Sistemas Hidrulicos e PneumticosEngenharia de Controle e Automao Prof. Everaldo S. Freitas

Objetivos Apresentar ao aluno os conhecimentos bsicos

tericos e prticos relativo aos principais componentes leo-peneumticos dinmicos, estando apto a projetar circuitos em mquinas industriais e mveis, hidrulicas e pneumticas.

Contedo Programtico Contexto da hidrulica e pneumtica, tecnologias

para ao mecnica, sistema de automao e controle por meios hidro-pneumticos, princpios fsicos fundamentais, fluidos hidrulicos e pneumticos, principio de Pascal, compressibilidade dos fludos, simbologias hidrulica e pneumtica, automao e automatismos, classificao dos sistemas hidrulicos, dimensionamento de atuadores hidrulicos comerciais, de bombas e motor hidrulico, de tubulaes e perda de carga e de reservatrios, vlvulas de controle, reguladoras de presso e fluxo, atuadores pneumticos, circuitos pneumticos sequenciais e circuitos eletro-pneumticos com CLP.

Bibliografia Introduction to Hydraulics and Pneumatics. Autor: Ilango, S.; Soundararajan, V. - Editora:

Prentice Hall; Pneumtics Drives: System Design Modellig

and Control. Autor: Beater, P Editora: Springer Verlag;

Pneumtica e Hidrulica Autor: Harry l. Stewart Editora: Hemus;

Automao Hidrulica, Dimensionamento e

Anlise de Circuitos. Fialho, Arivelto Bustamente Editora: rica;

Bibliografia Centrais e Aproveitamentos Hidrulicos:

Teoria e Exerccios. Autor: Simone, Gilio Alusio Editora: rica;

Mecatrnica Industrial. Autor: Capelli, Alexandre Editora Saber;

Oil Hydraulics System: Principles and

Maintenance. Autor: Majundar, S. R Editora: McGraw Hill;

Manual do ar Comprimido e Gases. Autor: Rollins, J. P Editora: Prentice Hall;

Critrios de Avaliao MB = ((MT * 0,2) + (PR *0,8))

MT Mdia de trabalhos PR Prova regimentalTrabalhos: Listas de exerccio, avaliao continuada e praticas de laboratrio.

Conceitos Iniciais Fluido- qualquer substancia capaz de escoar e

assumir a forma do recipiente que o contem. Pneumtica Provem da raiz grega Pneu ma, Significa flego, vento. Logo pneumtica conceituada como sendo a matria que trata dos movimentos e fenmenos dos gases. Eletropneumatica- Ramo da pneumtica que utiliza a energia eltrica CC ou CA

Introduo Embora a base da pneumtica seja um dos mais velhos

conhecimentos da humanidade, foi preciso aguardar o sculo XIX para que o estudo do seu comportamento e propriedades se tornasse sistemtico. Porm, pode-se dizer que somente aps o ano de 1950 que ela foi realmente introduzida no meio industrial. Antes, porm, j existiam alguns campos de aplicao e aproveitamento da pneumtica, como por exemplo, a indstria de minerao, a construo civil e a indstria ferroviria (freio a ar comprimido). A introduo de forma mais generalizada da pneumtica na indstria, comeou com a necessidade, cada vez maior, da automatizao e racionalizao dos processos de trabalho. Os elementos atuadores eletropneumticos so conversores de energia eltrica para mecnica. Atravs de uma bobina, doravante chamada de solenide, eles liberam ou no a passagem do ar comprimido atravs do mbolo. Isso o que chamamos de eletrovlvula, ou apenas vlvula pneumtica.

Ar comprimido Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensvel, pois nos

mais diferentes ramos industriais instalam-se equipamentos pneumticos. Para a produo de ar comprimido so necessrios compressores, os quais comprimem o ar para a presso de trabalho desejada. Na maioria dos acionamentos e comandos pneumticos se encontra, geralmente, uma estao central de distribuio de ar comprimido. COMPRESSORES So equipamentos necessrios produo de ar comprimido, os quais comprimem o ar para se obter a presso de trabalho desejada.

Vantagens Volume: o ar a ser comprimido encontra-se em quantidades

ilimitadas praticamente em todos os lugares. Transporte: facilmente transportvel por tubulaes. Armazenagem: o ar pode ser sempre armazenado ou transportado em reservatrios. Temperatura: garantia de funcionamento seguro, apesar das oscilaes de temperatura. Segurana: no existe o perigo de exploso ou incndio. Limpeza: o ar comprimido limpo, no polui o ambiente. Construo: os elementos de trabalho so de construo simples. Velocidade: ao ar comprimido permite alcanar altas velocidades de trabalho. Regulagem: as velocidades e foras dos elementos a ar comprimido so regulveis sem escala.

Desvantagens Preparao: o ar comprimido requer uma boa

preparao. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois provocam desgastes. Compressibilidade: no possvel manter uniformes e constantes as velocidades dos pistes mediante o ar comprimido. Escape de ar: o escape de ar ruidoso. Custos: o ar comprimido uma fonte de energia muito custosa. O custo de ar comprimido torna-se mais elevado se na rede de distribuio e nos equipamentos houver vazamentos considerveis.

Pneumtica x Hidrulica Quando utilizamos elementos pneumticos

significa que o sistema em questo necessita de uma alta velocidade de atuao, porm, no exige grandes esforos mecnicos (peas ou eixos leves). A hidrulica, por outro lado, um sistema extremamente forte. Ele pode mover, ou at mesmo levantar, peas e eixos pesados, porm, sem muita velocidade.

Pneumtica x Hidrulica A razo das diferentes performances ocorre

devido ao meio atuador: Na pneumtica, o ar leve e no tem atrito com os

dutos. Isso faz com que ele possa ser movido rapidamente. Porm o ar compressvel (diminui o volume ao ser comprimido), portanto no pode realizar muita fora. Na hidrulica, o leo pesado em relao ao ar, e move-se com maior dificuldade pelos canais dos atuadores. Essa a razo da sua lentido, porm o liquido no compressvel, o que permite a realizao de grandes esforos mecnicos.

Pneumtica: Elementos Atuadores Cilindros: A energia pneumtica transformada em movimento

mecnico atravs desses elementos. Simples Ao: Os cilindros de ao simples so acionados por ar

comprimido de um s lado, e portanto, trabalham s em uma direo. O retrocesso efetua-se mediante uma mola ou por uma fora externa.

Dupla Ao: A fora do ar comprimido movimenta o pisto do

cilindro de ao dupla em duas direes. Ser produzida uma determinada fora no avano ou de retrocesso. Cilindros de ao dupla so utilizados especialmente onde necessrio tambm em retrocesso, exercer uma funo de trabalho.

Pneumtica: Cilindro Simples Ao Repouso: (recuo)

Acionado (avana)

Pneumtica: Vlvulas Assim como os componentes eletrnicos, as

vlvulas eletropneumticas so representadas por smbolos. A diferena que o smbolo deve ser interpretado dinamicamente.

Classificao das Vlvulas Segundo as suas funes, as vlvulas

subdividem-se em: Direcionais De bloqueio De presso De fluxo (vazo) De fechamento

Classificao das Vlvulas Vlvulas Direcionais A denominao de uma vlvula direcional depende

do nmero de vias (conexes) e do nmero das posies de comando. As conexes de pilotagem no so consideradas como vias.

Pneumtica: Vlvulas O nmero de quadrados do smbolo representa o

nmero de posies da vlvula, e o nmero de dutos a quantidade de vias.

Para intensificao e uma ligao correta das vlvulas,

marcam-se as vias, considerando: Vias para utilizao (sadas): A B C D ou 2 4 6 8 Linhas de alimentao (entrada): P ou 1 Escapes (exausto): R S T ou 3 5 7 Linha de comando (pilotagem): Z Y X ou 12 14 16

Identificao de uma vlvula A vlvula identificada da seguinte forma:

Nmero de Vias / Nmero de posies

Acionamentos ou Comandos As vlvulas exigem um agente externo ou interno

que desloque suas partes internas de uma posio para outra, ou seja, que altere as direes do fluxo, efetue os bloqueios e liberao de escapes. Os elementos responsveis por tais alteraes so os acionamentos, que podem ser classificados em: Comando Direto Comando Indireto

Comandos Comando Direto. assim definido quando a fora de

acionamento atua diretamente sobre qualquer mecanismo que cause a inverso da vlvula. Comando Indireto. assim definido quando a fora de acionamento atua sobre qualquer dispositivo intermedirio, o qual libera o comando principal que, por sua vez, responsvel pela inverso da vlvula. Estes acionamentos so tambm chamados de combinados, servo etc.

Acionamentos Para que as vlvulas comutem entre as vrias

posies existentes, necessrio que elas sejam acionadas, estes acionamentos podem ser:

Acionamento Muscular Acionamento Mecnico Acionamento Eltrico Acionamento Pneumtico

Estes elementos so representados por smbolos

normalizados e so escolhidos conforme a necessidade da aplicao da vlvula direcional.

Acionamentos Musculares As vlvulas dotadas deste tipo de acionamento

so conhecidas como vlvulas de painel. So acionamentos que indicam um circuito, findam uma cadeia de operaes, proporcionam condies de segurana e emergncia. A mudana da vlvula realizada geralmente pelo operador do sistema. Geral Por boto Por alavanca Por pedal

Acionamentos Musculares

Acionamentos Mecnicos Com

a crescente introduo de sistemas automticos, as vlvulas acionadas por uma parte mvel da mquina adquirem uma grande importncia. O comando da vlvula conseguido atravs de um contato mecnico sobre o acionamento, colocado estrategicamente ao longo de um movimento qualquer, para permitir o desenrolar de seqncias operacionais. Comumente, as vlvulas com este tipo de acionamento recebem o nome de vlvulas fim de curso. Pino Por rolete Por rolete escamotevel (gatilho)

Acionamentos Mecnicos

Acionamentos Mecnicos

Acionamentos Pneumticos As

vlvulas equipadas com este tipo de acionamento so comutadas pela ao do ar comprimido, proveniente de um sinal preparado pelo circuito e emitido por outra vlvula. Piloto positivo Um impulso de presso, proveniente de um comando externo, aplicado diretamente sobre um pisto, acionando a vlvula.

Acionamentos Eltricos A operao das vlvulas efetuada por

meio de sinais eltricos. So de grande utilizao onde a rapidez dos sinais de comando o fator importante, quando os circuitos so complicados e as distncias so longas entre o local emissor e o receptor. Por eletrom (bobina- solenide) Com um enrolamento ativo Com dois enrolamentos ativos no mesmo sentido

Com

dois contrrio

enrolamentos

ativos

em

sentido

Projetos e Aplicaes

Projetos e Aplicaes

Projetos e Aplicaes

A) Sistema pneumtico puro; B) Sistema eletro-pneumtico; C) Sistema pneutrnico;

Exemplos de Aplicaes Aplicao de vlvula 3/2 vias

Exemplos de Aplicaes Aplicao de vlvula 5/2 vias

Circuitos Eletropneumticos Os circuitos eletro-pneumticos so esquemas de

comando e acionamento que representam os componentes pneumticos e eltricos empregados em mquinas e equipamentos industriais, bem como a interao entre esses elementos para se conseguir o funcionamento desejado e os movimentos exigidos do sistema mecnico. Enquanto o circuito pneumtico representa o acionamento das partes mecnicas, o circuito eltrico representa a seqncia de comando dos componentes pneumticos para que as partes mveis da mquina ou equipamento apresentem os movimentos finais desejados.

Mtodos construtivos Basicamente, existem quatro mtodos de

construo de circuitos eletro-pneumticos: Intuitivo, Minimizao de contatos ou seqncia mnima, Maximizao de contatos ou cadeia estacionria, Lgico.

Mtodo Intuitivo Na tcnica de elaborao de circuitos eletro-

pneumticos pelo mtodo intuitivo utiliza-se o mecanismo do pensamento e do raciocnio humano na busca da soluo de uma situaoproblema apresentada. Dessa forma, pode-se obter diferentes solues para um mesmo problema em questo, caracterstica principal do mtodo intuitivo.

Exemplo 1 Molda Chapas Criao de um circuito pneumtico para realizao

de moldes em chapas. O acionamento do circuito ser feito por um mecanismo muscular (boto no retentivo).

Circuito esquemtico comando Para soluo utilizaremos um cilindro de simples ao com

retorno por mola, uma vlvula 3/2 vias com acionamento muscular a boto e retorno por mola. Tambm utilizaremos um mecanismo de suprimento de ar comprimido (compressor).

Exemplo 2 Dobrador de chapa Circuito pneumtico que realiza uma dobra em

uma chapa. O circuito ser acionado por dois botes (avano e recuo)

Circuito esquemtico comando Para soluo utilizaremos um cilindro de dupla ao, duas

vlvulas 3/2 vias com acionamento muscular a boto e retorno por mola. Tambm utilizaremos uma vlvula 5/2 vias com duplo piloto e mecanismo de suprimento de ar comprimido (compressor).

Vlvula de Isolamento (Elemento OU) Dotada de trs orifcios no corpo: duas entradas de

presso e um ponto de utilizao. Enviando-se um sinal por uma das entradas, a entrada oposta automaticamente vedada e o sinal emitido flui at a sada de utilizao. O ar que foi utilizado retorna pelo mesmo caminho. Uma vez cortado o fornecimento, o elemento seletor interno permanece na posio, em funo do ltimo sinal emitido. Havendo coincidncia de sinais em ambas as entradas, prevalecer o sinal que primeiro atingir a vlvula no caso de presses iguais. Com presses diferentes, a maior presso dentro de uma certa relao passar ao ponto de utilizao, impondo bloqueio na presso de menor intensidade.

Vlvula de Isolamento Muito utilizada quando h necessidade de enviar

sinais a um ponto comum, proveniente de locais diferentes no circuito.

Vlvula de Simultaneidade (Elemento E) Assim como na vlvula de isolamento, esta

tambm possui trs orifcios no corpo. A diferena se d em funo de que o ponto de utilizao ser atingido pelo ar, quando duas presses, simultaneamente ou no, chegarem nas entradas. A que primeiro chegar, ou ainda a de menor presso, se auto-bloquear, dando passagem para o outro sinal.

Vlvula de Simultaneidade So utilizadas em funes lgicas E, bi-manuais

simples ou garantias de que um determinado sinal s ocorra aps, necessariamente, dois pontos estarem pressurizados.

Exemplo 3 Prensa Peas Circuito de uma prensa de peas, que envolve um

elemento de segurana, porque o operador dever pressionar dois botes simultaneamente para o acionamento da prensa. Como as duas mos estaro ocupadas evita acidentes

Circuito esquemtico comando Para soluo utilizaremos um cilindro de simples ao,

duas vlvulas 3/2 vias com acionamento muscular a boto e retorno por mola. Tambm utilizaremos uma vlvula de simultaneidade e mecanismo de suprimento de ar comprimido (compressor).

Exemplo 4 Seletora de Peas Circuito de uma esteira de descarte de peas. O

operador dever pressionar um dos dois pedais para o acionamento da seletora, que desviar as peas para uma ou outra esteira de recepo.

Circuito esquemtico comando Para soluo utilizaremos um cilindro de simples ao,

duas vlvulas 3/2 vias com acionamento muscular a pedal e retorno por mola. Tambm utilizaremos uma vlvula de isolamento e mecanismo de suprimento de ar comprimido (compressor).

Vlvulas de controle de fluxo As vlvulas de fluxo influenciam a quantidade de

ar que passa ao atuador. Este controle tem como finalidade ajustar a velocidade de atuao dos cilindros ou a rotao de giro dos motores. Pode ser do tipo: Fixa ou varivel; Unidirecional ou bidirecional

Fixa Bidirecional No admite ajuste, sendo a restrio permanente

de mesmo dimetro, e o fluxo controlado igualmente em ambas as direes.

Varivel Bidirecional Dotada de um parafuso cnico regulvel que

pode aproximar-se ou afastar-se de um assento. Essa regulagem permite a passagem de maior ou menor quantidade de fluido atravs da vlvula e, conseqentemente, o ajuste de velocidade do atuador.

Vlvula de controle Unidirecional Essa vlvula apresenta um dispositivo de

controle de fluxo e uma vlvula de reteno incorporada no mesmo corpo. No sentido de passagem 2 1, o ar flui livremente atravs da vlvula de reteno que se abre (fluxo livre). No sentido de passagem 1 2, a vlvula de reteno fecha-se, impedindo o fluxo e obrigando o ar a passar por uma via em que a restrio controlada por um parafuso de ajuste (fluxo controlado).

Vlvula de controle Unidirecional

Exemplo Aplicao Controle de velocidade de um atuador de simples

ao.

Circuitos seqenciais e detectores de limite mecnico Por

meio destes dispositivos possvel a deteco de posies intermedirias e finais das hastes dos cilindros pneumticos ou dos elementos mecnicos que estes acionam. Exemplos: Com contato mecnico Chaves fim de curso Roletes Gatilhos Sem contato mecnico Sensores Indutivos Reed-switches

Sensor de proximidade magntico (reed-swich) Esses elementos so muito vantajosos em uma aplicao

onde se quer um alto nmero de ciclos de acionamento ou quando no h espao para montagem de chaves fim-decurso ou sensores convencionais.

Sensor de proximidade magntico (reed-swich) constitudo por dois contatos eltricos dentro de uma

ampola de vidro com gs inerte, e esses contatos se fecham mediante a presena de um campo magntico. So colocados no corpo de um cilindro pneumtico, e o mbulo do cilindro possui um anel com im permanente que ao passar pelo sensor, fora-o a fechar os seus contatos.

Aplicao

Representao dos Movimentos Os sistemas automatizados geralmente utilizam mais de

um atuador ocasionando uma relao de dependncia nos movimentos de cada um deles. Tipicamente o movimento ou ao de um determinado atuador s poder ocorrer aps a concluso do movimento ou ao que imediatamente o precede. A essa seqncia de movimentos dependentes um do outro se denomina cadeia de comandos. A representao dos movimentos dos atuadores representada da seguinte forma:

Ordem Cronolgica Forma de Tabela Forma Vetorial Forma Algbrica Diagrama Trajeto-Passo

Exemplo Prtico Exemplo: Pacotes que chegam por um transportador

so elevados por um cilindro pneumtico A e empurrados para outro transportador por um cilindro pneumtico B. Existe uma condio de que o cilindro B somente retorne quando o A tiver alcanado sua posio inicial.

Ordem Cronolgica

O cilindro A avana e eleva os pacotes O cilindro B empurra os pacotes sobre o transportador

O cilindro A retorna O cilindro B retorna

Forma de Tabela

Forma Vetorial

Forma Algbrica

Diagrama Trajeto-Passo Neste caso, se representa a seqncia de operao em

um elemento de trabalho, levando-se ao diagrama a indicao do movimento em dependncia de cada passo considerado (passo: variao do estado de qualquer unidade construtiva). Se existirem diversos elementos de trabalho, estes esto representados da mesma maneira e desenhados uns sobre os outros. A correspondncia realizada atravs de passos.

Exerccio Escrever nas principais formas (algebrica e

trajeto passo) a seqncia (cadeia de comandos) do processo abaixo:

Detalhamento do processo O processo ocorre da seguinte forma: Quando o

operador pressiona o boto de start, o cilindro B avana no sentido b, fechando com isso a tubulao; ao chegar na chave fim-de-curso b1, esta aciona a vlvula solenide S3 fazendo com que o cilindro A recue enchendo a tubulao de material; quando o cilindro A achar o fim-de-curso b3, o circuito aciona a vlvula solenide de retorno do mesmo cilindro (S4) fazendo com que ele avance imediatamente dando tempo somente de encher a tubulao de material. O cilindro A avanado aciona o fim-de-curso b2, fazendo com que o cilindro B recue liberando o material e finalizando o processo

Simbologia para Sensores Sensores Indutivos

Simbologia para Sensores Sensores Capacitivos

Simbologia para Sensores Sensores Magnticos

Simbologia para Sensores Sensores pticos (Reflexo Difusa)

Simbologia para Sensores Sensores pticos (Retro Reflexo)

Simbologia para Sensores Sensores pticos (Barreira de Luz)

Implementao

SOFTWARE FluidSim 3.6 FESTO Software didtico para realizar sistemas

pneumticos. Permite a simulao em tempo real do funcionamento do sistema pneumtico. Permite uma visualizao clara em cores diferentes por onde passam os fluxos pneumticos. O software tambm permite selecionar diferentes elementos de controle pneumtico, disponibilizando combinaes de sistemas que operam na indstria.

Ambiente de Trabalho

Exemplo de Utilizao Dosadora (soluo

com acionamentos mecnicos)

Exemplo de Utilizao

Avana e recua

automtico utilizando sensores magnticos.

Exerccios: Acionamentos Mecnicos Acionamento de um cilindro de EFEITO-SIMPLES.

Exerccios: Acionamentos Mecnicos Acionamento de um cilindro de DUPLO-EFEITO.

Exerccios: Acionamentos Mecnicos Acionamento de um cilindro de DUPLO-EFEITO.

Exerccios: Acionamentos Mecnicos Acionamento de um cilindro de DUPLO-EFEITO

com retorno automtico.

Exerccios: Acionamentos Eltricos Acionamento de um cilindro de DUPLO-EFEITO.

Exerccios: Acionamentos Eltricos Acionamento de um cilindro de DUPLO-EFEITO

com retorno automtico.

Exerccio Avaliativo: Acionamentos Eltricos O circuito eletro-pneumtico abaixo refere-se ao acionamento de cilindros

de DUPLO-EFEITO formando uma seqencia. Monte-o no software FluidSim, faa a simulao e descubra qual a cadeia de comandos dos atuadores. Descreva nas principais formas (algbrica e trajeto passo). Entregar impresso no dia da prova (circuito montado no fluidsim, representao em forma algbrica e diagrama trajeto passo).

Sistemas Hidrulicos Utiliza

um lquido confinado (leo/gua) para transmitir movimento multiplicando foras. Para ganhar em fora, perde-se em deslocamento. Pelo fato de usar lquido praticamente incompressvel, a transmisso de movimentos instantnea.

Principio de Pascal Blaise Pascal (1623-1662) foi um fsico, filsofo e matemtico

francs de curta existncia. Em um de seus estudos, esclareceu o princpio baromtrico, a prensa hidrulica e a transmissibilidade das presses. O princpio fsico que se emprega aos elevadores hidrulicos de postos de combustveis e aos freios hidrulicos foi descoberto por Pascal. O enunciado do princpio de Pascal diz que:O acrscimo de presso produzido num lquido em equilbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do lquido. Uma aplicao simples deste princpio a prensa hidrulica. A prensa um dispositivo com dois vasos comunicantes, que possui dois mbolos de diferentes reas sobre a superfcie do lquido. Veja como funciona uma prensa hidrulica no desenho abaixo:

Sistemas Hidrulicos Lei de Pascal: Se aplicarmos uma fora em uma

rea (rolha) em lquido confinado, o resultado ser uma presso igual em todas as direes.

Principio de Pascal

Principio de Pascal

Transmisso de Fora

Transmisso de Fora Como a presso se distribui uniformemente em todas as direes e

agem com a mesma intensidade em todos os pontos. Portanto, podemos afirmar que a presso nas reas A e B do sistema so iguais. Portanto, podemos afirmar:

Alm da possibilidade de calcular as foras ou reas que envolvem o

sistema, tambm possvel calcular o deslocamento S dos mbolos.

Unidades:

Exemplo Para suspender um carro de 1500 kg usa-se um

macaco hidrulico, que composto de dois cilindros cheios de leo, que se comunicam. Os cilindros so dotados de pistes, que podem se mover dentro deles. O pisto maior tem um cilindro com rea 5,010 , e o menor tem rea de 0,010m . Qual deve ser a fora aplicada ao pisto menor, para equilibrar o carro?

Vantagens do acionamento hidrulico Velocidade varivel atravs da vlvula

reguladora de fluxo; Reversibilidade atravs da vlvula direcional; Parada instantnea atravs da vlvula direcional; Proteo contra sobre carga atravs da vlvula de segurana ou limitadora de presso; Dimenses reduzidas.

Fluido definido como sendo qualquer lquido ou gs.

Entretanto, em hidrulica, refere-se ao lquido utilizado como meio de transmitir energia (leo ou gua). Funes do fluido hidrulico:

Transmitir energia; Lubrificar peas mveis; Vedar folga entre essas peas mveis; Resfriar ou dissipar calor; Limpar o sistema. gua (com aditivo); leos minerais; Fluidos sintticos; Fluidos resistentes ao fogo (fluidos sintticos no aquosos).

Principais fluidos hidrulicos:

Viscosidade a caracterstica mais importante a ser observada na

escolha de um fluido hidrulico. Pode ser definida como sendo a medida de resistncia do fluido ao se escoar, ou seja, a medida inversa da fluidez. Se um fluido escoa com facilmente, sua viscosidade baixa e pode-se dizer que o fluido fino ou lhe falta corpo. Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade. Neste caso, diz-se que grosso ou tem bastante corpo. Quanto maior for a temperatura de trabalho de um leo, menor ser sua viscosidade, ou seja, a viscosidade inversamente proporcional temperatura de trabalho.

Componentes Hidrulicos Bomba Hidrulica: utilizada nos circuitos

hidrulicos para converter energia mecnica em energia hidrulica. Ela responsvel em criar fluxo de fluido para o sistema. A bomba hidrulica no gera presso. A presso s criada quando houver restrio passagem de fluxo.

Estrutura (Bombas Hidrulicas)

Motor eltrico: converte energia eltrica em movimento mecnico rotativo. Acoplamento: transfere movimento mecnico rotativo do motor para a bomba. Bomba hidrulica: converte movimento mecnico rotativo em fluxo hidrulico. Reservatrio: armazena o fluido hidrulico.

Bombas hidrostticas So bombas de deslocamento positivo, que

fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotao ou ciclo. Como nas bombas hidrostticas a sada do fluido independe da presso, com exceo de perdas ou vazamentos, praticamente todas as bombas necessrias para transmitir fora hidrulica em equipamentos industriais, em maquinaria de construo e em aviao, so do tipo hidrosttica. Os tipos de bombas hidrostticas mais comuns encontradas so: de engrenagens, de engrenagens internas, de lbulo, tipo gerador, de palhetas balanceadas e no balanceadas, de pisto radial e axial.

Engrenagens

Engrenagens Internas

Lbulos

Centrfuga

Fluxo em srie e em paralelo Fluxo em paralelo: Uma caracterstica peculiar a todos os

lquidos o fato de que eles sempre procuram os caminhos que oferecem menor resistncia. Assim, quando houver duas vias de fluxo em paralelo, cada qual com resistncia diferente, a presso s aumenta o necessrio e o fluxo procura sempre a via mais fcil.

Fluxo em srie e em paralelo Fluxo em serie:

Simbologias Hidraulica x Pneumtica

Simbologias Hidraulica x Pneumtica

Instrumentos Indicadores Os instrumentos indicadores mais utilizados em hidrulica

e tambm em pneumtica so: Manmetro: instrumento utilizado para indicar presso. Vacumentro: instrumento utilizado para indicar vcuo

(ausncia total ou parcial de ar). Termmetro: instrumento utilizado para indicar temperatura.

Instrumentos Pressostato: Tambm conhecidos como sensores de presso, so

chaves eltricas acionadas por um piloto hidrulico ou pneumtico. Os pressostatos so montados em linhas de presso hidrulica e ou pneumticas e registram tanto o acrscimo como a queda de presso nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez em que a presso do leo ou ar comprimido ultrapassar o valor ajustado na mola de reposio.

Simbologias Hidrulica x Pneumtica

Motores Hidrulicos A funo do atuador rotativo a de

converter a energia hidrulica ou pneumtica em movimento rotativo, multiplicando fora.

Simbologias Hidraulica x Pneumtica

Vlvulas

Vlvulas

Vlvulas

Vlvulas

Circuitos Hidrulicos Linear

Circuitos Hidrulicos Rotativos

Circuitos Hidrulicos Com controle de velocidade

Hidrodinmica A hidrodinmica estuda os lquidos em movimento. ESCOAMENTO ESTCIONRIO Nos pontos A, B e C, uma partcula do lquido tem, respectivamente, as velocidades

va, vb e vc. O escoamento dito estacionrio ou em regime permanente se qualquer partcula do fluido, ao passar por A, B e C, o faz com velocidades respectivamente iguais a va, vb e vc. Nesse tipo de escoamento, cada partcula que passar por um determinado ponto seguir a mesma trajetria das partculas precedentes que passaram por aqueles pontos. Tais trajetrias so chamadas linhas de corrente e esto representadas pelas linhas de corrente I, II e III.

Hidrodinmica

TERMOS HIDRULICOS MAIS USADOS EM BOMBEAMENTO

ALTURA DE SUCO (AS) - Desnvel geomtrico (altura em metros), entre o nvel dinmico da captao e o bocal de suco da bomba. OBS.: Em bombas centrfugas normais, instaladas ao nvel do mar e com fludo bombeado a temperatura ambiente, esta altura no pode exceder 8 metros de coluna dgua (8 mca). ALTURA DE RECALQUE (AR) - Desnvel geomtrico (altura em metros), entre o bocal de suco da bomba e o ponto de maior elevao do fludo at o destino final da instalao (reservatrio, etc.). ALTURA MANOMTRICA TOTAL (AMT) - Altura total exigida pelo sistema, a qual a bomba dever ceder energia suficiente ao fludo para venc-la. Leva-se em considerao os desnveis geomtricos de suco e recalque e as perdas de carga por atrito em conexes e tubulaes.

Hidrodinmica

TERMOS HIDRULICOS MAIS USADOS EM BOMBEAMENTO

PERDA DE CARGA NAS TUBULAES - Atrito exercido na parede interna do tubo quando da passagem do fludo pelo seu interior. mensurada obtendo-se, atravs de coeficientes, um valor percentual sobre o comprimento total da tubulao, em funo do dimetro interno da tubulao e da vazo desejada. PERDA DE CARGA LOCALIZADA NAS CONEXES - Atrito exercido na parede interna das conexes, registros, vlvulas, dentre outros, quando da passagem do fludo. mensurada obtendo-se, atravs de coeficientes, um comprimento equivalente em metros de tubulao, definido em funo do dimetro nominal e do material da conexo. CAVITAO - Fenmeno fsico que ocorre em bombas centrfugas no momento em que o fludo succionado pela mesma tem sua presso reduzida, atingindo valores iguais ou inferiores a sua presso de vapor (lquido -> vapor). Com isso, formam-se bolhas que so conduzidas pelo deslocamento do fludo at o rotor onde implodem ao atingirem novamente presses elevadas (vapor - > lquido).

Perdas de carga PERDAS DE CARGA: Denomina-se perda de carga de um

sistema, o atrito causado pela resistncia da parede interna do tubo quando da passagem do fludo pela mesma. As perdas de carga classificam-se em:CONTNUAS: Causadas pelo movimento da gua ao longo da tubulao. uniforme em qualquer trecho da tubulao (desde que de mesmo dimetro). LOCALIZADAS: Causadas pelo movimento da gua nas paredes internas e emendas das conexes e acessrios da instalao, sendo maiores quando localizadas nos pontos de mudana de direo do fluxo. Estas perdas no so uniformes, mesmo que as conexes e acessrios possuam o mesmo dimetro.

Fatores que influenciam nas perdas de carga

A. Natureza do fludo escoado (peso especfico, viscosidade);B. Material empregado na fabricao dos tubos e conexes (PVC, ferro) e tempo de uso (comercialmente, os tubos e conexes mais utilizados so os de PVC e Ferro Galvanizado) C. Dimetro da tubulao: O dimetro interno ou rea livre de escoamento, fundamental na escolha da canalizao j que, quanto maior a vazo a ser bombeada, maior dever ser o dimetro interno da tubulao, afim de diminuirse as velocidades e, conseqentemente, as perdas carga. D. Comprimento dos tubos e quantidade de conexes e acessrios: Quanto maior o comprimento e o n de conexes, maior ser a perda de carga proporcional do sistema. Portanto, o uso em excesso de conexes e acessrios causar maiores perdas, principalmente em tubulaes no muito extensas; E. Regime de escoamento (laminar ou turbulento): O regime de escoamento do fludo a forma como ele desloca-se no interior da tubulao do sistema, a qual determinar a sua velocidade, em funo do atrito gerado.

Hidrodinmica

EQUAO DA CONTINUIDADE: Pela equao da continuidade podemos afirmar que: a velocidade de escoamento inversamente proporcional rea da seco transversal.Sejam A1 e A2 as reas das seces retas em duas partes distintas do tubo. As velocidades de escoamento em A1 e A2 valem, respectivamente, v1 e v2. Como o lquido incompressvel, o volume que entra no tubo no tempo t aquele existente no cilindro de base A1 e altura x1 = V1 . t. Esse volume igual quele que, no mesmo tempo, sai da parte cuja seo tem rea A2 (V1 = V2). Da podemos tirar tambm a vazo volumtrica Q dividindo volume pelo t.

Equao da Continuidade

Vemos ento que numa

rea maior a velocidade menor e numa rea menor a velocidade maior.

Regimes de Fluxos O fluxo em um sistema hidrulico pode ser

laminar ou turbulento.

Nmero de Reynolds [Re] Para se saber quando o fluxo laminar ou

turbulento, devemos defini o nmero de Reynolds, que se obtm atravs da seguinte frmula:

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 trmica, causando perda de presso. A Energia hidrulica no pode ser transmitida sem perdas. A quantidade de energia perdida por atrito depende de:

Comprimento da tubulao; Rugosidade interna da tubulao; Nmeros de conexes e derivaes; Dimetro da tubulao; Velocidade do fluxo.

Resistncia Passagem de Fluido Se um fluido escoa por um tubo, a presso vai se

tornado cada vez menor em virtude da resistncia passagem. A queda de presso depende do atrito interno do fluido e do atrito do fluido com as paredes. Mas, existem alguns fatores que influncia, como: a velocidade, o regime de fluxo, a viscosidade, acabamento interno do tubo, as conexes, as vlvulas, o dimetro e comprimento do tubo.

Dimensionamento de tubos em funo da velocidade

Exemplo 1 Dimensionar o tubo de uma linha que trabalha com

uma presso de 80 bar e vazo de 50 l/min. A velocidade recomendada, conforme tabela acima.

Converso: 50 l/min = 0,05 m3/min = 50000 cm3/min, ento

para passar para segundos divide por 60. (50000/60 = 833,3 cm3/s).

Converso: m/s para cm/s multiplica por 100

Soluo

Dimensionamento em funo da perda de carga Na linha de presso de um sistema hidrulico,

durante o escoamento do fluido atravs do sistema hidrulico, pode ocorrer uma perda de carga, que dividida em vrios fatores. Todos os fatores entram no calculo da perda de carga da seguinte forma:

Fator de frico

Tabela de comprimentos equivalentes para perdas localizadas.

Exemplo de calculo em funo da perda de carga a) Determinar a vazo necessria no sistema em

funo dos atuadores; Assumiremos uma vazo de Q = 50 L/min.

b) Determinar a velocidade em funo do tipo de

linha e presso; Assumiremos uma presso na linha de 80 bar, portanto

uma velocidade de v = 450 cm/s, conforme tabela de velocidade recomendvel

c) Determinar o dimetro em funo da

velocidade e da vazo; Dimetro interno do tubo D = 1,536 cm, calculado no

exemplo anterior.

Exemplo de calculo em funo da perda de carga d) Determinar nmero de Reynolds e fator de

Frico, conforme frmulas;

Exemplo de calculo em funo da perda de carga f) Determinar o comprimento total L em funo

da planta e da tabela de comprimentos equivalentes para as perdas localizadas. Em nosso caso, considerar:

4 mangueiras flexveis; 2 cotovelos de 45; 2 cotovelos de 90 raio longo. L1 = 320 cm comprimento das 4 mangueiras do sistema

Conforme tabela de perdas localizadas nas

conexes, respectivamente: (lembrando que depara mm multiplica por 25,4)

pol

Exemplo de calculo em funo da perda de carga g) Determinar DP = Perda de carga na linha de presso; h) Determinar as perdas localizadas nas vlvulas especiais

(catlogo de fabricante); Uma vlvula especial de reteno pilotada de 5/8" montada em linha perde, conforme catalogo de fabricante dP = 1,10 bar.

Exemplo de calculo em funo da perda de carga i) Determinar a perda total e subtrair da presso fornecida e

verificar se a presso efetiva ser ou no suficiente para o sistema.

Concluso O que podemos concluir, que o clculo da

perda de carga no sistema hidrulico importantssimo, pois a partir dele, saberemos se a presso que fornecemos ao sistema suficiente para aquilo se prope a fazer.