Hidropneumática, Notas de estudo de Hidráulica

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HIDROPNEUMÁTICA

CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL PEDRO MARTINS GUERRA

Itabira

2004

Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade

Gestor do SENAI

Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e

Superintendente de Conhecimento e Tecnologia

Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia

Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração/Organização

Geraldo Magela de Oliveira

Unidade Operacional

Centro de Formação Profissional Pedro Martins Guerra

7. BOMBAS ........................................................................................................

7.1 Tipos ......................................................................................................... 7.2 Grupo de Acionamento ............................................................................. 7.3 Função das Bombas Hidráulicas .............................................................. 7.4 Exercícios .................................................................................................

8. ATUADORES ................................................................................................. 8.1 Atuadores Lineares .................................................................................. 9. ACESSÓRIOS ................................................................................................ 9.1 Acumuladores ........................................................................................... 9.2 Pressostatos ............................................................................................. 9.3 Intensificadores ......................................................................................... 9.4 Manômetros .............................................................................................. 9.5 Rotâmetros ............................................................................................... 9.6 Exercícios ................................................................................................. 10. SIMBOLOGIA DE COMPONENTES E SISTEMAS HIDRÁULICOS – DIN ISO 1219 ..................... 10.1 Unidades ............................................................................................. 10.2 Esquemas Hidráulicos ......................................................................... 10.3 Guia Para Localização de Defeitos .....................................................

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................

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AApprreesseennttaaççããoo

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. “ Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação.

O SENAI , maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência :” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada .”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI , cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet- é tão importante quanto zelar pela produção de material didático.

Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI , fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.

O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada!

Gerência de Educação e Tecnologia

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ambiente. Esta limpeza é uma exigência, por exemplo, nas indústrias alimentícias, madeireiras, têxteis e químicas.

Construção dos elementos: os elementos de trabalho são de construção simples e portanto, de custo vantajoso.

Velocidade: o ar comprimido é um meio de trabalho rápido, permitindo alcançar altas velocidades de trabalho. (A velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos oscila entre 1-2m/Seg.).

Regulagem: as velocidades e forças de trabalho dos elementos a ar comprimido são reguláveis sem escala.

Proteção contra sobrecarga: os elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a parada total e portanto seguros contra sobrecargas.

Limitações

Preparação: o ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois provocam desgastes nos elementos pneumáticos.

Compressibilidade: não é possível manter uniforme e constante as velocidades dos cilindros e motores pneumáticos mediante ar comprimido.

Forças: o ar comprimido é econômico somente até uma determinada força, limitado pela pressão normal de trabalho de 700 kPa (7 bar), e também pelo curso e velocidade. O limite está fixado entre 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kPa).

Escape de ar: o escape de ar é ruidoso. Com o desenvolvimento de silenciadores, este problema está atualmente solucionado.

Fundamentos Físicos

A superfície terrestre é totalmente cercada por uma camada de ar. Este ar, que é de interesse vital, é uma mistura gasosa da seguinte composição:

− (^) Nitrogênio aproximadamente 78% do volume. − Oxigênio aproximadamente 21% do volume.

Além disso, o ar contém resíduos de Dióxido de Carbono, Argônio, Hidrogênio, Neônio, Hélio, Criptônio e Xenônio.

Para melhor compreender as leis e o comportamento do ar, devemos antes considerar as grandezas físicas e sua classificação nos sistemas de medidas. Com o fim de estabelecer relações inequívocas e claramente definidas, os cientistas e técnicos na maioria dos países estão empenhados em definir um só sistema de medidas que será válido para todos, denominado “SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS”, abreviadamentre “SI”.

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A seguinte apresentação estabelece a relação entre “SISTEMA TÉCNICO DE MEDIÇÃO” e novo “SISTEMA DE UNIDADES SI”

Grandezas Fundamentais

UNIDADES E SÍMBOLOS Unidade Símbolo Sistema Técnico Sistema S.I. Comprimento L Metro (m) Metro (m) Massa m Kp.s^2 /m Kilograma (kg) Tempo t Segundos (s) Segundos (s) Temperatura T Celcius (ºC) Kelvin (K) Intensidade de Corrente I Ampére (A) Ampére (A) Intensidade Luminosa I Candella (cd) Quantidade de Substância n Mol (mol) Tabela 1.

Grandezas Derivadas

UNIDADES E SÍMBOLOS Unidade Símbolo Sistema Técnico Sistema S.I. Força F Kilopond (kp) Kilograma força (Kgf)

Newton (N) 1 Kg. m N = S^2 Área A Metro quadrado (m^2 ) Metro quadrado (m^2 ) Volume V Metro cúbico (m^3 ) Metro cúbico (m^3 ) Vazão Q (m^3 /s) (m^3 /s) Pressão p Atmosfera (at) (kp/cm^2 ) Pascal (Pa) 1 Pa = 1 N / m^2 1 Bar = 10^5 Pa = 100KPa Tabela 1.

Conversão De Unidades

Massa

1 Kp. s^2 1 (Kg) = 9,81 m Força 1 (kp) – 9.81 (N)para cálculos aproximados pode-se empregar 1 kp = 10 N

Temperatura Diferença de temperatura: 1ºC = 1 K (kelvin)Ponto zero: 0ºC = 273 K (kelvin)

**Além das unidades de pressão mencionadas (at no sistema técnico, bem como Bar e Pascal no sistema SI), outras expressões serão ainda usadas freqüentemente. Para completar o já exposto, as mesmas serão apresentadas a seguir.

1. Atmosfera, at (pressão absoluta no sistema técnico) 1 at = 1 kp/cm**^2 **= 0,981 bar (98,1 Kpa)
2. Pascal, Pa Bar, (bar) (pressão absoluta no sistema padrão SI) 1N 10 -5N 1 Pa = = 10-5bar 1bar = = 10**^5 Pa = 1,02 at m^2 m^2 **3) Atmosfera física, atm (pressão absoluta no sistema físico) 1 atm = 1,033 at = 1,013 bar (101,3 kPa)
3. Coluna de água, mmH 2 O 10.000 mm H 2 O = 1 at = 0,981 bar (98,1 kPa)**

Pressão

5) Coluna de mercúrio, mm Hg (corresponde à unid. De pressão Torr) 1 mm Hg = 1 Torr 1 at = 736 Torr, 100 kPa (1 bar) = 750 Torr (Torricelli)

Tabela 1.

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Figura 1.2 - Se a pressão permanece constante e a temperatura se eleva 1K partindo de 273 K , o ar se dilata 1 do seu volume. 273

Isto é demonstrado pela lei de Gay- Lussac:

V 1 T 1 ____ = ____ V 2 T 2

sendo: V 1 - volume da temperatura T 1 V 2 - volume da temperatura T 2

Figura 1.3 - Para o ar comprimido vale também a equação geral dos gases: P1. V 1 P 2. V 2 _________ = _________ = constante T 1 T 2

1.2 PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO

Para a produção de ar comprimido são necessários compressores, os quais comprimem o ar para a pressão de trabalho desejada. Na maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos se encontra, geralmente, uma estação central de distribuição de ar comprimido. Não é necessário calcular e planejar a transformação e transmissão da energia para cada consumidor individual. A instalação de compressão fornece o ar comprimido para os devidos lugares através de uma rede tubular.

Instalações móveis de produção são usadas, principalmente, na indústria de mineração, ou para máquinas que freqüentemente mudam de local.

Já ao projetar, devem ser consideradas a ampliação e aquisição de outros novos aparelhos pneumáticos. Por isso é necessário sobredimensionar a instalação para

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que mais tarde não venha se constatar que ela está sobrecarregada. Uma ampliação posterior da instalação se torna geralmente muito cara.

Muito importante é o grau de pureza do ar. Um ar limpo garante uma longa vida útil da instalação. A utilização correta dos diversos tipos de compressores também deve ser considerado.

Tipos de Compressores

Existem dois tipos básicos de compressores. O primeiro se trata de um tipo baseado no princípio de redução de volume. Aqui se consegue a compressão, sugando o ar para um ambiente fechado, e diminuindo-se posteriormente o tamanho destes ambientes. Este tipo de construção denomina-se compressor de êmbolo ou pistão (compressores de êmbolo de movimento linear).

O outro tipo de construção funciona segundo o princípio de fluxo. Sucção do ar de um lado e compressão no outro por aceleração da massa (turbina)

Figura 1.

TIPOS DE COMPRESSORES

Compressor de Êmbolo

• Curso Linear

Compressor de Êmbolo

Compressor de Membrana

Compressor Rotativo

Turbo - Compressor

Turbo – Compressor Radial

Turbo – Compressor Axial

Compressor Multicelular de Palhetas

Compressor de Parafusos Helicoidais

Compressor Hoots

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Compressor de membrana: este tipo pertence ao grupo dos compressores de êmbolo. Uma membrana separa o êmbolo da câmara de trabalho; o ar não tem contato com as peças móveis. Portanto, o ar comprimido está isento de resíduos de óleo.

Estes compressores são utilizados com preferência nas indústrias alimentícias, farmacêuticas e químicas.

Figura 1.7 – Compressor de membrana

Compressores Rotativos

Neste tipo, se estreitam (diminuem) os compartimentos, comprimindo então o ar contido em seu interior.

Compressor rotativo multicelular: em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, gira um rotor alojado excentricamente. O rotor tem palhetas que em conjunto com as paredes, formam pequenos compartimentos (células). Quando em rotação, as palhetas serão pela força centrífuga apertadas contra a parede. Devido a excentricidade de localização do rotor há uma diminuição e aumento das células.

As vantagens deste compressor estão em sua construção, bem como em seu funcionamento silencioso, contínuo e equilibrado, e no fornecimento uniforme de ar, livre de qualquer pulsação.

Figura 1.8 – Compressor rotativo multicelular

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Compresor duplo parafuso (dois eixos): dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é conduzido axialmente.

Figura 1.9 – Compressor duplo parafuso (dois eixos)

Compressor rotts: nestes compressores o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração de volume. A compressão (vedação) é feita no lado da pressão pelos cantos dos êmbolos.

Figura 1.10 – Compressor rotts

Turbo-Compressores

Estes tipos trabalham segundo o princípio de fluxo e são adequados para o funcionamento de grandes vazões. Os turbo-compressores são construídos em duas versões: axial e radial.

Em ambos os tipos de construções o ar é colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento é então transformada em energia de pressão.

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1) Regulagem de Marcha em Vazio

a) Regulagem por descarga Na saída do compressor existe uma válvula limitadora de pressão. Quando no reservatório é alcançada a pressão desejada, a válvula abre dando passagem e permitindo que o ar escape para a atmosfera. Uma válvula de retenção impede o retorno do ar do reservatório para o compressor (usado somente em pequenas instalações).

Figura 1.13 – Regulagem por descarga

b) Regulagem de Fechamento Neste tipo, é fechado o lado da sucção. Com a entrada de ar fechada, o compressor não pode aspirar e continua funcionando em vazio. Esta regulagem é utilizada principalmente em compressores rotativos e também nos de êmbolo.

Figura 1.14 – Regulagem de fechamento

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c) Regulagem por Garras Esta é utilizada em compressores de êmbolo de grande porte. Mediante garras, mantém-se aberta a válvula de sucção, evitando assim que o compressor continue comprimindo. A regulagem é muito simples.

Figura 1.15 – Regulagem por cargas

2) Regulagem de Carga Parcial

a) Regulagem na rotação Sobre um dispositivo, ajusta-se o regulador de rotação do motor a explosão. A regulagem da rotação pode ser feita manualmente ou também automaticamente, dependendo da pressão de trabalho.

b) Regulagem por estrangulamento A regulagem se faz mediante simples estrangulamento no funil de sucção, e o compressor pode assim ser regulado para determinadas cargas parciais. Encontra-se esta regulagem em compressores de êmbolo rotativo e em turbo compressores.

Regulagem Intermitente

Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos (carga máxima e parada total). Ao alcançar a pressão máxima, o motor acionador do compressor é desligado e quando a pressão chega ao mínimo, o motor é ligado, e o compressor trabalha novamente.

A freqüência de comutação pode ser regulada num pressostato, e para que os períodos de comando possam ser limitados a uma média aceitável, é necessário um grande reservatório de ar comprimido.

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ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a detecção de fugas de ar. Pequenos vazamentos são causas de consideráveis perdas de pressão.

Figura 1.

As tubulações, em especial as redes em circuito aberto devem ser montadas com um declive de 1 a 2%, na direção do fluxo.

Por cauda da formação de água condensada, é fundamental em tubulações horizontais, instalar os ramais de tomadas de ar, na parte superior do tubo principal.

Dessa forma evita-se que a água condensada eventualmente existente na tubulação principal possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal.

Geralmente as tubulações são montadas em circuito fechado. Partindo da tubulação principal, são instaladas as ligações em derivação.

Quando o consumo de ar é muito grande, consegue-se, mediante esse tipo de montagem, uma alimentação uniforme. O ar flui em ambas as direções.

Figura 1.

A rede combinada também é uma instalação em circuito fechado, a qual por suas ligações longitudinais e transversais oferece a possibilidade de fornecimento de ar em qualquer local.

Mediante válvula de fechamento, existe a possibilidade de bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando as mesmas não forem usadas ou quando for necessário pô-las fora de serviço por razões de reparação e manutenção. Também pode ser feito um melhor controle de estanqueidade.

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Figura 1.

Material da Tubulação

Na escolha do material da tubulação, temos várias possibilidades:

− Cobre, tubo de aço preto; − Latão, tubo de aço zincado (galvanizado); − Aço liga e material sintético.

Toda tubulação deve ser fácil de instalar, resistente à corrosão e de preço vantajoso.

Tubulações instaladas para um tempo indeterminado devem ter uniões soldadas que serão de grande vantagem, pois são bem vedadas e não muito custosas. As desvantagens destas uniões são as escamas, que se criam ao soldar. Estas escamas devem ser retiradas da tubulação. A costura da solda também é sujeita a corrosão e isto requer a montagem de unidades de conversação.

Em redes feitas com tubos de aço zincado (galvanizado), o ponto de conexão nem sempre é totalmente vedado. A resistência à corrosão nestes tubos é muito melhor do que a do tubo de aço preto. Lugares decapados (roscas) também podem enferrujar, razão pela qual também aqui é importante o emprego de unidades de conservação. Em casos especiais prevêm-se tubos de cobre ou material sintético (plástico).

Tubulações Secundárias

Tubulações à base de borracha (mangueiras) somente devem ser usadas onde for requerida uma certa flexibilidade e onde, devido a um esforço mecânico mais elevado, não possam ser usadas tubulações de material sintético. Tubulações à base de borracha podem ser mais caras e menos desejáveis do que as de material sintético.

Tubulações à base de polietileno e poliamida hoje são mais freqüentemente usadas em maquinários, e aproveitando novos tipos de conexões rápidas, as tubulações de material sintético podem ser instaladas de maneira rápida e simples, sendo ainda de baixo custo.