Hidraulica e Técnicas de Comando, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
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Hidraulica e Técnicas de Comando, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

José Fernando Xavier Faraco Presidente da FIESC

Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional do SENAI/SC

Antônio José Carradore Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antônio Dociatti Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

Florianópolis – 2004

É autorizada reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema desde que a fonte seja citada

Equipe Técnica:

Organizadores: Adagir Saggin Adalberto Silveira Guilherme de Oliveira Camargo Irineu Parolin Natalino Uggioni Sandro Feltrin Vilmo Loshstein

Projeto Gráfico: Rafael Viana Silva

Capa: Rafael Viana Silva Samay Milet Freitas

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Santa Catarina www.sc.senai.br

Rodovia Admar Gonzaga, 2765 – Itacorubi. CEP 88034-001 - Florianópolis - SC Fone: (048) 231-4221 Fax: (048) 231-4331

Este material faz parte do Programa SENAI SC de Recursos Didáticos www.sc.senai.br/recursosdidaticos

5HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

LISTA DE TABELAS

1.1 Tabela de velocidades......................................................................................19 1.2 Comprimentos equivalentes a perdas localizadas (em polegadas de canalização retilínia).............................................................................................................23

3.1 Unidades fundamentais do Sistema Internacional................................................27 3.2 Conversão das principais unidades de pressão.....................................................27 3.3 Unidades de pressão mais utilizadas em sistemas hidráulicos.................................28 3.4 Principais unidades de capacidade ou volume.....................................................28 3.5 Principais unidades de força.............................................................................28 3.6 Principais unidades de vazão............................................................................29

5.1 Linhas de fluxo...............................................................................................31 5.2 Simbolos funcionais.......................................................................................31 5.3 Fontes de energia...........................................................................................32 5.4 Válvulas direcionais........................................................................................32 5.5 Métodos de acionamento...............................................................................32 5.6 Válvulas controladoras de vazão.......................................................................33 5.7 Válvula de retenção........................................................................................33 5.8 Válvula reguladora de pressão..........................................................................34 5.9 Reservatório..................................................................................................34 5.10 Bombas......................................................................................................35 5.11 Motores.....................................................................................................35 5.12 Cilindros.....................................................................................................36 5.13 Instrumentos e acessórios.............................................................................37

7.1 Solenóides em eletroválvulas...........................................................................49

13.1 Tabela de conversão de viscosidade.................................................................68 13.2 Comparação entre dois índices de viscosidade diferentes...................................69

1 Introdução à Hidráulica........................................................14

3 Unidades Fundamentais do Sistema Internacional...............27

5 Simbologia / Resumo...........................................................31

7 Válvulas Direcionais.............................................................45

13 Fluidos Hidráulicos.............................................................63

6HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

LISTA DE FIGURAS

1.1 Lei de Pascal..................................................................................................15 1.2 Princípio de compensação de energia................................................................15 1.3 Vazão...........................................................................................................16 1.4 Coluna de fluido............................................................................................17 1.5 Fluxo lamiar e fluxo turbulento........................................................................18

2.1 Carga sobre o atuador: sistema sem vazamento..................................................25 2.2 Carga sobre o atuador: sistema com vazamento..................................................25 2.3 Restrição na tubulação....................................................................................26

4.1 Posição do reservatório em relação à bomba.......................................................30

6.1 Bombas hidráulicas: bombas de fluxo radiais ou centrífugas...................................38 6.2 Bombas hidráulicas: bombas de fluxo radiais ou centrífugas...................................38 6.3 Bombas hidráulicas: bombas de fluxo axial..........................................................38 6.4 Bombas de engrenagens.................................................................................38 6.5 Bombas de engrenagens internas......................................................................39 6.6 Bombas de engrenagens espinha de peixe.........................................................39 6.7 Bombas de vazão fixa......................................................................................40 6.8 Bombas de vazão variável com compensação de pressão......................................40 6.9 Bombas de vazão variável com compensação de pressão......................................40 6.10 Bombas de vazão variável com compensação de pressão....................................41 6.11 Bombas de pistões axiais de eixo inclinado ou desalinhado.................................41 6.12 Bombas de pistões radiais..............................................................................41 6.13 Bombas de pistões axiais de placa ou disco inclinado..........................................42 6.14 Bombas em série.........................................................................................42 6.15 Bombas em paralelo.....................................................................................42 6.16 Exemplo de aplicação de bombas de pistões radiais............................................43

7.1 Válvula carretel..............................................................................................46 7.2 Válvula direcional com êmbolo deslizante..........................................................46 7.3 Válvula direcional com assento esférico.............................................................47 7.4 Sobreposição positiva......................................................................................47 7.5 Sobreposição negativa....................................................................................48 7.6 Esquema de solenóide....................................................................................48 7.7 Válvula de duplo acionamento.........................................................................49 7.8 Válvula direcional 4/3 vias, pré-acionadaspor solenóides, acionada por presão hidráulica centrada por mola; de piloto e dreno interior..............................................50

1 Introdução à Hidráulica........................................................14

2 Fatores Resultantes da Pressão num Sistema.......................25

4 Composição dos Sistemas Hidráulicos..................................30

6 Bombas Hidráulicas.............................................................38

7 Válvulas Direcionais.............................................................45

7HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

8.1 Registros: Esfera.............................................................................................51 8.1 Registros: Agulha...........................................................................................51 8.1 Registros: Globo............................................................................................51 8.1 Registros: Gaveta...........................................................................................51

9.1 Componentes do cilindro................................................................................52 9.2 Amortecimento: Recuando ainda sem amortecimento........................................53 9.3 Amortecimento: Amortecendo........................................................................53 9.4 Anéis tipo “copo”..........................................................................................54 9.5 Anéis tipo O..................................................................................................54 9.6 Anéis tipo lábio de dupla ação..........................................................................54

10.1 Comparação entre uma bomba e um motor de engrenagem..............................55 10.2 Pinhão cremadeira.......................................................................................56 10.3 Motores oscilantes ou osciladores...................................................................56 10.4 Osciladores com cilindro...............................................................................57 10.5 Osciladores com rosca sem-fim......................................................................57 10.6 Osciladores de palheta..................................................................................57

11.1 Válvula de retenção simples..........................................................................58 11.2 Válvula de retenção pilotada geminada............................................................58 11.3 Válvula de retenção pilotada..........................................................................58 11.4 Válvula de preenchimento ou de sucção.........................................................59

12.1 Componente do reservatório........................................................................60 12.2 Altura para montagem da linha de sucção........................................................61 12.3 Bocal de enchimento com filtro.......................................................................61 12.4 Chicana horizontal.......................................................................................62 12.5 Chicana vertical...........................................................................................62

13.1 Fluidos hidráulicos transmitindo energia...........................................................63 13.2 Fluido hidráulico como lubrificante das partes móveis........................................64 13.3 A troca de calor através do fluido hidráulico......................................................64 13.4 Viscosímetro de Saybolt................................................................................67

14.1 Filtro de sucção............................................................................................70 14.2 Filtro de pressão...........................................................................................70 14.3 Filtro de retorno...........................................................................................71 14.4 Filtro de retorno com indicador óptico (mecânico) de saturação...........................71 14.5 Filtro de retorno com indicador eletro-óptico de saturação..................................71 14.6 Exemplo de materiais filtrantes.......................................................................72

15.1 Orifícios para regulagem de vazão..................................................................73 15.2 Válvulas reguladoras de vazão bidirecional........................................................73

8 Registros..............................................................................51

9 Atuadores Lineares..............................................................52

10 Atuadores Rotativos..........................................................55

11 Válvula de Bloqueio............................................................58

12 Reservatório......................................................................60

13 Fluidos Hidráulicos.............................................................63

14 Filtros................................................................................70

15 Válvulas Controladoras de Vazão (Fluxo)............................73

8HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

15.3 Válvula reguladora de vazão unidirecional........................................................74 15.4 Válvulas reguladoras de vazão unidirecional, montagem em bloco e em linha........74 15.5 Construção do tipo “A” estreitamento antes do compensador..............................75 15.6 Construção do tipo “B” estreitamento depois do compensador............................75 15.7 Método de controle de fluxo: na entrada, na saída e em desvio............................77 15.8 Exemplo de circuito com duas velocidades de avanço rápido e lento.....................78 15.9 Exemplo de circuito com três velocidades de avanço..........................................78

16.1 Princípio de funcionamento das válvulas reguladoras de pressão..........................79 16.2 Válvula de alívio...........................................................................................80 16.3 Válvula de descarga.....................................................................................80 16.4 Exemplo de circuito com duas velocidades, utilizando duas bombas em parale- lo..................................................................................................................81 16.5 Exemplo de circuito utilizando bomba de pistões radiais.....................................81 16.6 Princípio de funcionamento e válvula de seqüência...........................................82 16.7 Circuito hidráulico seqüêncial.........................................................................82 16.8 Circuito regenerativo seqüêncial.....................................................................82 16.9 Válvula redutora de pressão...........................................................................83 16.10 Válvula redutora de pressão de operação direta...............................................83 16.11 Válvula reguladora de pressão com válvula para ventagem acoplada..................84 16.12 Controle de pressão remoto. Posição central da válvula direcional......................84 16.13 Controle de pressão remoto, solenóide “b” energizado...................................85 16.14 Controle de pressão remoto, solenóide “a” energizado...................................85

17.1 Princípio de funcionamento do elemento lógico...............................................86 17.2 Retenção de A para B....................................................................................87 17.3 Retenção de B para A....................................................................................87 17.4 Possibilidade de comando por B......................................................................87 17.5 Possibilidade de comando por A......................................................................88 17.6 Possibilidade de comando por A e B................................................................88 17.7 Válvula de retenção pilotada..........................................................................88 17.8 Integração entre válvula direcional e valvula de retenção....................................89 17.9 Retenção em uma direção e controle de fluxo no sentido contrário.......................89 17.10 Integração entre válvula direcional e reguladora de vazão.................................90 17.11 Dupla retenção..........................................................................................90 17.12 Válvula limitadora de pressão.......................................................................90 17.13 Exemplo de circuito com aplicação de elementos lógicos..................................91

18.1 Trocador de calor a ar.....................................................................................92 18.2 Trocador de calor a água................................................................................92

19.1 Tipos construtivos de acumuladores................................................................93 19.2 Seqüência de funcionamento de um acumulador de membrana.........................94 19.3 Seqüência de funcionamento de um acumulador de bexiga...............................95 19.4 Circuito hidráulico industrial com aplicação de acumulador de bexiga...................95

20.1 Princípio de funcionamento de multiplicador hidráulico......................................96

16 Válvulas Reguladoras de Pressão.......................................79

17 Elemento Lógico................................................................86

18 Trocador de Calor...............................................................92

19 Acumuladores....................................................................93

20 Intensificadores de Pressão - “Boosters”............................96

9HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

21.1 Princípio de funcionamento do manômentro de bourdon...................................97 21.2 Manômentro com limites de pressão máximo e mínimo....................................97 21.3 Válvula isoladora de manômetro....................................................................98 21.4 Pressostato de êmbolo..................................................................................99 21.5 Pressostato tipo bourbon...............................................................................99

22.1 Exemplos de mangueiras hidráulicas industriais...............................................100 22.2 Esquema interno de um bloco manifold.........................................................101 22.3 Exemplo de conexões industriais..................................................................101

21 Instrumentos de Medição..................................................97

22 Elementos de Interligação, Conexão e Vedações...............100

10HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

SUMÁRIO

1.1 Histórico..................................................................................................14 1.2 Princípio de Pascal...........................................................................15 1.3 Transmissão de Força Hidráulica...........................................................15

1.3.1 Leis da Vazão (Hidrodinâmica e Mecânica dos Fluidos)............................16 1.3.2 Conservação da Energia.....................................................................17 1.3.3 Perdas de Energia por Atrito .........................................................18 1.3.4 Regimes de Fluxos............................................................................18 1.3.5 Número de Reynolds [Re]..................................................................18 1.3.6 Resistência à passagem de fluido.........................................................20 1.3.7 Dimensionamento de tubos em função da velocidade.............................20 1.3.8 Dimensionamento em função da perda de carga....................................21

1.4 Vantagens e Desvantagens dos Sistemas Hidráulicos........................24 1.4.1 Vantagens:.......................................................................................24 1.4.2 Desvantagens:............................................................................24

1.5 Potência..................................................................................................24 1.5.1 Potência Hidráulica............................................................................24

2.1 Tipos de pressão, unidades de pressão e outras grandezas:..............26

3.1 Conversão das Principais Unidades de Pressão...................................27 3.2 Unidades de Pressão mais Utilizadas em Sistemas Hidráulicos:.........28 3.3 Principais unidades de capacidade ou volume...................................28 3.4 Principais unidades de força..................................................................28 3.5 Principais unidades de vazão................................................................29

4.1 Posição do reservatório..........................................................................30

6.1 Tipos........................................................................................................38 6.1.1 Bomba de deslocamento não positivo..................................................38 6.1.2 Bomba de deslocamento positivo........................................................38 6.1.3 Bombas de Palhetas...........................................................................40 6.1.4 Bombas de Pistões............................................................................41

6.2 Montagem e Instalação de Bombas.....................................................42 6.2.1 Cuidados na instalação de bombas.......................................................43 6.2.2 Cavitação.........................................................................................43 6.2.3 Aeração...........................................................................................43

Apresentação.........................................................................13

1 Introdução à Hidráulica........................................................14

2 Fatores Resultantes da Pressão num Sistema.......................25

3 Unidades fundamentais do Sistema Internacional...............27

4 Composição dos Sistemas Hidráulicos..................................30

5 Simbologia / Resumo...........................................................31

6 Bombas Hidráulicas.............................................................38

11HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

7.1 Sobreposição das Válvulas Direcionais................................................46 7.1.1 Tipos construtivos para válvulas............................................................46 7.1.2 Tipos de solenóides...........................................................................48 7.1.3 Válvulas direcionais pré-operadas (sanduíche de válvulas)........................49

8.1 Tipos de registros...................................................................................51

9.1 Amortecimento do fim de curso nos cilindros hidráulicos.................52 9.2 Vedações para cilindros e demais componentes................................53

11.1 Válvula de pré-enchimento ou de sucção........................................59

12.1 Componentes do reservatório...........................................................60 12.2 Montagem das linhas.........................................................................61 12.3 Chicanas...............................................................................................62

13.1 Principais Fluidos Hidráulicos.............................................................64 13.1.1 Propriedades do Fluido.....................................................................65 13.1.2 Importância do controle da viscosidade...............................................65 13.1.3 Métodos para definição da viscosidade...............................................66

14.1 Tipos de filtros quanto à posição de montagem:..............................70 14.1.1 Materiais dos elementos filtrantes..................................................72

15.1 Controlar velocidade dos atuadores.................................................77 15.1.1 Exemplo de circuito hidráulico industrial com duas velocidades de avanço.........78 15.1.2 Exemplo de circuito hidráulico industrial com três velocidades de avanço...........78

16.1 Princípio básico de funcionamento das válvulas reguladoras de pressão..........................................................................................................79

16.1.1 Válvula de seqüência de ação direta...................................................82 16.1.2 Válvula Redutora de Pressão.............................................................83 16.1.3 Válvula Redutora de Pressão de Operação Direta.................................83

16.2 Ventagem e Controle Remoto............................................................84

7 Válvulas Direcionais.............................................................45

8 Registros..............................................................................51

9 Atuadores Lineares..............................................................52

10 Atuadores Rotativos..........................................................55

11 Válvula de Bloqueio............................................................58

12 Reservatório......................................................................60

13 Fluidos Hidráulicos.............................................................63

14 Filtros................................................................................70

15 Válvulas Controladoras de Vazão (Fluxo)............................73

16 Válvulas Reguladoras de Pressão.......................................79

12HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

17.1 Alguns Exemplos de Aplicação..........................................................87

18.1 Trocador de calor a ar...........................................................................92 18.2 Trocador de calor a água.....................................................................92

19.1 Comentário sobre acumuladores......................................................94

21.1 Manômetro com sinal elétrico............................................................97 21.2 Termômetros........................................................................................98

22.1 Tubos............................................................................................100 22.2 Mangueiras.......................................................................................100 22.3 Placas de ligação e blocos manifold................................................101 22.4 Elementos de conexão................................................................101

22.4.1 Conexões por roscas......................................................................101

17 Elemento Lógico................................................................86

18 Trocador de Calor...............................................................92

19 Acumuladores....................................................................93

20 Intensificadores de Pressão - Boosters................................96

21 Instrumentos de Medição..................................................97

22 Elementos de interligação, conexão e vedações................100

Referências Bibliográficas.....................................................102

13HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

APRESENTAÇÃO A finalidade deste material é proporcionar aos interessados, uma visão

do mundo da hidráulica. As experiências têm revelado, que atualmente a hidráulica é indispensável como um método moderno de transmissão de ener- gia.

O termo hidráulica é uma palavra que deriva da raiz grega HIDRO que significa água. Hoje, entende-se por hidráulica a transmissão, controle de forças e movimentos por meio de fluidos líquidos (óleos minerais e sintéti- cos). Fluido é toda a substância que flui e toma a forma do recipiente no qual está confinado.

Com a automatização os acionamentos e comandos hidráulicos ga- nharam importância através do tempo. Grande parte das modernas e mais produtivas máquinas e instalações são hoje parcial ou totalmente comanda- das por sistemas hidráulicos. Apesar da multiplicidade dos campos de aplica- ção da hidráulica, o conhecimento dessa matéria ainda não está totalmente difundido. Como resultado disso, a aplicação do sistema hidráulico tem sido restrita.

O conteúdo inclui a descrição de sistemas hidráulicos para a transfe- rência de forças ou movimentos, seus princípios de funcionamento, detalhes construtivos dos componentes e a montagem de comandos hidráulicos na bancada, fazendo com que haja um relacionamento entre teoria e prática.

14HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Existem apenas três métodos de transmissão de energia na esfera co- mercial: A elétrica, a mecânica e a fluídica (hidráulica e a pneumática).

Naturalmente a mecânica é a mais antiga de todas, por conseguinte é a mais conhecida. Hoje utilizada de muitos outros artifícios mais apurados como engrenagens, cames, polias e outros.

A elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de outros componentes, é um método desenvolvido nos tempos modernos. É o único meio de transmissão de energia que pode ser transportado a grandes distâncias.

A força fluídica tem origem, por incrível que pareça, a milhares de anos. O marco inicial que se tem conhecimento é a utilização da roda d’água, que emprega a energia potencial da água armazenada a uma certa altura, para a geração de energia mecânica.

O uso do fluido sob pressão, como meio de transmissão de potência, já é mais recente, sendo que o seu desenvolvimento ocorreu, mais precisa- mente, após a primeira grande guerra mundial.

Os fatos mais marcantes da história da energia fluídica poderiam ser relacionados como os seguintes:

Em 1795, um mecânico inglês, Joseph Bramah, construiu a pri- meira prensa hidráulica, usando como meio de transmissão a água;

Em 1850, Armstrong desenvolveu o primeiro guindaste hidráuli- co, e para fazê-lo, também desenvolveu o, primeiro acumulador hidráulico;

Em 1900, a construção da primeira bomba de pistões axiais nos Estados Unidos, ocorreu aqui à substituição da água por óleo mineral, com muitas vantagens.

Atualmente, com o desenvolvimento de novos metais e fluidos obti- dos sinteticamente, a versatilidade e a dependência do uso da transmissão de força hidráulica ou pneumática torna-se evidente, desde o seu uso para um simples sistema de frenagem em veículos até a sua utilização para com- plexos sistemas das eclusas, aeronaves e mísseis.

Vamos pensar um pouco, sem a energia fluídica, a tecnologia moderna seria capaz de uma potência para elevar um container de grande tonelagem, ou potência suficientemente pequena para prender um ovo sem quebrar a casca?

CAPÍTULO1 INTRODUÇÃO À

HIDRÁULICA 1.1 Histórico

15HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Blaise Pascal, em 1648 enunciou a lei que rege os princípios hidráuli- cos:

A pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções, exercendo forças iguais em áreas iguais e sem- pre perpendiculares à superfície do recipiente.

Caso uma força “F” atue sobre uma área “A” sobre um fluido confina- do, ocorrerá nesse fluido uma pressão “P”.

Pressão, conceitualmente é a força exercida por unidade de área.

Em 1795 Joseph Bramah criou a 1a prensa hidráulica manual aplicando o princípio de Pascal.

Como a pressão se distribui uniformemente em todas as direções e agem com a mesma intensidade em todos os pontos. Portanto, podemos afirmar que a pressão nas áreas A e B do sistema são iguais.

Figura 1.1: Lei de Pascal Fonte: RANCINE, 1994 - 9aed. p. 13

Figura 1.2: Princípio de compensação de energia Fonte: RANCINE, 1994 - 9aed. p. 14

1.2 Princípio de Pascal

1.3 Transmissão de Força Hidráulica

16HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Portanto, podemos afirmar:

Além da possibilidade de calcular as forças ou áreas que envolvem o sistema, também é possível calcular o deslocamento “S” dos êmbolos.

1.3.1 Leis da Vazão (Hidrodinâmica e Mecânica dos Fluidos)

Se um fluido flui por um tubo com vários diâmetros, o volume que passa em uma unidade de tempo é o mesmo independente da seção. A velocidade do fluxo varia.

Vazão: ; Substituindo-se: V = A . s

Onde: Q = Vazão em litros por minutos V = Volume em litros ou dm3

A = Área da seção transversal S = Curso ou comprimento.

O curso “S” na unidade de tempo “t” é:

Velocidade ; de onde podemos ter, com Q = A . v

Equação da continuidade

Q1 = Q2 A1. v1 = A2. v2

Figura 1.3: Vazão Fonte: REXROTH, 1994 p.31

17HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

1.3.2 Conservação da Energia

A Lei da conservação da energia nos diz que em um fluxo a energia permanece constante, enquanto não houver troca de energia com o exteri- or.

Podemos dividir a energia total desta forma:

Energia de posição (energia potencial) que esta em função da altura da coluna do fluido.

Energia de pressão que é a pressão estática. Energia cinética que é a energia de movimento em função da

velocidade do fluxo ou pressão dinâmica.

Equação de Bernoulli para um sistema estacionário:

ñ . h . g + P +r . = Constante

Onde: P = Pressão estática;

ñ . h . g = Pressão da coluna do fluido

ñ . = Pressão dinâmica

Pela equação de Bernoulli, é possível comprovar que um fluido ao pas- sar por uma seção transversal reduzida provocará um aumento da velocida- de e como conseqüência um aumento da energia cinética.

Com a figura abaixo podemos observar as diferenças de pressão em um tubo que possui um estrangulamento, a pressão é representada por uma coluna de fluido.

A altura das colunas representa pressão, portanto, observem no es- trangulamento.

Em uma instalação hidráulica é importante a energia de pressão ou pressão estática. A energia de posição e a energia cinética são muito peque- nas, portanto podemos desprezá-las.

Figura 1.4: Coluna do fluido Fonte: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.15

18HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

1.3.3 Perdas de Energia por Atrito

Quando um fluido movimenta-se em um sistema produzindo calor por atrito, perde-se uma parte da energia em forma de energia térmica, causan- do perda de pressão.

A Energia hidráulica não pode ser transmitida sem perdas. A quantida- de de energia perdida por atrito depende de:

Comprimento da tubulação; Rugosidade interna da tubulação; Números de conexões e derivações; Diâmetro da tubulação; Velocidade do fluxo.

1.3.4 Regimes de Fluxos

O fluxo em um sistema hidráulico pode ser laminar ou turbulento.

1.3.5 Número de Reynolds [Re]

Para se saber quando o fluxo é laminar ou turbulento, devemos definir o número de Reynolds, que se obtém através da seguinte fórmula:

Onde: Re - Número de Reynolds; - Densidade do fluido; v - Velocidade [cm/s]; D - Diâmetro interno do tubo [cm]; µ - Viscosidade absoluta em [poise]; v - Viscosidade cinética [cSt], para um óleo a 220SSU e 38ºC = 0,475 Stokes.

FIGURA 1.5: Fluxo lamiar e fluxo turbulento FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.15

19HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Número de Reynolds: De 0 até 2000 Re – Fluxo laminar De 2000 até 3000 Re – Fluxo transitório Maior que 3000 Re – Fluxo turbulento.

1.3.6 Resistência à Passagem de Fluido

Se um fluido escoa por um tubo, a pressão vai se tornado cada vez menor em virtude da resistência à passagem.

A queda de pressão depende do atrito interno do fluido e do atrito do fluido com as paredes. Mas, existem alguns fatores que influência, como: a velocidade, o regime de fluxo, a viscosidade, acabamento interno do tubo, as conexões, as válvulas, o diâmetro e comprimento do tubo.

Por exemplo, em um tubo de 1 m de comprimento escoa uma vazão de 10 L/min. e se lê a diferença de pressão de 50 kPa se escreve:

Resistência à passagem

1.3.7 Dimensionamento de tubos em função da velocidade

Tabela de velocidades de fluxo recomendadas no sistema oleodinâmico:

Partindo-se da velocidade recomendada, podemos dimensionar o diâ- metro da tubulação, sabendo-se a vazão do sistema.

Cuidado! Com as unidades das grandezas.

Onde: D = diâmetro interno do tubo; Q = vazão; v = velocidade do fluido.

TABELA 1.1: Tabela de velocidades

20HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Exemplo em função da velocidade

Dimensionar o tubo de uma linha que trabalha com uma pressão de 80 bar e vazão de 50 l/min. A velocidade recomendada, conforme tabela acima.

Dados: Q = 50 L/min. ou Q = 833,3 cm3/s

P = 80 bar, então adotaremos velocidade v=4,5 m/s ou v=450 cm/s

Solução: D = 1,536 cm

O diâmetro interno do tubo recomendado será de 1,536 cm ou 15,36 mm, mas comercialmente 5/8 de polegada.

1.3.8 Dimensionamento em função da 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 carga, que é dividida em vários fatores. Todos os fato- res entram no calculo da perda de carga da seguinte forma:

Onde: P = Perda de carga na linha [bar]; f = Fator de fricção [adimensional]; L = L1 + Ls = Comprimento total [cm]; L1 = Comprimento da tubulação retilínea[cm]; Ls = Comprimento equivalente das singularidades [cm]; D = Diâmetro interno da tubulação [cm]; V = Velocidade de escoamento do fluido [cm/s]; y = Densidade do fluido [kg/m3] (Para o óleo SAE10 igual a 881,1kg/m3). 21591 e 9266 = Fator de conversão para a uniformização das unidades.

Fator de fricção “f”

Onde: X = 64 para tubos rígidos e temperaturas constates; X = 75 para tubos rígidos e temperaturas variáveis ou para tubos flexíveis e temperaturas constantes; X = 90 para tubos flexíveis e temperaturas variáveis

21HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Exemplo em função da perda de carga

a) Determinar a vazão necessária no sistema em função dos atuadores;

Assumiremos uma vazão de Q = 50 L/min.

b) Determinar a velocidade em função do tipo de linha e pressão;

Assumiremos uma pressão na linha de 80 bar, portanto uma velocida- de de v = 450 cm/s, conforme tabela de velocidade recomendável

c) Determinar o diâmetro em função da velocidade e da vazão;

Diâmetro interno do tubo D = 1,536 cm, calculado no exemplo ante- rior.

d) Determinar número de Reynolds, conforme fórmula acima;

e) Determinar o Fator de fricção “f”.

Para um tubo flexível e temperatura variável - X = 90

f) Determinar o comprimento total “L” em função da planta e da tabe- la de comprimentos equivalentes para as perdas localizadas.

Em nosso caso, considerar:

4 mangueiras flexíveis; 2 cotovelos de 90º raio curto; 2 cotovelos de 90º raio longo.

L1 = 320 cm comprimento das 4 mangueiras do sistema

Conforme tabela de perdas localizadas nas conexões, respectivamen- te:

Comprimento de 40 e 20 cm/unidade.

Resultando:

22HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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g) Determinar DP = Perda de carga na linha de pressão;

h) Determinar as perdas localizadas nas válvulas especiais (catálogo de fabricante);

Uma válvula especial de retenção pilotada de 5/8" montada em linha perde, conforme catalogo de fabricante dP = 1,10 bar.

i) Determinar a perda total e subtrair da pressão fornecida e verificar se a pressão efetiva será ou não suficiente para o sistema.

PTOTAL = P + dP = 1,58 +1,10 = 2,68 bar Pressão fornecida, P = 80 bar Pressão efetiva (PE) entre os dois pontos: PE = P - PTOTAL = 80 – 2,68 = 77,32 Bar

Conclusão:

O que podemos concluir, é que o cálculo da perda de carga no sistema hidráulico é importantíssimo, pois a partir dele, saberemos se a pressão que fornecemos ao sistema é suficiente para aquilo se propõe a fazer.

23HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

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24HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Os sistemas hidráulicos são utilizados quando não é possível empregar outro sistema como mecânico, elétrico ou pneumático.

1.4.1 Vantagens:

Dimensões reduzidas e pequeno peso com relação a potência instalada; Reversibilidade instantânea; Parada instantânea; Proteção contra sobre carga; Variação de velocidade com facilidade; Possibilidade de comando por apalpador em copiadores hidráuli- cos.

1.4.2 Desvantagens:

Seu custo é mais elevado que o elétrico e mecânico; Baixo Rendimento, devido a fatores como: A transformação da energia elétrica em mecânica e mecânica em hidráulica para, posteriormente ser transformada em mecânica novamente. Mais o atrito interno e externo nos componentes e os vazamentos.

Comparando-se com a pneumática os sistemas hidráulicos possuem um controle mais apurado na força e na velocidade, além de poderem traba- lhar com pressão bem maiores, possibilitando assim uma transmissão de po- tência maior. Perdem no custo de instalação do sistema que é bem mais caro que a pneumática.

1.5.1 Potência Hidráulica

Em um sistema hidráulico é convertida a energia mecânica (provenien- te de um motor elétrico ou térmico) em uma energia hidráulica. Então te- mos:

Potência no motor elétrico: Pel. ( Watts ) = V (Volts) . I (Ampére) Potência no acoplamento ou mecânica: Pm = M (Nm). w (1/s) Potência hidráulica: Ph = P (N/m

2). Q (m3/s)

Rendimento - Como já vimos, existem perdas por atritos, vazamen- tos e etc. Portanto nem toda energia fornecida ao sistema é transformada na aplicação desejada.

htotal da bomba =

1.5 Potência

1.4 Vantagens e Desvantagens dos Sistemas Hidráulicos

25HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Em um sistema hidráulico a função da bomba é fornecer vazão ao sis- tema, a pressão resultará de dois fatores:

CAPÍTULO2 FATORES RESULTANTES

DA PRESSÃO NUM SISTEMA

FIGURA 2.1 e 2.2: Carga sobre o atuador FONTE: SENAI SP, p.21

26HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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À medida que a torneira começa a ser fechada a pressão aumenta gradativamente, devido à dificuldade de passagem pelo estrangulamento, até atingir a pressão máxima quando ocorrerá a abertura da válvula de alívio e toda a vazão será desviada para o reservatório.

Pressão atmosférica: É o peso da coluna de ar da atmosfera em 1 cm2

de área Pressão relativa: É a pressão registrada no manômetro Pressão absoluta: É a soma da pressão manométrica com a pressão

atmosférica

Para melhor compreender as leis e o comportamento dos fluidos, de- vemos considerar as grandezas físicas e sua classificação nos sistemas de medidas, sendo adotado nesta apostila o Sistema Internacional de Medi- das, abreviadamente “SI”.

FIGURA 2.3: Restrição na tubulação FONTE: SENAI. SP, p.21

2.1 Tipos de Pressão, Unidades de Pressão e Outras Grandezas

27HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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A utilização da tabela de conversão de unidades de pressão consiste em tomar o valor do módulo da unidade conhecida na coluna e multiplicar pelo valor da unidade solicitada na linha.

CAPÍTULO3 UNIDADES

FUNDAMENTAIS DO SISTEMA INTERNACIONAL

3.1 Conversão das Principais Unidades de Pressão

TABELA 3.1: Unidades fundamentais do Sistema Internacional

TABELA 3.2: Conversão das principais unidades de pressão

28HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Exemplo: A pressão atmosférica ao nível do mar corresponde aproxi- madamente a uma coluna de água com 10,13 metros de altura.

Exemplo: 1 m³ = 35,3147 ft3

3.3 Principais Unidades de Capacidade ou Volume

3.4 Principais Unidades de Força

3.2 Unidades de Pressão mais Utilizadas em Sistemas Hidráulicos

TABELA 3.3: Unidades de pressão mais utilizadas no sistema hidáulico

TABELA 3.4: Principais unidades de capacitação ou volume

TABELA 3.5: Principais unidades de força

29HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

3.5 Principais Unidades de Vazão

TABELA 3.6: Principais unidades de vazão

30HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Os sistemas hidráulicos compõem-se das seguintes etapas:

A geração é constituída pelo reservatório, filtros, bombas, motores, acumuladores entre outros acessórios. O controle é constituído por válvulas controladoras de vazão, pressão e direcionais. No sistema de atuação en- contram-se os atuadores, que podem ser os cilindros, osciladores e motores.

4.1 Posição do reservatório

O reservatório de fluido poderá ser montado em duas posições com relação à bomba:

Se o nível de óleo é de 30 dm acima da bomba, a pressão na entrada da bomba é igual a 30dm. 0,96 Kgf/dm3 = 27 Kgf/dm2 = 0,27 Kgf/cm2, a bomba esta sendo alimentada com uma pressão positiva.

Se o nível de óleo é de 30 dm abaixo da bomba, o mecanismo da bomba gera um vácuo na sua entrada para sucçionar o óleo. O vácuo gerado é igual a 30dm. 0,96 Kgf/dm3 = 27 Kgf/dm2 = 0,27 Kgf/cm2.

CAPÍTULO4 COMPOSIÇÃO DOS

SISTEMAS HIDRÁULICOS

GERAÇÃO transmissão transmissão

CONTROLE ATUADORES

FIGURA 4.1: Posição do reservatório em relação à bomba FONTE: SENAI. SP, p.17

31HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Símbolos gráficos mais utilizados para componentes de sistemas hidrá- ulicos são:

CAPÍTULO5 SIMBOLOGIA / RESUMO

TABELA 5.1: Linhas de fluxo

TABELA 5.2: Símbolos funcionais

32HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.3: Fontes de energia

TABELA 5.4: Válvulas direcionais

TABELA 5.5: Métodos de acionamento

33HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.6: Válvulas controladoras de vazão

TABELA 5.7: Válvula de retenção

34HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.8: Válvula reguladora de pressão

TABELA 5.9: Reservatório

35HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.10: Bombas

TABELA 5.11: Motores

36HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.1: Cilindros

37HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 5.1: Instrumentos e acessórios

38HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Bombas hidráulicas são componentes utilizados para fornecer vazão ao sistema, fornecendo energia necessária ao fluido.

6.1.1 Bomba de Deslocamento Não Positivo

Nestas bombas não existe vedação entre a entrada e a saída; um pe- queno aumento da pressão reduz a vazão na saída. Exemplo: Bombas centrí- fugas que possuem fluxo radial. Existe também as que possuem fluxo axial, são constituídas por uma hélice rotativa.

6.1.2 Bomba de Deslocamento Positivo

Bomba de Engrenagens

CAPÍTULO6 BOMBAS HIDRÁULICAS

6.1 Tipos

FIGURA 6.1, 6.2 e 6.3: Bombas hidráulicas FONTE: VICKERS, 1983 p.11-1

FIGURA 6.4: Bombas de engrenagens FONTE: RACINE, 1981 p.130

39HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Princípio de Funcionamento das Bombas de Engrenagem

Com o desengrenamento das engrenagens motora e movida, o fluido é conduzido da entrada para a saída nos vãos formados pelos dentes das engrenagens e as paredes internas da carcaça da bomba; com o reengrenamento das engrenagens, o fluido é “espremido” e forçado para a saída.

Características:

Possuem construção bem simples, pois existem, normalmente, somente duas peças móveis;

São de fácil manutenção; São de vazão fixa; Preço mais baixo em relação aos outros tipos de bombas; Pressão de operação até 250 Kgf/cm²; Rendimento de 80 a 85%; Elevado ruído (reduzido nas bombas de engrenagens helicoidais); Tolerância à impurezas maior que as demais bombas.

Bomba de engrenagens internas

Bomba de Engrenagens Helicoidais

FIGURA 6.5: Bombas de engrenagens internas FONTE: RACINE, 1981 p.132

FIGURA 6.6: Bombas de engrenagens espinha de peixe FONTE: RACINE, 1981 p.131

40HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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6.1.3 Bombas de Palhetas

Características:

Construção simples, porém possui maior número de peças mó veis. (Palhetas); São de fácil manutenção; Podem ser de vazão fixa ou variável; Pressão de trabalho: até 210 kg/cm² para bombas de anel elíptico

(Balanceadas); 70 kg/cm² para bombas autocompensadoras; Rendimento 75 a 80%; Baixo ruído; Pouca tolerância às impurezas.

Tipos:

De Vazão Fixa (Balanceada)

De Vazão Variável com Compensação de Pressão

FIGURA 6.7: Bombas de vazão fixa FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.40

41HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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6.1.4 Bombas de Pistões

Características

Possuem construção muito precisa; São de difícil manutenção; Podem ser de vazão fixa ou variável (variável somente as de pis-

tões axiais); Pressão de operação até 700 Kg/cm²; São as que têm melhor rendimento que gira em torno de 95%; Baixo ruído; São as que menos toleram impurezas.

Tipos

FIGURA 6.8, 6.9 e 6.10: Bombas de vazão variável com compensação de pressão FONTE: RANCINE, 1981 p.137

FIGURA 6.11: Bombas de pistões axiais de eixo inclinado ou desalinhado FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.56

FIGURA 6.12: Bombas de pistões radiais FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.46

42HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Bombas em série - quando a bomba hidráulica tem baixo poder de sucção instala-se uma bomba auxiliar (bomba de carga) cuja função é ali- mentar a bomba principal.

Bombas em paralelo - São utilizadas em casos onde se necessita de duas velocidades em atuadores, uma rápida e outra lenta. O rápido com pouca força e o lento com grande força, se aplica também em casos de sistemas com circuitos independentes.

B1 = Bomba número 1 B2 = Bomba número 2 Q1= Baixa vazão Q2 = Alta vazão P1 = Alta pressão P2 = Baixa pressão.

Sistema com vazão Q1 + Q2, a pressão é menor que P2. Sistema com pressão maior que P2, vazão do sistema igual a Q1 até atingir a pressão P1.

6.2 Montagem e Instalação de Bombas

FIGURA 6.13: Bombas de pistões axiais de placa ou disco inclinado FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.52

FIGURA 6.14: Bombas em série

FIGURA 6.15: Bombas em paralelo

43HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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6.2.1 Cuidados na instalação de bombas

Como qualquer equipamento elétrico ou mecânico, requer uma série de cuidados para garantir uma vida útil mais longa. Para isso, devemos alinhar corretamente o motor de acionamento à bomba, tanto no sentido axial no como angular. Indicado a utilização de acoplamentos flexíveis, porque, mes- mo com instrumentos de precisão sempre haverá um pequeno desalinhamento.

O sentido de rotação e a escorva (preencher a bomba) deverá ser observado com atenção, pois se instalado com rotação contraria e sem óleo irá aquecer rapidamente, levando a inutilização da mesma.

6.2.2 Cavitação

Entende-se por cavitação a formação temporária de espaços vazios ou bolhas, devido a quedas de pressão no fluido, chegando a ponto de vapori- zação. Com aumento da pressão as bolhas desfazem-se repentinamente, implodindo e cavando material das superfícies (estalando como pipocas) que estava em contato com a bolha “Ocorre o efeito diesel”, além de interferir na lubrificação.

Quando há cavitação, as medidas a ser tomadas são:

Verificar filtros e respiro do reservatório, se não estão entupi dos. Verificar se a viscosidade é a recomenda pelo fabricante; Verificar se as dimensões das linhas estão corretas; Escorvar (preencher) a bomba com óleo no princípio do funcio namento; Se a pressão barométrica está conforme especificação do fabri cante.

6.2.3 Aeração

O fenômeno da aeração é similar ao da cavitação, inclusive seus efei- tos sobre a bomba e demais componentes do sistema.

A condição de aeração também é detectada pelo elevado ruído metá- lico.

FIGURA 6.16: Exemplo de aplicação de bombas de pistões radiais

44HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Sua causa, entretanto é distinta, ocorre em função da entrada de ar pela linha de sucção, e não em função da evaporação.

Quando há aeração, as medidas a ser tomadas são:

Verificar as ligações entre os componentes da linha de sucção se estão bem vedadas; Evitar que a bomba arraste fluido com bolhas de ar do reservató- rio (pseudocavitação), por não estar associado com a pressão de vapor.

45HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Válvulas direcionais são responsáveis pelo direcionamento do fluido. Suas características principais são:

Nº de posições: contadas a partir do nº de quadrados da simbologia.

Nº de vias: contadas a partir do nº de tomadas que a válvula possui. (em apenas uma posição).

Tipos de acionamento: Pode ser manual ou automático:

Tipo de centro: podem ser aberto ou fechado.

CAPÍTULO7 VÁLVULAS DIRECIONAIS

46HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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As vantagens do centro aberto são:

Menor desgaste da bomba; Menor aquecimento do óleo; Menor consumo de energia.

Exemplo de operação de uma válvula de carretel (Spool) deslizante:

7.1.1 Tipos Construtivos para Válvulas

As válvulas direcionais, conforme aplicação, são válvulas de assento ou de corrediça (com êmbolo ou placas deslizantes).

Na hidráulica são predominantes as de êmbolo deslizante, para pres- são até 300 bar. Porém, os êmbolos metálicos com o corpo da válvula apre- sentam uma folga de poucos microns (mm), mesmo assim, há ocorrência de vazamento interno da conexão de maior pressão para a de menor pressão.

As válvulas direcionais de assento diferem fundamentalmente das vál- vulas de êmbolo, pela sua vedação isenta de vazamentos. Na ilustração abai- xo, o elemento esférico representa uma válvula direcional de assento esféri-

FIGURA 7.1: Válvula carretel FONTE: RANCINE, 1981 p.174

7.1 Sobreposição das Válvulas Direcionais

FIGURA 7.2: Válvula direcional com êmbolo deslizante

47HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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co e o elemento cônico uma válvula direcional de assento cônico, ambas V.D 3/2 vias, que associadas representam uma V.D 4/2 vias.

Devido a uma força externa para vencer a força da mola, êmbolo su- perior estar mantendo a esfera encostada ao assento, como isto representa- do é V.D 4/2 vias, observamos que P esta para B e A estapara T. Se eliminar- mos a força externa, a força da mola afastará a esfera, conseqüentemente P passará para A e no mesmo instante pilotará o elemento cônico permitindo que B passe para T.

Sobreposição de Comando nas Válvulas Direcionais de Pistão

Conforme o tipo de êmbolo de comando, ao serem comutadas as vál- vulas para uma outra posição de comando, as conexões são fechadas ou interligadas durante um determinado tempo. Isto é denominado de sobreposição positiva ou negativa de comando.

A sobreposição positiva é onde todas as conexões fecham-se du- rante a comutação, por um pequeno tempo, formando CF, neste caso não existe perda de pressão, mas conseqüentemente existe o surgimento de golpes de comando por causa do pico de pressão.

A sobreposição negativa é quando durante a comutação todas as conexões estão interligadas durante um pequeno tempo, formando um H, neste caso não temos a formação de golpes de comando e picos de pressão, mas há queda de pressão, onde se esvazia os acumuladores de pressão e se existir cargas podem descer.

FIGURA 7.3: Válvula direcional com assento esférico

FIGURA 7.4: Sobreposição positiva FONTE: Treinamento Hidáulico, REXROTH p.97

48HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Solenóides - Nas válvulas direcionais os solenóides acionam o spool das válvulas direcionais possibilitando a passagem do fluxo.O solenóide con- siste basicamente de três elementos: a armadura, o “T” ou martelo e a bo- bina.

Quando passamos uma corrente elétrica na bobina é gerado um cam- po magnético que empurra o martelo para baixo que, por sua vez deslocará o carretel de direcional dando nova direção ao fluxo do fluído.

7.1.2 Tipos de solenóides

De corrente alternada (220V) - alta velocidade do núcleo, po- rém se este não chegar a final do curso queima-se rapidamente (1 a 1,5 hs para os imersos em óleo e 10 a 15 minutos para os secos). Há também solenóides com voltagem de 110 V. De corrente contínua (24V) - é mais lento que o anterior. Solenóide em banho de óleo - movimenta-se suavemente e deve ter preferência no caso de clima úmido ou ao ar livre.

FIGURA 7.5: Sobreposição negativa FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH p.97

FIGURA 7.6: Esquema de solenóide FONTE: RANCINE, 1981 p.177

49HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Solenóides em Eletroválvulas

7.1.3 Válvulas Direcionais Pré-Operadas (Sanduíche de Válvulas)

São válvulas de tamanho nominal grande e de elevada potência hi- dráulica (P. Q). Funciona da seguinte forma: Uma válvula pequena comanda- da por solenóides é acionada deslocando o spool o qual permite a passagem do óleo que irá para o êmbolo da válvula principal. Por esse motivo são cha- madas de válvulas de duplo acionamento ou eletro-hidráulicas.

FIGURA 7.7: Válvula de duplo acionamento FONTE: REXROTH, 1983 p.106

TABELA 7.1: Solenóides em eletroválvulas

50HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Exemplo prático:

FIGURA 7.8: Válvula direcional 4/3 vias, pré-acionadas por solenóides, acionada por pressão hidráulica, centrada por mola; de piloto e dreno interior

51HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Os registros têm como função isolar parte do circuito hidráulico. São de acionamento demorado e cansativo na grande maioria, não podendo ser usados quando a resposta a um acionamento tem que ser rápida e precisa.

Simbologia

CAPÍTULO8 REGISTROS

FIGURA 8.1, 8.2, 8.3 e 8.4: Registros FONTE: RANCINE, 1981 p.167-168

8.1 Tipos de registros

52HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Atuadores lineares são chamados de cilindros e tem como função trans- formar força, potência ou energia hidráulica em força, potência ou energia mecânica. A figura abaixo representa um cilindro de dupla ação.

Simbologia

Tem como função à frenagem ou desaceleração até a parada final, evitando o impacto no fim do curso. Este tipo de amortecimento faz parte dos cilindros que não podem ter impactos ao chegar no fim de curso, princi- palmente quando trabalha com velocidades elevadas, estes efeitos normal- mente são prejudiciais ao sistema.

CAPÍTULO9 ATUADORES LINEARES

FIGURA 9.1: Componentes do cilindro FONTE: RANCINE, 1981 p.73

9.1 Amortecimento do Fim de Curso nos Cilindros Hidráulicos

53HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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O amortecimento consiste de coxins junto ao êmbolo, que ao chega- rem próximo do fim do curso encontrarão uma câmara reduzida, associado a uma válvula de estrangulamento para a regulagem, e mais uma válvula de retenção para facilitar o arranque do cilindro, conforme figura abaixo:

Além das vedações estáticas entre as partes firmes ligadas, necessita- se, no cilindro hidráulico, gaxetas dinâmicas entre as peças móveis, que de- vem ter boa vedação entre as partes, boa resistência ao desgaste e pouco atrito.

Para selecionar a vedação dos elementos devemos verificar a compati- bilidade com o fluido, a relação de pressão, o tipo de aplicação e a constru- ção dos componentes.

Juntas – Juntas são dispositivos para vedar superfícies planas. Os pro- jetos mais antigos de flanges e válvulas montadas em sub-placas usam esse tipo de vedação. Atualmente os equipamentos hidráulicos usam com mais freqüência os anéis “O’ring” retentores torneados ou gaxetas de compres- são. Os principais tipos de vedação para cilindros são:

Anéis de segmento - Este tipo de vedação também é comumente encontrado nos pistões dos motores a explosão. É excelente para a garantia de uma vida longa e aplicações de cargas instantâneas. Este tipo de vedação apresenta um bom rendimento, devido o baixo atrito, prin- cipalmente em cilindros que trabalham com altas velocidades e grandes pres- sões, conforme figura abaixo

FIGURA 9.2 e 9.3: Amortecimento FONTE: RANCINE, 1981 p.116

9.2 Vedações para Cilindros e Demais Componentes

54HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Anéis em V - São usados em grupos de 2,4 ou 6 anéis, de acordo com a pressão de trabalho. Em cilindros de dupla ação, são utilizados um jogo de cada lado do pistão. Para se determinar o número de anéis a ser utilizado, a regra é que para cada 45 bar, coloca-se um anel, levando em conta, sem- pre um número mínimo de dois anéis.

Anéis Tipo Copo - Este tipo de vedação trabalha em faixa de pressão baixa, portanto mais usados em cilindros pneumáticos. Provavelmente, foi um dos primeiros a ser utilizados.

Anéis do Tipo O (“O” Ring) - É sistema de vedação simples, efetuada com um anel de borracha. Porém, com atrito elevado e causa da- nos ao anel quando submetido à pressão, é possível melhorar utilizando-se do sistema de Back up que consiste na colocação de dois anéis limitadores de teflon ou material similar, que evitam danos ao anel.

Anéis U e Block V - Os anéis U são mais econômicos em relação ao tipo lábio de dupla ação. São originalmente de borracha e de fácil reposi- ção, não necessitam de qualquer adaptador. Para sistemas que trabalham com pressões elevadas, recomenda-se a utilização dos anéis Block em V para obter um melhor rendimento.

Anéis Tipo Lábio de Dupla Ação – O anel de borracha sintética é colocada ao pistão e cargas laterais são evitadas pela adição de um prato guia. Tem funcionamento semelhante a anel tipo copo, trabalha em sistemas de baixa pressão.

FIGURA 9.4: Anéis tipo “copo” FONTE: RANCINE, 1981 p.79-81

FIGURA 9.5: Anéis tipo O FONTE: RANCINE, 1981 p.79

FIGURA 9.6: Anéis tipo lábio de dupla ação FONTE: RANCINE, 1981 p.80-1

55HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Os atuadores rotativos têm como função transformar energia hidráuli- ca em energia mecânica rotativa e apresentam construção semelhante à das bombas. Classificam-se em:

a) Motor hidráulico

Simbologia

Os motores hidráulicos assim como as bombas possuem um limite para o volume de admissão (fluxo) máximo, bem como de uma pressão máxima de trabalho.

Os componentes internos do motor trabalham submersos em óleo que

CAPÍTULO10 ATUADORES ROTATIVOS

FIGURA 10.1: Comparação entre uma bomba e um motor de engrenagem FONTE: RANCINE, 1981 p.204

56HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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é continuamente retirado por um dreno cujas funções são:

Lubrificar; Refrigerar; Impedir a entrada de ar.

b) Motores oscilantes ou osciladores

São usados para transmitir movimento rotativo alternado com ângulo de rotação limitado.

Tipos

Pinhão Cremadeira

Motores Oscilantes ou Osciladores: São para transmitir movimento rotativo alternado co ângulo de rotação limi- tado

FIGURA 10.2: Pinhão cremadeira FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.77

FIGURA 10.3: Motores oscilantes ou osciladores FONTE: RACINE, 1981 p.219

57HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Oscilador com Cilíndro

Oscilador com Rosca Sem-Fim

Oscilador de Palheta

Simbologia

FIGURA 10.4: Osciladores com cilíndro FONTE: RACINE, 1981 p.220

FIGURA 10.5: Osciladores com rosca sem-fim FONTE: RACINE, 1981 p.220

FIGURA 10.6: Osciladores de palheta FONTE: RACINE, 1981 p.219

58HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

São também chamadas válvula de retenção e bloqueiam a passagem do fluxo num sentido permitindo fluxo reverso livre.

Tipos

Válvula de Retenção Simples

Válvula de Retenção Pilotada Geminada

Válvula de Retenção Pilotada

CAPÍTULO11 VÁLVULA DE BLOQUEIO

FIGURA 11.1: Válvula de retenção simples FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.81

FIGURA 11.2: Válvula de retenção pilotada geminada FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.81

FIGURA 11.3: Válvula de retenção pilotada FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.83

59HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Quando um sistema requer cilindro de grandes dimensões usa-se vál- vula de preenchimento ou de sucção o que possibilita grandes vantagens ao sistema, sendo a principal, a maior velocidade à máquina.

11.1 Válvula de pré-enchimento ou de sucção

FIGURA 11.4: Válvula de preenchimento ou de sucção FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.86

60HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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São recipientes onde o óleo é armazenado. Suas principais funções são:

Armazenar o fluido até que seja succionado pela bomba; Auxiliar na dissipação do calor; Permitir o assentamento das impurezas insolúveis.

Como regra geral o reservatório deve conter de duas a três vezes a vazão da bomba, isto é, deve garantir o fornecimento de óleo para a bomba por mais dois a três minutos mesmo que ocorra o rompimento da tubulação de saída da mesma.

Os reservatórios podem ser:

Aberto: quando a pressão no interior do mesmo for igual a pres- são atmosférica; Pressurizado: quando a pressão no interior do mesmo for maior que a pressão atmosférica.

CAPÍTULO12 RESERVATÓRIO

12.1 Componentes do Reservatório

FIGURA 12.1: Componentes do reservatório FONTE: RANCINE, 1994 - 9a Edição, p.64

61HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Simbologia

Para o perfeito funcionamento do sistema hidráulico é importante a observação do posicionamento das linhas de sucção e retorno.

h = 1,5 x o diâmetro da sucção para evitar que o filtro fique exposto à parte livre do interior do reservatório quando em funcionamento.

h1 = no mínimo 75mm acima do fundo do reservatório para evitar a sucção de impurezas depositadas no mesmo.

A linha de retorno deve ficar aproximadamente no ponto médio do nível do fluido. Caso termine acima do nível causará a formação de espuma e se montado muito próximo do fundo poderá remexer as impurezas ali depo- sitadas.

Quando as linhas não possuírem filtros nas extremidades, devem ser cortadas a 45º e montadas para a parede do reservatório facilitando o fluxo normal do fluido.

Bocal de enchimento com filtro: Tem a finalidade de impedir a en- trada de impurezas quando da alimentação de fluido e durante a operação, pois o nível de fluido diminui e ocorre a entrada de ar no reservatório.

12.2 Montagem das Linhas

FIGURA 12.2: Altura para montagem da linha de sucção FONTE: RANCINE, 1994 - 9a Edição, p.60

FIGURA 12.3: Bocal de enchimento com filtro FONTE: REXROTH, p.166

62HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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São paredes (verticais ou horizontais) montadas no interior do reserva- tório cujas funções são:

Evitar turbulência do fluido no tanque; Permitir o assentamento de materiais insolúveis; Auxiliar na dissipação de calor.

Tipos

Chicana horizontal: usada em reservatórios de altura limitada para evitar a entrada de ar na bomba através do redemoinho (vórtice) que se forma quando a bomba entra em funcionamento.

Chicana vertical: usada em reservatórios de maior profundidade. Note que o percurso percorrido pelo óleo no interior do reservatório seria bem menor se não houvesse as chicanas.

Magnetos: são ímãs estrategicamente posicionados nas paredes do reservatório para retirar do fluido as partículas metálicas.

Respiros: são necessários para permitir a entrada de ar da atmosfera mantendo a pressão interna nos reservatórios abertos.

12.3 Chicanas

FIGURA 12.4: Chicana horizontal FONTE: RACINE, 1994 - 9a Edição, p.61

FIGURA 12.5: Chicana vertical FONTE: RACINE, 1994 - 9a Edição, p.62

63HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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O fluido hidráulico é o elemento mais importante na durabilidade dos componentes dos sistemas hidráulicos uma vez que ele circula por todo o sistema contaminando-o e atingindo a todos os pontos do mesmo. Um bom fluido hidráulico, com uma filtragem bem apurada contribuirá sobremaneira para o aumento na vida útil dos componentes.

As principais funções dos fluidos hidráulicos são:

Transmitir energia: a energia sofre diversas transformações até ser transformada em energia hidráulica que será transmitida pelo fluido e nova- mente transformada em energia mecânica através da realização de trabalho.

CAPÍTULO13 FLUIDOS HIDRÁULICOS

FIGURA 13.1: Fluido hidráulico transmitindo energia FONTE: VICKERS, 1980 - 6a Edição, p.1-123

64HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Lubrificar e vedar partes móveis: o fluido deve possuir a caracterís- ticas de ser bom lubrificante, pois os componentes dinâmicos necessitam ser lubrificados durante o funcionamento.

Resfriar ou dissipar calor: através do fluido, o calor é conduzido às paredes do reservatório e destas, para a atmosfera.

Óleos minerais - São os fluidos hidráulicos derivados do petróleo; em- bora o petróleo não seja um minério são chamados de minerais para diferenciá- los dos óleos vegetais e demais óleos industriais.

Óleos sintéticos - São óleos produzidos para atender a determinadas condições e especificações as quais os óleos minerais não atendem.

Fluidos resistentes ao fogo - São combinações de óleo mais água de modo que não propaguem fogo em caso de incêndio; não significa dizer que não queimem e sim que não dispersam o fogo em sua superfície como ocor- re com os óleos lubrificantes.

FIGURA 13.2: Fluido hidráulico como lubrificante das partes móveis FONTE: VICKERS, 1994 - 12a Edição, p.3-1

FIGURA 13.3: A troca de calor através do fluido hidráulico FONTE: VICKERS, 1994 - 12a Edição, p.3-2

13.1 Principais Fluidos Hidráulicos

65HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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A compressibilidade dos fluidos hidráulicos em geral é de 0,5% na pressão de 70 Kgf/cm². Para sua utilização há necessidade de ficar atento quanto a:

Nunca se deve misturar dois fluidos de fabricantes diferentes, pois os aditivos podem reagir entre si deteriorando o óleo e en- velhecendo-o precocemente; A limpeza do sistema deve ser bem feita, pois testes precisos revelaram que 10% do óleo “velho” deixado no interior do sis- tema reduz 70% das qualidades do óleo novo; Não utilizar método de somente completar o nível; Quando o fluido hidráulico ficar parado pelo período aproximado de dois meses após ter sido usado convém substituí-lo; O tipo de óleo bem como o período da troca são recomendados pelo fabricante; Para determinar precisamente as condições de um fluido (grau de oxidação e quantidade de contaminantes) devem ser realiza dos testes de laboratórios; Existem formas de se fazer um controle rotineiro na própria má- quina durante a operação; isto tem permitido a prorrogação da data da troca. Alguns fabricantes prestam esse tipo de serviço; Guarde o óleo sempre em recipientes limpos e protegidos con- tra as intempéries; Mantenha as tampas dos recipientes hermeticamente fechadas.

13.1.1 Propriedades do Fluido

Viscosidade

Viscosidade é a resistência do fluido a escoar, ou seja, uma medida inversa da fluidez.

Se um fluido escoa facilmente, sua viscosidade é baixa. Pode-se dizer que o fluido é fino ou pouco encorpado.

Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade, é grosso ou muito encorpado, por isso é importância o controle de sua viscosidade.

13.1.2 Importância do Controle da Viscosidade

A viscosidade para os equipamentos hidráulicos é de importância fun- damental:

Para qualquer máquina hidráulica, a viscosidade efetiva do fluido deve ser um compromisso. É desejável uma alta viscosidade para manter a vedação entre superfícies justapostas.

Entretanto, uma viscosidade muito alta aumenta o atrito, resultando no seguinte:

Alta resistência ao fluxo; Aumento do consumo de energia devido a perdas por atrito; Aumento da temperatura causada pelo atrito;

66HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Maior queda de pressão devido à resistência (aumento da perda de carga). Possibilidade de operação vagarosa (velocidade reduzida); Dificuldade da separação do ar do óleo.

Se a viscosidade for baixa demais:

Os vazamentos internos aumentam; Gasto excessivo ou talvez engripamento, sob carga pesada, de vido à decomposição película de óleo entre as peças móveis; Pode reduzir o rendimento da bomba, com uma operação mais lenta do atuador; Aumento de temperatura devido a perdas por vazamentos.

13.1.3 Métodos para definição da viscosidade

Alguns métodos para definir a viscosidade em ordem de exatidão de- crescente são: Viscosidade Absoluta (Poise); Viscosidade cinemática em centistokes; viscosidade relativa em S.U.S e SAE.

Viscosidade relativa S.U.S.

Para efeito prático, na maioria dos casos a viscosidade relativa já é su- ficiente. Determina-se a viscosidade relativa cronometrando-se o escoamento de uma dada quantidade de fluido, através de um orifício calibrado, a uma determinada temperatura.

Há vários métodos em uso. O método, mas aceito é o do Viscosímetro de Saybolt, que mede o tempo em que determinada quantidade de líquido escoa através de um orifício. A viscosidade em Saybolt Universal Seconds (SUS) é igual ao tempo gasto (em segundos) para este escoamento.

Obviamente, um líquido espesso escoará mais lentamente, e a viscosi- dade SUS será mais alta do que para um líquido fino, que escoará mais rápi- do.

Como o óleo é mais espesso a baixa temperatura e mais fino quando aquecido, a viscosidade deve ser representada como tantos SUS naquela temperatura.

Geralmente, os testes são feitos a 100ºF (37,5ºC) e 212ºF (100ºC). Para as aplicações industriais, as viscosidade de óleo hidráulico geral-

mente estão na vizinhança de 150 SUS a 100ºF (37,5ºC). É uma regra geral que a viscosidade dos fluidos hidráulicos nunca deve estar abaixo de 45 SUS ou acima de 4.000 SUS, independentemente da temperatura. Onde se en- contram temperaturas extremas, o fluido deve ter um alto índice de viscosi- dade (IV).

67HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Número SAE

Os números SAE foram estabelecidos pela Sociedade Americana dos Engenheiros Automotivos para especificar as faixas de viscosidade SUS do óleo às temperaturas de testes SAE. Os números de inverno (5W, 10W, 20W) são determinados pelos testes a 0ºF (-17ºC). Os números para óleo de verão (20, 30, 40, 50, etc.) designam a faixa SUS a 212ºF (100ºC).

Viscosidade ISO VG

O sistema ISO estabelece o número médio para uma determinada fai- xa de viscosidade cinemática (cSt) a temperatura de 40° C.

Outra unidade de viscosidade usada em alguns países é o grau Engler (°E). Existem ainda outras unidades, porém não vemos como necessário es- tudarmos no nosso contexto.

Usando a tabela seguinte podemos converter um valor qualquer de unidade de viscosidade em outra unidade bastando para isto usar uma régua trabalhando com a mesma na horizontal e fazendo a leitura nas diferentes escalas.

FIGURA 13.4: Viscosímetro de Saybolt FONTE: RACINE, 1994 - 9a Edição, p.51

68HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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TABELA 13.1: Tabela de conversão de viscosidade

69HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Índice de Viscosidade – IV

O índice de viscosidade é uma medida relativa da mudança de viscosi- dade de um fluido como conseqüência das variações de temperatura.

Um fluido que tem uma viscosidade relativamente estável a tempera- turas extremas, tem um alto índice de viscosidade (IV). Um fluido que é espesso quando frio e fino quando quente, tem um baixo IV.

A tabela abaixo mostra uma comparação entre um fluido de IV 50 e um de IV 90.

Compare essas viscosidades efetivas em 3 temperaturas:

A 37°C as viscosidades são iguais; 100°C as viscosidades são aproxi- madas, porém a -17°C elas são bem diferenciadas. O óleo com IV mais alto sofre menor alteração na viscosidade.

TABELA 13.2: Comparação entre dois índices de viscosidade diferentes

70HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Tem a função de reter as partículas insolúveis do fluido. Os filtros, bem como os elementos filtrantes podem ser de diversos tipos e modelos.

É recomendável que o filtro seja dimensionado para permitir a passa- gem do triplo da vazão do sistema.

Se um determinado filtro comercial não suporta a vazão máxima de um sistema pode-se montar dois ou mais deles em paralelo.

Filtro de sucção: Chamamos assim para os filtros montados entre o reservatório e a bomba. (A algum tempo atrás se usava filtros de 130/150 mm, hoje o padrão já é de 60mm para filtragem na sucção e a tendência é reduzir ainda mais.).

Filtro de pressão: São os filtros montados antes de alguns compo- nentes que requeiram um grau de filtragem mais apurado como: servo-vál- vulas, motores de pistões axiais, válvulas proporcionais, entre outros. (01 a 10 mm).

CAPÍTULO14 FILTROS

14.1 Tipos de Filtros Quanto à Posição de Montagem

FIGURA 14.1: Filtro de sucção FONTE: REXROTH, p.164

FIGURA 14.2: Filtro de pressão FONTE: REXROTH, p.165

71HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Filtro de retorno: são os filtros montados na linha de retorno do flui- do para o reservatório.(20 a 40 mm).

Filtro com indicadores de impurezas: São filtros que possuem um sistema de visualização de modo a facilitarem a manutenção; uma vez saturado o elemento filtrante os técnicos visualizam facilmente essa saturação.

A medida que o fluido passa pelo filtro e as impurezas vão se acumu- lando no elemento filtrante, a dificuldade de passagem faz a pressão na linha aumentar e isso causa o deslocamento do êmbolo; a extremidade do êmbolo está ligada a um dispositivo colorido que mostra, dependendo da condição do elemento filtrante, uma determinada cor no visor do mesmo.

FIGURA 14.3: Filtro de retorno FONTE: REXROTH, p.165

FIGURA 14.4: Filtro de retorno com indicador óptico (mecânico) de saturação

FIGURA 14.5: Filtro de retorno com indicador eletro-óptico de saturação

72HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Semelhante ao anterior, porém, aqui o deslocamento do êmbolo irá acionar um contato elétrico que emitirá um sinal de comando podendo, por exemplo, acender uma lâmpada ciclicamente ou acionar um dispositivo so- noro.

A válvula de retenção que aparece montada ao lado do filtro (monta- gem em by pass) tem a função de permitir a passagem do fluido quando ocorrer à saturação do elemento filtrante. É importante que se observe à pressão de abertura dessa retenção para cada tipo de filtro. Esse dado é fornecido em catálogos de fabricantes. O by pass normalmente acompanha o elemento filtrante.

Pela posição de montagem da válvula de retenção em by pass identifi- ca-se facilmente o tipo de filtro.

14.1.1 Materiais dos Elementos Filtrantes

Os materiais mais comumente utilizados na fabricação de elementos filtrantes são:

Tela metálica – Feita de aço inoxidável; Papel - Os filtros de papel filtram bem, porém não podem ser lavados; Fibra metálica – Apresenta algumas vantagens como segue: Boa capacidade de absorção; Longa vida útil; Independente da temperatura; Admite grande diferença de pressão.

A figura seguinte mostra alguns tipos de elementos filtrantes.

Elementos filtrantes de diversos materiais, como, da esquerda para a direita: tela metálica, papel, fibra metálica.

FIGURA 14.6: Exemplos de materiais filtrantes FONTE: REXROTH, p.164

73HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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As válvulas controladoras de vazão são utilizadas para influenciar na velocidade de movimento dos atuadores, variando-se a área da seção trans- versal de passagem do fluido. A área do orifício e o elemento controlável são responsáveis pelo controle, mas existem outros fatores que afetam o con- trole da velocidade, como o diferencial de pressão e a viscosidade do fluido, portanto, estes fatores merecem cuidados quando o movimento exigido for de precisão. Seus principais tipos são:

Válvulas controladoras de vazão sem compensação de pres são - Este tipo é o mais simples que existe para controle de vazão, conheci- das como redutoras de vazão, podem ser comparadas a uma torneira co- mum, pois controlam restringindo ou aumentando a passagem do fluido em seu interior. Com a mesma secção transversal varia a vazão em função da alteração da pressão no local do estrangulamento.

Os elementos controladores e assento variam na sua forma de projeto para projeto como podemos verificar:

Estas válvulas controlam nos dois sentidos, sendo válvulas de controle bidirecionais, mas se acrescentarmos uma retenção em paralelo passam a ser válvulas de controle unidirecional, um único sentido.

Válvula controladora bidirecional e tipos de elementos con- troladores

CAPÍTULO15 VÁLVULAS

CONTROLADORAS DE VAZÃO (FLUXO)

FIGURA 15.1: Orifícios para regulagem de vazão FONTE: RACINE, 1981 p.190

FIGURA 15.2: Válvulas reguladoras de vazão bidirecional FONTE: SENAI - CTAI

74HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Válvulas redutoras de vazão com retenção (controle unidire- cional)

Válvula controladora de vazão com compensação de pres- são

Com a mesma seção do estrangulamento a vazão permanece cons- tante, independente da diferença de pressão na válvula controladora de va- zão. Estas válvulas são utilizadas em sistemas hidráulicos que necessitam de controle rigoroso da velocidade nos atuadores.

A vazão em uma seção de estrangulamento para um fluxo laminar é calculada de acordo com a seguinte equação:

Onde: Q = Vazão; A = Área da seção do estrangulamento; P = Perda de pressão (Diferença de pressão entre A e B) = Coeficiente de fluxo; = Densidade do fluido; = Coeficiente de resistência (atrito); L = Comprimento do estrangulamento; = Viscosidade; V = Velocidade do fluxo;

dH = Diâmetro hidráulico = , onde U é o perímetro da seção.

FIGURA 15.3: Válvula reguladora de vazão unidirecional FONTE: RACINE, 1981 p.191

FIGURA 15.4: Válvulas reguladoras de vazão unidirecional, montagem em bloco e em linha FONTE: RACINE, 1977 p.191

75HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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O valor para o coeficiente de fluxo (j) depende da configuração do estrangulamento; para cálculo podemos tomar entre 0,6 a 0,9.

Obs: Para a utilização prática no nosso caso, é importante saber que a vazão é proporcional a diferença de pressão, pois a pressão é a energia pro- pulsora.

Válvulas reguladoras de fluxo de 2 vias - Estas válvulas pos- suem um estrangulamento (redutora de fluxo), um êmbolo compensador mais uma mola calibrada para manter um diferencial de pressão (DP) cons- tante no estrangulamento. Estas válvulas para perfeitamente para trabalha- rem perfeitamente necessitam de uma pressão mínima de trabalho.

Explicações e provas matemáticas de como o balanceamento da pres- são compensa as flutuações de pressões e mantém constante a vazão, estas flutuações podem ocorrer na entrada P1 e na saída P3:

Na construção tipo “A”, pelo lado direito a pressão P1, atua sobre a área do êmbolo A1, o produto da pressão e da área resulta numa força F1. Do lado esquerdo a pressão P2, atua sobre a outra área do êmbolo A2, resultan- do uma força, que somado a força da mola calibrada Fm, que é praticamente

FIGURA 15.5: Construção tipo “A” estreitamento antes do compensador FONTE: SENAI - CTAI

FIGURA 15.6: Construção tipo “B” estreitamento depois do compensador FONTE: SENAI - CTAI

76HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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constante devido ao seu pequeno curso, originam a força F2.

As forças atuantes sobre o êmbolo de regulagem, devem estar em equilíbrio.

F1 = F2

P1 . A1 = P2. A2 + Fm

Como a Fm e A1 são constantes, a diferença P1 e P2 devem ser constan- te.

P1 - P2 = DP = constante.

Quando há flutuação da pressão na saída, no caso, aumento da pressão P3, instantaneamente há um aumento de P2, aumentando a força F2 que desloca o êmbolo para aumentar o orifício do estrangulamento entre P2 e P3. No caso de queda de pressão P3, instantaneamente reduz P2 que por conseqüência reduz a força F2, havendo deslocamento do êmbolo que reduz o orifício do estrangulamento.

Quando há flutuação da pressão na entrada, no caso, aumento de pressão P1, a forca F1 aumenta, provocando o deslocamento do êmbolo reduzido o estrangulamento. Com a queda de P1, ocorre o inverso.

Na construção tipo “B”, o líquido sob pressão P1, passa pelo estran- gulamento formado pelo êmbolo compensador, passando pelo estrangula- mento da agulha, no qual passa a vazão ajustada. A mola e o êmbolo consti- tuem um balanceamento de pressão, que mantém constante a vazão inde- pendente das respectivas pressões de entrada e de saída.

Quando há flutuação da pressão na saída, no caso, aumento da pressão P3, instantaneamente há um aumento da força F2 que desloca o êmbolo para aumentar o orifício do estrangulamento entre P1 e P2. No caso de queda de pressão P3, instantaneamente reduz F2, provocando desloca- mento do êmbolo reduzindo o orifício do estrangulamento entre P1 e P2;

Quando há flutuação da pressão na entrada, no caso, aumento de pressão P1, aumenta também P2 que conseqüentemente aumenta forca F2, provocando o deslocamento do êmbolo reduzido o estrangulamento en- tre P1 e P2. Com a queda de P1, ocorre o inverso.

É conhecido o fato de que a variação da temperatura no fluido influen- cia na viscosidade e conseqüentemente na vazão, para as válvulas controladoras de vazão compensarem este diferencial de vazão, devido à viscosidade, utiliza-se sistemas compensadores de temperatura, um deles é o princípio do canto vivo ou sharp-edge, experimentalmente demonstrou-se eficiente, quando observado a relação entre o comprimento do orifício e o seu diâmetro menor que 1.

77HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Existem também outras maneiras de compensar a temperatura, apro- veitando a diferença de dilatação térmica de certos metais.

Para controlar a velocidade dos atuadores existem três maneiras dis- tintas de se utilizar uma válvula controladora de vazão. Elas podem ser mon- tadas na entrada, na saída ou em desvio tipo sangria.

Na Entrada é quando controlamos, através de uma válvula regu- ladora de fluxo, o fluido que entra no atuador. Este método é utilizado quando a carga resiste ao movimento do atuador;

Pela Saída é quando controlamos, através de uma válvula de re- guladora de fluxo, o fluido que sai do atuador. Este método é utilizado quando a carga tende a fugir do atuador, é recomen- dado também para os casos onde existem vazios durante o mo- vimento e não se deseja a interferência no funcionamento de válvulas de seqüência e pressostatos;

Dois métodos estudados podem também ter a válvula montada antes da direcional, com isto teremos o controle do fluxo nos dois sentidos e não de forma independente.

Em Desvio é quando controlamos a velocidade do atuador, atra- vés de uma válvula reguladora de fluxo, colocando parte do flu- xo para tanque. Este método é utilizado onde a carga é constan- te.

15.1 Controlar Velocidade dos Atuadores

FIGURA 15.7: Método de controle de fluxo: na entrada, na saída e em desvio

78HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

15.1.1 Exemplo de Circuito Hidráulico Industrial com Duas Velocidades de Avanço

15.1.2 Exemplo de Circuito Hidráulico Industrial com Três Velocidades de Avanço

FIGURA 15.8: Exemplo de circuito com duas velocidades de avanços rápido e lento

FIGURA 15.9: Exemplo de circuito com três velocidades de avanço

79HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

As válvulas reguladoras de pressão controlam a pressão do sistema. A maioria é de posicionamento infinito, ou seja, pode assumir diversas posi- ções desde totalmente aberta até totalmente fechada.

Podem ser:

Válvula de alívio ou limitadoras de pressão (segurança); Válvula de descarga; Válvula de seqüência; Válvula redutora de pressão; Válvula de contrabalanço, entre outras.

A pressão de trabalho age contra um elemento de vedação (POPPET) que é mantido pressionado contra a sede por meio de uma mola.

Quando a pressão de trabalho for maior do que a força da mola o poppet se afasta da sede deslocando o excesso de vazão que ocasiona a elevação da pressão ao tanque.

CAPÍTULO16 VÁLVULAS

REGULADORAS DE PRESSÃO

16.1 Princípio Básico de Funcionamento das Válvulas Reguladoras de Pressão

FIGURA 16.1: Princípio de funcionamento das válvulas reguladoras de pressão FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.113

80HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Válvula de alívio - regula a pressão máxima do sistema. Pode ser de ação direta ou indireta.

Válvula de descarga - descarrega o sistema numa pressão menor que válvula de alívio

FIGURA 16.2: Válvula de alívio FONTE: RACINE, 1981 p.153

FIGURA 16.3: Válvula de descarga FONTE: RACINE, 1981 p.153

81HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

Circuito com bombas em paralelo, com aplicação de válvula de alívio e válvula de descarga.

Exemplo de aplicação de uma bomba de pistões radiais

Válvulas de seqüência - São usadas no sistema para determinar uma seqüência de movimentos entre dois atuadores.

Simbologia

FIGURA 16.4: Exemplo de circuito com duas velocidades, utilizando duas bombas em para- lelo

FIGURA 16.5: Exemplo de circuito utilizando bombas de pistões radiais

82HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

16.1.1 Válvula de seqüência de ação direta

Circuito Hidráulico Seqüêncial

Circuito Regenerativo Seqüêncial

FIGURA 16.6: Princípio de funcionamento da válvula de seqüência FONTE: Treinamento Hidráulico, REXROTH, p.118

FIGURA 16.7: Cicuito hidráulico seqüêncial

FIGURA 16.8: Circuito regenerativo seqüêncial

83HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

16.1.2 Válvula Redutora de Pressão

Tem como função reduzir a pressão em determinadas partes do circui- to.

Símbolo – Válvula Redutora de Pressão com Retenção Integral

16.1.3 Válvula Redutora de Pressão de Operação Direta

FIGURA 16.9: Válvula redutora de pressão FONTE: RANCINE, 1977 p.173

FIGURA 16.10: Válvula redutora de pressão de operação direta FONTE: Treinamento hidráulico, REXROTH p.122

84HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Fazer a ventagem de um sistema hidráulico é despressurizá-lo por meio de uma conexão ligada na câmara de ventagem da válvula de alívio.

Símbolo

É possível ainda conectar esta conexão à outra válvula de alívio a fim de se controlar a pressão remotamente.

Exemplo de ventagem e controle remoto

16.2 Ventagem e Controle Remoto

FIGURA 16.11: Válvula reguladora de pressão com válvula para ventagem acoplada FONTE: RACINE p.117

FIGURA 16.12: Controle de pressão remoto. Posição central da válvula direcional

85HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Com os solenóides a e b desativados temos a ventagem do sistema

Acionando-se o solenóide “b”, a pressão do sistema será controlada remotamente através da válvula E.

Ativando-se o solenóide “a”, a pressão do sistema será controlada atra- vés da válvula C.

FIGURA 16.13: Controle de pressão remoto, solenóide “b” energizado

FIGURA 16.14: Controle de pressão remoto, solenóide “a” energizado.

86HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

É um elemento versátil, pois pode ser usado como:

Válvula direcional; Válvula reguladora de vazão; Válvula de retenção simples ou pilotada; Válvula reguladora de pressão; entre outras funções combina-

das.

Características

Não apresenta vazamentos; Possui rapidez nas respostas; Pode trabalhar lentamente; Possui comandos suaves; É versátil; Possui vários tamanhos.

CAPÍTULO17 ELEMENTO LÓGICO

FIGURA 17.1: Príncipio de funcionamento do elemento lógico FONTE: Treinamento hidráulico, REXROTH, p.87

87HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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17.1 Alguns Exemplos de Aplicação

FIGURA 17.2: Retenção de A para B

FIGURA 17.3: Retenção de B para A

FIGURA 17.4: Possibilidade de comando por B

88HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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FIGURA 17.5: Possibilidade de comando por A

FIGURA 17.6: Possibilidade de comando por A e B

FIGURA 17.7: Válvula de retenção pilotada

89HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Limitando-se a elevação do cone principal o elemento lógico passa a exercer a função de uma válvula reguladora de vazão.

FIGURA 17.8: Integração entre válvula direcional e válvula de retenção

FIGURA 17.9: Retenção em uma direção e controle de fluxo no sentido contrário

90HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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FIGURA 17.11: Dupla retenção

FIGURA 17.12: Válvula limitadora de pressão

FIGURA 17.10: Integração entre válvula direcional e reguladora de vazão

91HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Exemplo de aplicação de elementos lógico.

Seqüência de funcionamento elétrico:

Posição de repouso: S1, S2 e S3 desligados. Avanço: S2 e S3 ligados Retorno: S1 e S3 ligados.

FIGURA 17.13: Exemplo de circuito com aplicação de elementos lógicos

92HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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São dispositivos utilizados para refrigerar óleo com objetivo de manter sua viscosidade constante. Refrigeram o sistema hidráulico. Seus principais tipos são:

CAPÍTULO18 TROCADOR DE CALOR

18.1 Trocador de Calor a Ar

FIGURA 18.1: Trocador de calor a ar FONTE: RACINE, 1981 p.260

18.2 Trocador de Calor a Água

FIGURA 18.2: Trocador de calor a água FONTE: RACINE, 1981 p.262

93HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Os acumuladores armazenam certo volume de fluido sob pressão para fornecê-lo ao sistema quando necessário.

Podem cumprir ainda as seguintes funções:

Como equipamento auxiliar de emergência; Como amortecedor de pancadas hidráulicas; Para aumentar a velocidade de um atuador; entre outras.

Tipos

De peso, de mola, de pistão, de membrana e de bexiga.

Simbologia

CAPÍTULO19 ACUMULADORES

FIGURA 19.1: Tipos construtivos de acumuladores FONTE: Treinamento hidráulico, REXROTH, p.260

94HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Destes acumuladores, os de peso e de mola são pouco aplicáveis na indústria, os mais aplicáveis são os que utilizam o gás nitrogênio. O nitrogê- nio é utilizado, devido as suas características de estabilidade com relação a pressão, ser inerte, não oferecer perigo de explosão e não atacar os diversos tipos de elastômeros.

Quando há necessidade de acumular grandes quantidades de óleo 15 a 80 litros, utilizam-se acumuladores de êmbolo. O êmbolo móvel que se desloca livremente ao logo da camisa, é o elemento que separa que separa o óleo do gás nitrogênio.

Para volumes menores de 1 a 30 litros, utilizam-se acumuladores flexí- veis ou elásticos de bexiga e a energia é acumulada pelo gás nitrogênio den- tro da mesma. A bexiga é um balão de borracha, colocado no interior de um recipiente de aço com formato cilíndrico e extremidades arredondadas. Es- tes acumuladores se caracterizam por possuírem estanqueidade absoluta, resposta rápida e praticamente se inércia.

Ciclo de trabalho de um acumulador de membrana.

19.1 Comentário sobre Acumuladores

FIGURA 19.2: Seqüência de funcionamento de um acumulador de membrana FONTE: RACINE, 1981, p.227

95HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Ciclo de trabalho de um acumulador de bexiga

Exemplo de circuito com aplicação de acumulador hidráulico.

FIGURA 19.3: Seqüência de funcionamento de um acumulador de bexiga FONTE: RACINE, 1981, p.228

FIGURA 19.4: Circuito hidráulico industrial com aplicação de acumulador de bexiga FONTE: RACINE, 1981, p. 288

96HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Os intensificadores de pressão (Boosters), são dispositivos que con- vertem fluido à baixa pressão em fluido à alta pressão, isto é, intensificam a pressão de um sistema hidráulico.

CAPÍTULO20 INTENSIFICADORES DE

PRESSÃO - “BOOSTERS”

FIGURA 20.1: Princípio de funcionamento do multiplicador hidráulico FONTE: RACINE, 1981, p. 289

97HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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São acessórios usados para avaliar o rendimento dos sistemas hidráuli- cos (pressão, temperatura vácuo e vazão; entre outros). Os principais instru- mentos empregados na hidráulica são:

Manômetro de Bourdon - pode ser a seco ou em banho de glicerina para amortecer as vibrações e lubrificar o manômetro aumentando sua vida útil.

CAPÍTULO21 INSTRUMENTOS DE

MEDIÇÃO

FIGURA 21.1: Princípio de funcionamento do manômentro de Bourbon FONTE: RACINE, 1981 p.275

21.1 Manômetro com Sinal Elétrico

FIGURA 21.2: Manômentro com limites de pressão máximo e mínimo FONTE: RACINE, 1981 p.277

98HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Válvula Isoladora de Manômetro - usada quando não houver ne- cessidades de leituras constantes de pressão proporcionando vida útil mais longa ao manômetro.

Registram a temperatura do fluído. Classificam-se em:

Termômetros de gás líquido; Termômetro industrial. (princípio termopar).

Termostato - limitam a temperatura em níveis máximo e mínimo. Quan- do esses valores são atingidos, um sinal elétrico é enviado ou cortado para o painel de controle elétrico.

Pressostato - é um elemento eletro-hidráulico que limita níveis máxi- mo e mínimo de pressão.

Pode atuar de três maneiras:

Enviar um sinal elétrico; Cortar um sinal elétrico; Cortar um sinal elétrico de um ponto e enviar outro sinal elétrico

para um ponto diferente.

FIGURA 21.3: Válvula isoladora de manômetro FONTE: RACINE, 1981 p.276

21.2 Termômetros

99HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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Tipos

Pressostato de Êmbolo

Pressostato tipo Bourdon

FIGURA 21.4: Pressostato de êmbolo FONTE: REXROTH p.167

FIGURA 21.5: Pressostato tipo bourbon FONTE: Treinento hidráulico, REXROTH, p.168

100HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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O transporte do fluido no sistema hidráulico é feito pôr meio de pres- são através de elementos de interligação, ou seja, tubos, mangueiras e pla- cas de ligação e até mesmo os blocos manifold.

Considerações para selecionar os elementos de ligação:

Tubulações estreitas provocam cavitação na bomba, perdas de eficiência e superaquecimento do circuito interno;

Paredes demasiadamente finas estão sujeitas a quebrar. Paredes grossas demais provocarão um acréscimo inútil no peso e no preço da insta- lação.

Para instalações rígidas são os elementos mais comuns usados nos sis- temas hidráulicos, para este tipo de ligação devemos considerar:

Dimensionamento em função da vazão e da pressão; Conexões galvanizadas devem ser evitadas, pois o zinco reage

com certos aditivos do óleo; Tubulações de cobre devem ser evitadas, pois com a vibração do

sistema hidráulico o cobre endurece e se torna quebradiço, além do mais reage com o óleo diminuindo a vida útil;

Onde as máquinas vibram muito estão sujeitas a trincas.

São utilizadas com interligação flexível entre unidades hidráulicas mó- veis ou ainda onde as interligações rígidas são difíceis de serem executadas.

Para a escolha da mangueira deve-se considerar a pressão de trabalho e o diâmetro nominal da mangueira que são indicados pelo fabricante.

CAPÍTULO22 ELEMENTOS DE INTERLIGAÇÃO,

CONEXÃO E VEDAÇÕES

22.1 Tubos

22.2 Mangueiras

FIGURA 22.1: Exemplos de mangueiras hidráulicas industriais FONTE: Catálogo da aeroquip

101HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

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São elementos de ligação, atualmente muito utilizados para interligar válvulas a vedação entre as válvulas e a placa é feita através de anéis O’ring.

A face de apoio da válvula é retificada e pressa com parafusos à placa de ligação, facilitando a montagem e desmontagem, deixando o sistema mais compacto.

A ligação entre os tubos, ou entre as mangueiras, ou ainda entre esses elementos e as válvulas, cilindros ou bombas é feita pelos elementos de co- nexão, quais sejam: conexões por roscas e conexões por flanges.

As conexões hidráulicas são sujeitas a grandes esforços. Devem estar sempre vedadas hermeticamente devido às altas pressões e solicitações mecânicas, tais como vibrações, dilatação ou contração térmica entre outras.

22.4.1 Conexões por roscas

22.3 Placas de Ligação e Blocos Manifold

22.4 Elementos de conexão

FIGURA 22.2: Esquema interno de um bloco manifold FONTE: RACINE, 1994 p.277

FIGURA 22.3: Exemplo de conexões industriais FONTE: Catálogo da aeroquip

102HIDRÁULICA E TÉCNICAS DE COMANDO

SÉRIE RECURSOS DIDÁTICOS

RACINE HIDRAULICA. Manual de hidráulica básica. 3. ed. Porto Alegre, 1981. 323 p.

REXROTH. Treinamento hidráuico THR: curso básico de óleo-hidráulica in- dustrial para engenheiros e técnicos. São Paulo, 1987. 132 p.

REXROTH. Treinamento hidráulico MHR: curso básico de óleo-hidráulica in- dustrial para mecânicos de manutenção. 3. Revisão. São Paulo, 1987. 182 p.

SENAI. SP. Comandos hidráulicos: informações tecnológicas. São Paulo, 1987. 452 p.

REFERÊCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AJUDA PEGUEI UMA RETO CASE 1987 SEM AS MANGUEIRAS DOS CILINDRO E DOS COMANDOS NAO SEI PRA ONDE VAI TO MAIS PERDIDO QUE CEGO EM TIROTEIO CONSEGUE ESQUEMA DE MONTAGEM PAULO FINN 95-81150057
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muito, bom mesmo parabéns
Concordo plenamente, ótima qualidade pedagógica
material muito bom posso dizer otimo
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