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Acumuladores de Energia
Acumuladores de EnergiaAula 4 2
• Definição:
– Componente mecânicos simples cuja função básica é
armazenar energia hidráulica como fonte eventual, auxiliar
ou principal de energia.
• Utilização:
• Fonte Auxiliar de Energia;
• Compensador de Vazamento;
• Fonte de Energia de Emergência;
• Amortecimento de Pulsação de Bomba e Choque Hidráulico.
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• Funcionamento:
– Princípio operacional baseado na acumulação do fluído,
mantido sob pressão em decorrência da interação entre
forças de pressão interna e externa, do tipo gravitacional,
de mola mecânica, pneumática, etc.
– A energia fica armazenada e fica disponível para
reabsorção do sistema hidráulico quando a resistência ao
escoamento diminui.
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Acumulador de peso morto
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• Massa pode ou não ser constante;
• Pressão depende da área do cilindro;
• Manutenção da pressão constante ao
longo do cilindro do pistão,
independente da vazão requerida
pelo sistema;
• Consegue suprir grandes volumes a
pressões elevadas (devido a
facilidade de construção);
• Custo elevado e utilizado em
aplicações estacionárias, como fonte
auxiliar de energia.
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Acumulador de mola
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• Pressão depende da área do cilindro
e da posição do mesmo. A pressão
mínima é determinada pela pre-
tensão da mola;
• Pressão de operação e volumes
máximos admissíveis constumam ser
relativamente reduzidos;
• Sistema de segunda ordem massa-
mola. Massas do pistão e mola altas
tornam a resposta do sistema lenta;
• Utilizado em operações de reigme
permanente.
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Acumulador a gás
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• Baseado na lei de Boyle dos gases: 𝑃1𝑉1
𝑇1=
𝑃2𝑉2
𝑇2, ou seja, utiliza
a compressibilidade dos gases como fonte de energia
potencial;
• Pressão não se mantem constante;
• Utilizado em operações de reigme permanente e dinâmico.
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Sem separador
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• Massa do pistão resulta em uma resposta dinâmica relativamente lenta;
• Utilizado para suprimento de vazamentos e fonte auxiliar de energia;
• Utilizado em operações de reigme permanente.
Com separador
de pistão
• Elevada resposta dinâmica;
• Permite absorção de gás pelo fluido, que pode levar a cavitação;
• Deve ser recarregado periodicamente;
• Utilizado em operações de regime dinâmicas, sempre na posição vertical, volume útil limitado a 2/3 da capacidade.
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Acumuladores com separador flexível
Acumulador de diafragma
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• Diafragma é um elastômero
compatível com o fluído;
• Obturador impede que
elastômero passe para a
canalização quando pressão é
menor que pré-carga do gás;
• Pode ser de cilindro soldado,
descartável ou de dois
hemisférios, que permite
reposição do diafragma;
• Utilizado em aplicações
aeronáuticas(baixa relação peso
potência).
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Acumuladores com separador flexível
Acumulador de bexiga
• Bexiga elástica introduzida pela
tampa na extremidade superior;
• Válvula de retenção impede que
elastômero passe para a
canalização quando pressão é
menor que pré carga do gás;
• Utilizado em operações de
reigme dinâmicas,
especialmente absorção e
amortecimento de choques
hidráulicos e de absorção da
pulsação da bomba.
Acumuladores de Energia
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• Seção variável da parede da bexiga permite um maior
rendimento volumétrico do acumulador;
• A bexiga se expande primeiramente ao redor do topo e em
seguida gradualmente para baixo e para os lados do cilindro,
expulsando completamente o fluido.
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Fonte Auxiliar de Energia
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• Valores abaixo da média são dados pela bomba e acima completados pelo acumulador;
• Ordem de grandeza da força no atuador (pressão) dentro da faixa de operação do acumulador.
• A vazão que sai do acumulador pode ser considerada constante para a faixa de pressão de trabalho do acumulador, mesmo que na realidade não seja.
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Compensação de Vazamentos
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• Bomba promove movimento do cilindro (através de VD1) até atingir pressão P, em que o pressostato desliga a bomba.
• Acumulador pode compensar vazamentos (no cilindro ou na bomba), deixando pressão constante.
• VD2 serve para descarregar acumulador. (atenção no tratamento do fluído ao descarregar VD2)
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Amortecedor de pulsação
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Exemplo: torno de precisão
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Amortecedor de
choque hidráulico
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• Pistão atinge fim
de curso em
25ms.
• Acumulador é um
dissipador (como
amortecedor ou
capacitor)
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Seleção de Acumuladores
Acumulador como fonte de potência auxiliar ou de emergência
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𝑝2/𝑝3
• Lento o suficiente
• 𝑝1 - pré-carga de gás (menor ou igual a pressão mínima do sistema 𝑝3);
• 𝑝2 - pressão máxima do sistema;
• 𝑉1 - volume do acumulador;
• 𝑉2- Volume comprimido de gás a pressão máxima do sistema 𝑝2;
• 𝑉𝑥- Volume de fluido descarregado (volume útil do acumulador);
• Menos de 1 min
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Acumulador como amortecedor de pulsação de bomba
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• 𝑉1 - volume do acumulador;
• 𝑉𝑏- Volume deslocado por pistão da bomba;
• 𝑝2 - pressão de operação do sistema (valor
médio absoluto);
• 𝑝3 - pressão mínima do sistema (e também
valor da pré carga de gás);
• 𝑝4 - pressão máxima de operação do sistema
3 cilindros
4 cilindros
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Acumulador utilizado como amortecedor de choque hidráulico
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Enegia potencial armazenada no acumulador, a partir da integraçao do trabalho de expansão volumétrica do gás −
1
2𝑝𝑑𝑉
1;
Energia cinética do fluído
• 𝐿 – comprimento da canalização;
• 𝐴 - área da canalização;
• 𝑣 - velocidade inicial do fluido;
• 𝑝1 - pressão inicial, que é de pre-carga do gás
• 𝑝2 - pressão máxima admissível de choque
Para uma velocidade de 5m/s, teoricamente a diferença de pressão pode chegar a 50 bar
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Acumulador utilizado como compensador de expansão térmica
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A variação térmica do fluido incorre em variação volumétrica
podendo provocar aumento da pressão acima do limite de
segurança.
• 𝑝1 - pressão de pre-carga do gás
• 𝑝2 - pressão do sistema a temperatura 𝑇1• 𝑝3 - pressão do sistema a temperatura 𝑇2• 𝑉𝑓 - volume do fluído no trecho fechado
considerado
• 𝑇1 - temperatura inicial do fluido
• 𝑇2 - temperatura final do fluido
• 𝛼 - coeficiente de expansão volumétrica do fluido
• 𝛾 - coeficiente de dilatação do material do sistema