Conceitos básicos de Sistemas Hidráulicos

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SISTEMA HIDRÁULICO 
MOTOR HIDRÁULICO 
 
Um motor hidráulico é um dispositivo para converter energia do fluido em força mecânica e 
movimento giratório. Entre os projetos básicos estão unidades de engrenagem, palheta e pistão. 
Os motores hidráulicos podem ser operados em ambas as direções de rotação, em sentido 
horário ou anti-horário, com a rotação sendo controlada pela direção do fluxo de óleo para o 
motor. 
Existem muitas semelhanças entre bombas hidráulicas e motores. A principal diferença é que a 
bomba cria um fluxo, e os motores são acionados por esse fluxo para realizar o trabalho. 
 
Os motores de engrenagem consistem em um par de engrenagens correspondentes colocadas 
em uma carcaça (1). As engrenagens consistem em uma velocidade de comando (2) e em uma 
velocidade intermediária (3). 
Concluído 
O fluxo de óleo do sistema hidráulico é levado para o motor de engrenagem. O motor de 
engrenagem converte o fluxo hidráulico no movimento giratório. O motor hidráulico converte 
energia hidráulica em energia mecânica. 
 
Os motores de palheta consistem em um rotor encaixado (1) deslocado dentro do anel do 
excêntrico (2) e palhetas (3) nos encaixes do rotor, que estão livres para entrar e sair. As palhetas 
são presas ao anel do excêntrico por molas. À medida que o rotor encaixado é girado pelo fluxo 
de óleo, as palhetas entram e saem dos encaixes e vedam as pontas externas no anel do 
excêntrico, permitindo a vazão do óleo da abertura de entrada (4) para a de saída (5), fazendo 
o motor girar. 
O motor de palheta hidráulico ilustrado usa uma configuração de duas aberturas de forma que 
o óleo seja empurrado contra um lado da palheta sob pressão e empurre o outro lado da palheta 
contra o tanque. 
 
Os motores de pistão radial têm pistões (1) que permanecem perpendiculares ao anel do 
excêntrico do alojamento (2) e podem ser organizados em diversas configurações diferentes. Os 
motores de pistão radial podem produzir saída de alto torque em uma grande variedade de 
velocidades. 
O óleo passa pelo alojamento central fixo que leva o óleo até os pistões, fazendo-os sair. À 
medida que os pistões saem, os roletes (seguidores do excêntrico) (3) são empurrados contra as 
rampas no anel do excêntrico, fazendo-o girar. 
 
 
 
Os motores de pistão axial contêm diversos pistões (1) forçados para fora do tambor (2) por óleo 
de alta pressão. Os pistões seguem uma chapa angulada chamada de placa oscilante (3). À 
medida que são pressionados contra a placa oscilante, os pistões seguem o ângulo da placa 
oscilante, convertendo o movimento de vaivém em um movimento giratório que vira o tambor 
e, assim, acaba virando o eixo de saída (4). 
Assim como acontece com as bombas de pistão axial, existem motores de pistão axial de 
deslocamento variável. A velocidade do eixo de saída varia conforme a mudança do ângulo da 
placa oscilante ou do tambor em relação ao eixo de saída. 
Quando a placa oscilante está em um ângulo mínimo, gera-se alta velocidade a baixo torque. 
Quando a placa oscilante está em um ângulo máximo, gera-se baixa velocidade a alto torque. 
 
 
 
 
 
 
VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL DO SISTEMA HIDRÁULICO 
Em geral, as válvulas podem ser categorizadas em três tipos: válvulas de controle direcional, 
válvulas de controle de fluxo e válvulas de controle de pressão. Esta lição aborda as válvulas de 
controle direcional. Por sua vez, as válvulas de controle direcional normalmente podem ser 
classificadas em três estilos diferentes: carretel deslizante (1), carretel giratório (2) e válvula de 
retenção (3). Os carretéis deslizante e giratório podem ser encontrados no sistema hidráulico 
conforme indicado acima, e as válvulas de retenção podem ser incorporadas à válvula de 
controle direcional ou como um componente à parte do circuito hidráulico. 
As válvulas de controle direcional são usadas para levar o óleo até circuitos separados de um 
sistema hidráulico. As válvulas de controle direcional podem ter contato com controles manuais, 
hidráulicos, pneumáticos e eletrônicos. 
 
Um tipo de válvula de controle direcional é a válvula carretel deslizante. A válvula carretel 
deslizante consiste em uma haste com espaços e sulcos. À medida que o carretel se move para 
a direita e para a esquerda dentro do diâmetro interno da válvula, os sulcos e os espaços no 
carretel deslizante se conectam às aberturas no corpo da válvula. 
Estão listados os componentes-chave relacionados à operação das válvulas: 
1. Corpo da válvula: o corpo da válvula é perfurado e brunido. O corpo da válvula e o carretel de 
válvula são usinados segundo as especificações de design para que se encaixem bem na 
montagem. Quando montado, o carretel de válvula deve se mover livremente no corpo da 
válvula. 
2. Diâmetro interno da válvula: o diâmetro interno da válvula é perfurado e brunido no corpo 
da válvula e, às vezes, tratado termicamente. 
3. Carretel de válvula: o carretel de válvula é usinado com aço de grau elevado. Alguns carretéis 
de válvula recebem tratamento a quente, são redimensionados e polidos. Outros carretéis de 
válvula recebem placas de cromo, são redimensionados e polidos. Em seguida, o corpo da 
válvula e o carretel de válvula são usinados segundo as especificações de design para que se 
encaixem na montagem. O carretel de válvula consiste em espaços e sulcos. 
4. Espaços do carretel: os espaços do carretel fazem o fluxo de óleo passar pelo corpo da válvula. 
5. Sulco do carretel: os sulcos de carretel permitem que o óleo flua pelo carretel e passe pelo 
corpo da válvula. 
 
Outro tipo de válvula de controle direcional é o carretel giratório. O carretel giratório consiste 
em uma haste giratória com passagens. As passagens no carretel giratório se conectam às 
aberturas no corpo da válvula. 
 
A finalidade de uma válvula de retenção é permitir o fluxo de óleo em uma direção, mas evitar 
(reter) o fluxo de óleo na direção oposta. Às vezes, a válvula de retenção é chamada de válvula 
de retenção "unidirecional". 
A maioria das válvulas de retenção consiste em uma válvula de sede cônica ou em uma esfera 
arredondada. 
Quando a pressão do sistema da bomba é maior que a pressão do óleo na câmara da válvula de 
retenção, além da pequena força de mola aplicada à válvula de retenção, a válvula de retenção 
abre e permite o fluxo de óleo até o circuito. 
Quando a pressão do óleo do sistema da bomba é menor que a pressão do óleo no circuito, a 
válvula de retenção fecha para evitar o fluxo de óleo de volta para a válvula. O fluxo só é 
permitido em uma direção. 
 
VÁLVULAS DE CONTROLE DO FLUXO DO SISTEMA HIDRÁULICO 
O Princípio de Bernoulli afirma que, na vazão, ocorre um aumento na velocidade através de um 
orifício com um aumento na diferença de pressão no orifício. A pressão é produzida quando o 
fluxo é restringido. Um orifício oferece uma restrição à vazão da bomba. Quando o fluido passa 
através de um orifício, a pressão é produzida no lado de cima do orifício. 
 
Controle de fluxo se refere ao controle de fluxo de óleo dentro ou fora de um circuito. As válvulas 
de controle de fluxo costumam ser usadas para regular a velocidade de um atuador ou para 
dividir o fluxo entre dois ou mais circuitos. Existem muitos tipos de válvulas de controle de fluxo, 
inclusive um orifício fixo, um orifício variável (como uma válvula de agulha) ou disposições de 
válvula de pressão compensada. 
O exemplo mostrado é de uma válvula de controle de fluxo de pressão compensada. Observe 
que a válvula de controle de fluxo acima do orifício está um pouco aberta, levando uma pequena 
parte do fluxo até o tanque. Essa ação é resultado da diferença de pressão no orifício. A 
velocidade do cilindro será reduzida por conta da redução do fluxo através da válvula de controle 
de fluxo. 
 
Uma das maneiras mais comuns de controlar o fluxo em um circuito hidráulico é instalando um 
orifício ou uma restrição. A ilustraçãomostra uma válvula de retenção com orifício que permite 
o fluxo livre em uma direção e o fluxo controlado na direção oposta. Com o fluxo passando 
através do centro da válvula de retenção com orifício, o orifício apresenta uma restrição ao fluxo 
acima da restrição normal. A maior restrição aumenta a pressão do óleo acima no orifício. 
 
O fluxo através de um orifício é afetado pelo tamanho do orifício, pela temperatura do óleo e 
pela quantidade do fluxo. O tamanho do orifício pode ser fixo ou variável. 
 
O orifício combinado com válvula de descarga é um tipo de válvula de controle de fluxo, que 
oferece resistência ao fluxo até uma determinada pressão. 
Qualquer variação no fluxo de óleo que passa através do orifício cria uma mudança na pressão 
no lado de cima do orifício. A pressão no lado de cima atua sobre a válvula de descarga e a mola. 
Um orifício foi projetado para permitir que uma quantidade específica de óleo passe sob uma 
determinada pressão. Quando o fluxo de óleo em um circuito é menor que a quantidade 
especificada, ou está dentro dela, a pressão do óleo no lado de cima é menor que as forças 
combinadas da pressão do óleo e da mola no lado de baixo. Desde que a pressão do óleo no 
lado de cima continue abaixo da quantidade especificada, a válvula de descarga permanece 
fechada e todo o óleo passa pelo orifício. 
Quando o fluxo de óleo em um circuito é maior que a quantidade especificada, a força da 
pressão do óleo no lado de cima atuando sobre a válvula de descarga é maior que a força 
combinada da pressão do óleo e da mola no lado de baixo. A válvula de descarga abre e permite 
que o excesso de óleo passe através da válvula de descarga voltando livremente ao tanque. 
 
 
 
 
Uma válvula de agulha é um tipo de orifício variável para controlar o fluxo de óleo. Esse tipo de 
controle costuma ser ajustável. 
O giro da haste da válvula aumentará ou diminuirá o tamanho do orifício, mudando seus 
recursos de fluxo. 
O tamanho do orifício da válvula de agulha é alterado com o reposicionamento da ponta da 
válvula em relação à sede da válvula. A válvula de agulha é um dos orifícios variáveis mais 
usados. 
 
Em uma válvula de controle de fluxo compensado, a diferença de pressão no orifício não é 
afetada por uma mudança na carga. A diferença de pressão constante no orifício produzirá um 
fluxo constante através do orifício. 
Uma válvula de controle de fluxo de pressão compensada do tipo derivação ajusta 
automaticamente o fluxo às mudanças na carga. 
A quantidade de fluxo através da válvula depende do tamanho do orifício. Qualquer variação 
no fluxo de óleo que passa através do orifício cria uma mudança na pressão no lado de cima do 
orifício. A mesma mudança na pressão atua sobre a válvula de descarga e a mola, fazendo o 
excesso de óleo voltar para o tanque. 
OBSERVAÇÃO: O “orifício combinado com válvula de descarga” também é uma válvula de 
controle de fluxo compensado. 
VÁLVULAS DE CONTROLE DE PRESSÃO 
 As válvulas de controle de pressão são usadas para controlar a pressão de operação máxima 
em um circuito ou em um sistema. Entre os exemplos de válvulas de controle de pressão estão 
válvulas de alívio, válvulas redutoras de pressão, válvulas de diferença de pressão e válvulas de 
descarga. 
Os sistemas hidráulicos foram projetados para operar dentro de um determinado intervalo de 
pressão. Exceder esse intervalo pode danificar os componentes do sistema ou se tornar algo 
muito perigoso para o pessoal. A válvula de alívio mantém a pressão dentro do limite designado 
abrindo e permitindo que o excesso de óleo passe para outro circuito ou volte para o tanque. 
A válvula de alívio, também chamada de válvula de alívio de atuação direta, é mantida fechada 
pela força da mola (1). A tensão da mola é ajustada segundo a “pressão de alívio”. A pressão de 
alívio pode ser ajustável, dependendo da aplicação, por calços, parafusos ajustáveis ou molas 
de substituição. 
 
A finalidade de uma válvula de alívio (2) é limitar a pressão de operação máxima do sistema 
permitindo que o fluxo de óleo no circuito de abastecimento abra a válvula. Isso permite que o 
óleo flua para uma direção, de volta para o tanque, o que limita a pressão. A maioria das válvulas 
de alívio consiste em uma mola, uma válvula de gatilho e uma sede cônica. 
Uma válvula de alívio na posição de pressão de rachadura (3) é mostrada. Quando uma condição 
surge causando uma resistência ao fluxo de óleo normal no circuito, a pressão do óleo aumenta. 
A crescente pressão do óleo atua sobre a válvula. 
A crescente pressão do óleo supera a força da mola da válvula de alívio. A válvula se move contra 
a mola e começa a abrir. A pressão de rachadura é a pressão necessária para começar a abrir a 
válvula. A válvula abre o suficiente para permitir que o excesso de óleo passe pela válvula. À 
medida que a pressão aumentar acima da pressão de rachadura, a abertura da válvula 
aumentará para permitir a passagem de mais fluxo pela válvula a fim de evitar um aumento 
adicional da pressão. 
ATUADORES DO SISTEMA HIDRÁULICO (CILINDRO) 
Os cilindros são os tipos mais comuns de atuador hidráulico. Eles convertem energia hidráulica 
em energia mecânica para realizar o trabalho. Os cilindros produzem movimento linear 
(movimento ou força em linha reta) usados para operar caçambas, lâminas, lanças e outros 
implementos. 
Os tipos mais comuns de cilindros são o cilindro de efeito único e o cilindro de duplo efeito. O 
cilindro de duplo efeito é usado em implementos, na direção e em outros sistemas nos quais o 
cilindro deve realizar o trabalho em ambas as direções. 
 
Os cilindros de efeito único costumam retrair com o peso da carga. 
Aqui estão listados os componentes-chave relacionados à operação de um cilindro de efeito 
único. 
Corpo do Cilindro: o corpo do cilindro contém os orifícios de saída e de entrada, além de abrigar 
o pistão e o óleo. O alojamento externo tubular é o corpo do cilindro (também conhecido como 
tambor). Dentro do corpo do cilindro estão o pistão, os selos do pistão e a haste. 
Diâmetro Interno: o diâmetro interno se refere ao diâmetro interno do corpo do cilindro onde 
está o fluido hidráulico. 
Um cilindro com um diâmetro interno grande abriga um volume maior de óleo por unidade de 
comprimento do que um cilindro com um diâmetro interno pequeno. Um cilindro com um 
diâmetro interno grande exige mais óleo para mover o pistão na mesma distância do que um 
cilindro com um diâmetro interno pequeno. Por isso, dada uma vazão específica, um cilindro 
com um diâmetro interno grande se move mais lentamente do que um com um diâmetro 
interno pequeno. Um cilindro com um diâmetro interno maior gerará mais força a uma pressão 
específica do que um cilindro de diâmetro interno menor. 
Pistão/Selo: O pistão se move dentro do diâmetro interno do cilindro em resposta ao fluxo de 
óleo. Os selos estão localizados no pistão para evitar vazamento de óleo e manter a pressão na 
extremidade da haste do diâmetro interno do cilindro. O pistão transforma a força hidráulica 
em força mecânica e a transfere para a haste. 
Orifício de Saída/Entrada: o óleo da válvula de controle entra/sai do orifício de saída/entrada 
quando o cilindro está estendido ou retraído. 
Extremidade da Cabeça: extremidade da cabeça se refere à extremidade oposta de extensão da 
haste. 
Extremidade da Haste: extremidade da haste se refere à extremidade de extensão e retração 
da haste. 
Haste: a haste transfere força mecânica para superar a resistência da carga. 
O cilindro de duplo efeito é o atuador hidráulico mais comum usado atualmente. 
Os principais componentes são todos iguais aos do cilindro de efeito único, exceto a abertura de 
extremidade da haste, que não se conecta ao tanque. Em vez disso, ela se conecta à válvula de 
controle. 
Quando a válvula de controle leva o óleo até a abertura de extremidade da cabeça, o cilindro se 
estende e expulsao óleo do orifício de extremidade da haste. Esse óleo volta para a válvula de 
controle e, depois, para o tanque. Por isso, quando a válvula de controle leva o óleo até a 
abertura de extremidade da haste, o cilindro se retrai e expulsa o óleo da abertura de 
extremidade da cabeça. Esse óleo volta para a válvula de controle e para o tanque. 
O volume efetivo entre a extremidade da cabeça (1) e a extremidade da haste (2) do cilindro de 
duplo efeito é diferente. A extremidade da haste do cilindro tem um volume menor que a 
extremidade da cabeça por conta da haste. Por isso, o volume de óleo necessário para mover o 
pistão na mesma distância durante o bombeamento de óleo na extremidade da haste é menor 
que o volume da extremidade da cabeça. 
 
O fluxo de óleo da válvula de controle, quando direcionado para a abertura de extremidade da 
cabeça (1), fará a haste do pistão se estender, e o óleo na extremidade da haste (2) retorna para 
o tanque. 
O fluxo de óleo da válvula de controle, quando direcionado para a abertura de extremidade da 
haste (2), fará a haste do pistão se retrair, e o óleo na extremidade da cabeça (1) retorna para o 
tanque.