mgh2 h1) ComoF=p.A eρ= ⇒m =ρV, m V Obtém-se: ∆ - ∆ = +p 1 A 1 l 1 p 2 A 2 l 2 ( -ρV2v22 ρV 2 v 1 2) (ρVg +ρVgh2 h1) Também sabemosque = =V,⇒V= ∆ = ∆V 1 V 2 A 1 l 1 A 2 l 2 Chegamosaconclusão V- V= + ⇒p 1 p 2 ( -ρV2v22 ρV 2 v 1 2) (ρVg +ρVgh2 h1) ⇒V =V( -p1p2) [ +( -ρ2v22 ρ 2 v 1 2)(ρg +ρgh2 h1)] EfinalmentechegamosaequaçãodeBernoulli Seotuboforhorizontal,então = eaequaçãoficasimplificadaparah 1 h 2 AequaçãodeBernoulliexprimeaconservaçãodaenergianum fluido. Num escoamentolaminar,asomadapressão,energiacinéticaporunidadedevolumeeaenergia potencialgravíticaporunidadedevolume,aolongodumalinhadecorrente,éconstante Apartirdestaequação,pode-senotarque: > ⇒ < ⇒ >A 1 A 2 v 1 v 2 p 1 p 2 Em resumo,noscondutoresdesecçãovariável,nasregiõesmaisestreitas,apressãoémenorea velocidadedeescoamentoémaior. + +ρg = + +ρgp 1 ρ 2 v 1 2 h 1 p 2 ρ 2 v 2 2 h 2 + = +p 1 ρ 2 v 1 2 p 2 ρ 2 v 2 2 p+ +ρgh=constante ρ 2 v2
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