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ANHANGUERA EDUCACIONAL S.A.

Faculdade Anhanguera de Anpolis

Curso de Engenharia Mecnica

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Atividades Praticas Supervisionadas

Anpolis

2013

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******** RA: 000000000

Atividades Prticas Supervisionadas

Trabalho de ATPS para a disciplina de

Sistemas Hidrulicos e Pneumticos,

do Prof. ******** do Curso de Engenharia

Mecnica da Faculdade Anhanguera

de Anpolis, Gois.

Anpolis

2013

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Sumario

Etapa 1 .............................................................................. 4

Etapa 2 .............................................................................. 12

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ETAPA 1

Rugosidade

o conjunto de irregularidades, isto , pequenas salincias e reentrncias que

caracterizam uma superfcie. Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos

eletrnicos, a exemplo do rugosmetro. A rugosidade desempenha um papel importante no

comportamento dos componentes mecnicos. Ela influi na:

Qualidade de deslizamento;

Resistncia ao desgaste;

Possibilidade de ajuste do acoplamento forado;

Resistncia oferecida pela superfcie ao escoamento de fluidos e lubrificantes;

Qualidade de aderncia que a estrutura oferece s camadas protetoras; resistncia

corroso e fadiga;

Vedao;

Aparncia.

A grandeza, a orientao e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar

suas causas que, entre outras, so:

Imperfeies nos mecanismos das mquinas-ferramenta;

Vibraes no sistema pea-ferramenta;

Desgaste das ferramentas;

O prprio mtodo de conformao da pea.

A medio de rugosidade merece um cuidado especial que muitas vezes

relevado em benefcio de outras grandezas envolvidas. A rugosidade, ou os parmetros que

so escolhidos para represent-la, muitas vezes uma caracterizao incompleta do perfil ou

da superfcie que se deseja analisar.

Os parmetros de rugosidade existentes so valores numricos resultantes de

integraes ou de operaes matemticas simples de perfis amostrais de superfcies. Logo,

so representaes sujeitas a diversos erros de medio e interpretao.

Contudo, sua praticidade inegvel: extremamente til dispor de valores

numricos para comparao e anlise de superfcies, seja para resumir diversas informaes

contidas em uma superfcie tridimensional, ou mesmo para separar e classificar superfcies

distintas, geradas por diferentes processos de fabricao.

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A rugosidade, ou o perfil linear de uma superfcie que designado por este nome,

normalmente representado em escalas (para ampliao ou reduo) distintas para as direes

vertical e horizontal. Isso para evidenciar a mudana de perfil de maior interesse para an lise

de uma superfcie, j que as escalas de variao para dimenses perpendiculares a superfcie

analisada so, em geral, menores que as para dimenses paralelas superfcie.

Desta forma, como em grande parte das vezes deseja-se saber mais sobre a

variao do perfil perpendicular superfcie, comum ampliar as variaes de um perfil de

rugosidade nesta direo, e em uma escala menor de ampliao as variaes na direo

paralela a superfcie.

Assim sendo, muitas das representaes referentes a rugosidade de um perfil

podem levar a uma interpretao incorreta, caso no se considere este fato ao analis-las.

Alm deste possvel erro de compreenso, no raro outros erros de distoro da informao

sobre a rugosidade ocorrem.

Muitos dos perfis de rugosidade analisados em operaes de engenharia so

obtidos por contado direto, atravs de um apalpador de um perfilmetro ou de um

rugosmetro. Dois grandes efeitos podem modificar a aquisio do perfil analisado, e

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consequentemente fornecer atravs destes aparelhos perfis de superfcie que no retratem a

realidade: a carga aplicada ao apalpador de leitura e o raio da ponta do apalpador.

Com relao a distoro causada pela carga aplicada ao apalpador, sumariamente

pode-se afirmar que praticamente impossvel obter uma leitura de perfil por contato, sem

que este contato no danifique a superfcie em questo, portanto alterando o perfil analisado e

diferenciando-o do registrado pelo aparelho. Existem outras alternativas para obter tais perfis

sem o contato fsico, atravs de uma maneira tica: microscpios de varredura eletrnica, por

exemplo, e outros casos de interferometria tica em que o perfil da superfcie adquirido por

meio de varredura de algum tipo de onda eletromagntica. Atravs destes pode-se registrar

perfis sem modificao alguma em sua estrutura, ao menos no nvel microscpico.

J a outra distoro comentada, provocada pelo efeito do raio do apalpador,

baseia-se no conceito que, por menor que seja o raio utilizado para coletar este perfil de

rugosidade, este sempre ser maior que zero. Consequentemente este apalpador no poder

reconhecer perfis de rugosidade cuja dimenso seja muito menor que a de seu raio, retratando

o perfil adquirido como uma curva tangente circunferncia descrita pelo raio de sua ponta.

Dependendo do nvel de detalhamento exigido em relao superfcie analisada, deve-se

optar por apalpadores de dimenses mais sutis. E mais uma vez, os mesmos sistemas

eletrnicos para obteno dos perfis sem contato podem ser aplicados para evitar este erro de

distoro na transcrio de um perfil. Entretanto, os microscpios de varredura no so

substitutos de rugosmetros e perfilmetros. So mais um complemento para a anlise

fornecida por estes aparelhos, uma vez que so equipamentos menos prticos, quase em

totalidade para uso de laboratrio, alm de serem limitados por uma distncia focal especfica,

que conforme a caracterstica do perfil pode condenar a sua obteno, principalmente se

tratando de superfcies mais irregulares.

Outro termo relevante a ser esclarecido a diferenciao dos dois parmetros de

qualidade superficial mais utilizados, ou seja, diferenciar o conceito de rugosidade em relao

aos erros de forma.

Uma definio bastante elucidativa proposta por Hutchings (1992), em que a

rugosidade consistiria de irregularidades de pequena escala de uma superfcie, enquanto que

erros de forma seriam uma medida do desvio de forma de uma superfcie de sua forma ideal

(por exemplo, plana, cilndrica ou esfrica). Este mesmo autor admite que a distino entre

os dois conceitos arbitrria, embora claramente envolva a escala de irregularidade paralela

superfcie.

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Aliado a estes dois termos, pode-se estabelecer ainda o termo de ondulao de

uma superfcie. Sua definio poderia ser consentida como toda ondulao peridica que

esteja em uma escala intermediria entre a rugosidade e o erro de forma.

Perda de Carga

Quando um liquido escoa de um ponto para outro no interior de um tubo, ocorrera

sempre uma perda de energia, denominada perda de presso (Sistemas de ventilao ou

exausto) ou perda de carga (Sistemas de bombeamento de lquidos). Esta perda de energia e

devida principalmente ao atrito do fluido com uma camada estacionaria aderida a parede

interna do tubo. Em outras palavras, quando uma camada do fluido entra em contato com a

parede do tubo ele acaba ganhando a mesma velocidade da parede da tubulao, ou seja, nula,

e passa a influir as partculas vizinhas por meio da viscosidade e da turbulncia, dissipando

energia.

No cotidiano a perda de carga e muito utilizada, principalmente em instalaes

hidrulicas. Por exemplo, quanto maior as perdas de cargas em uma instalao de

bombeamento, maior ser o consumo de energia da bomba. Para estimar o consumo real de

energia e necessrio que o calculo das perdas seja o mais preciso possvel.

O emprego de tubulaes no transporte de fluidos pode ser realizado de duas

formas: tubos fechados e canais abertos.

Entende-se ento que perda de carga e a energia perdida pela unidade de peso do

fluido quando este escoa.

Podemos classificar as perdas de duas formas: Perdas de carga distribudas ou

Primarias e Perdas de carga localizadas ou Secundarias. A perda de carga total e considerada

como a soma das perdas.

A perda de carga distribuda se deve aos efeitos do atrito no escoamento

completamente desenvolvido em tubos de seo constante. J a perda de carga localizada se

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deve ao fato dos vrios acessrios que uma tubulao deve conter como: vlvulas, registros,

luvas, curvas, etc.

Perda de Cargas Distribudas ou Primrias (Hd/Hf)

A parede dos dutos retilneos causa uma perda de presso distribuda ao longo do

comprimento do tubo, fazendo com que a presso total v diminuindo gradativamente ao

longo do comprimento.

A perda de carga maior pode ser expressa como a perda de presso para

escoamento completamente desenvolvido atravs de um tubo horizontal de rea constante.

Como a perda de carga representa a energia mecnica convertida em energia

trmica por efeitos de atrito, a perda de carga para escoamento completamente desenvolvido

em tubos de rea constante depende to somente dos detalhes do escoamento atravs do duto.

A perda de carga e independente da orientao do tubo.

Assim foi que meados do sculo 19 os engenheiros hidrulicos Remi P.G. Darcy

(1803-1858) e Julius Weisbach (1806-1871), apos inmeras experincias estabeleceram uma

das melhores equaes empricas para o calculo da perda de carga distribuda ao longo das

tubulaes, porem foi s em 1946 que Rouse vem a chama-la de "Darcy-Weisbach", porem

este nome no se torna universal ate perto de 1980. A equao de Darcy-Weisbach e tambm

conhecida por formula Universal para calculo da perda de carga distribuda.

Sendo:

= fator de resistncia ao escoamento ou fator de atrito (depende do regime do escoamento);

L= comprimento do tubo;

d= dimetro do tubo;

V= velocidade media do escoamento do fluido;

g= gravidade.

Lembrando que:

E conveniente relembrar que um escoamento pode ser classificado de duas

formas: turbulento ou laminar. No escoamento laminar ha um caminhamento disciplinado das

partculas fluidas, seguindo trajetrias regulares, sendo que as trajetrias de duas partculas

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vizinhas no se cruzam. J no escoamento turbulento a velocidade num dado ponto varia

constantemente em grandeza e direo, com trajetrias irregulares, e podendo uma mesma

partcula ora localizar-se prxima do eixo do tubo, ora prxima da parede do tubo.

Em geral, o regime de escoamento na conduo de fluidos no interior de

tubulaes e turbulento, exceto em situaes especiais, tais como escoamento a baixssimas

vazes e velocidades.

Perda de Cargas Localizadas ou Singular (Hl/Hs)

O escoamento em tubulaes pode exigir a passagem do fluido atravs de uma

variedade de acessrios, curvas e mudanas sbitas de rea. Perdas de cargas adicionais so

encontradas, sobretudo, como resultados da separao do escoamento. A energia e

eventualmente dissipada por forte mistura nas zonas separadas. Estas perdas sero

relativamente menores, se o sistema incluir longos trechos retos de tubo de seo constante.

Dependendo do dispositivo, as perdas de carga menores, ou localizadas, tradicionalmente

sero calculadas de duas formas:

Onde o coeficiente de perda, K, deve ser determinado experimentalmente para

cada situao, ou:

Onde:

Le = o comprimento equivalente do tubo reto.

Para escoamentos em curvas e acessrios de uma tubulao, o coeficiente de

perda, K, varia com a bitola (dimetro) do tubo do mesmo modo que o fator de atrito, f , para

o escoamento em um tubo de seo reta constante. Consequentemente, o comprimento

equivalente, Le/d, tende para uma constante para diferentes bitolas de um dado tipo de

acessrio.

Este tipo de perda de carga ocorre sempre que o escoamento do fluido sofre algum

tipo de perturbao, causada, por exemplo, por modificaes na seo do conduto ou em sua

direo. Tais perturbaes causam o aparecimento ou o aumento de turbulncias, responsveis

pela dissipao adicional de energia. As perdas de carga nesses locais so chamadas de perdas

de carga localizadas, ou perdas de carga acidentais, ou perdas de carga locais, ou ainda,

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perdas de carga singulares. Alguns autores denominam as mudanas de direo ou de seo

de singularidades.

Contudo, tambm se pode dizer que este tipo de perda e causado pelos acessrios

de canalizao isto e, as diversas pecas necessrias para a montagem da tubulao e para o

controle do fluxo do escoamento, que provocam variao brusca da velocidade, em modulo

ou direo, intensificando a perda de energia nos pontos onde esto localizadas. O

escoamento sofre perturbaes bruscas em pontos da instalao tais como em vlvulas,

curvas, redues, expanses, emendas entre outros.

Cavitao

A cavitao um fenmeno originado em quedas repentinas de presso,

geralmente observado em sistemas hidrulicos. A combinao entre a presso, temperatura e

velocidade resulta na liberao de ondas de choque e micro-jatos altamente energticos,

causando a apario de altas tenses mecnicas e elevao da temperatura, provocando danos

na superfcie atingida.

Para todo fluido no estado lquido pode ser estabelecida uma curva que relaciona

a presso temperatura em que ocorre a vaporizao. Por exemplo: na presso atmosfrica a

temperatura de vaporizao da gua de cerca de 100C. Contudo, a uma presso menor, a

temperatura de vaporizao tambm se reduz.

fato sabido e previsvel - com a ajuda do Teorema de Bernoulli - que um fluido

escoando, ao ser acelerado, tem uma reduo da presso, para que a sua energia mecnica se

mantenha constante. Considere-se um fluido no estado lquido escoando com uma

temperatura T0 e a uma presso P0.

Em certos pontos devido acelerao do fluido, como em um vertedor, em uma

turbina hidrulica, em uma bomba hidrulica, em um bocal ou em uma vlvula, a presso

pode cair a um valor menor que a presso mnima em que ocorre a vaporizao do fluido (Pv)

na temperatura T0. Ento ocorrer uma vaporizao local do fluido, formando bolhas de

vapor. A este fenmeno costuma-se dar o nome de cavitao (formao de cavidades dentro

da massa lquida). A cavitao comum em bombas de gua e de leo, vlvulas, turbinas

hidrulicas, propulsores navais, pistes de automveis e at em canais de concreto com altas

velocidades, como em vertedores de barragens.

Ela deve ser sempre evitada por causa dos prejuzos financeiros que causa devido

a eroso associada, seja nas ps de turbinas, de bombas, em pistes ou em canais.

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Estas bolhas de vapor que se formaram no escoamento devido baixa presso,

sero carregadas e podem chegar a uma regio em que a presso cresa novamente a um valor

superior Pv. Ento ocorrer a "imploso" dessas bolhas. Se a regio de colapso das bolhas

for prxima a uma superfcie slida, as ondas de choque geradas pelas imploses sucessivas

das bolhas podem provocar trincas microscpicas no material, que com o tempo iro crescer e

provocar o descolamento de material da superfcie, originando uma cavidade de eroso

localizada. Este um fenmeno fsico molecular e que se dissemina e tende a aumentar com o

tempo causando a runa dos rotores.

Na engenharia hidrulica e na engenharia mecnica grande a preocupao com a

cavitao, assim como com a abraso das areias e demais sedimentos transportados pela gua

no interior de bombas e turbinas, sobretudo devido aos prejuzos que podem causar nas

estaes elevatrias e nas turbinas e vertedores das usinas hidreltricas.

No se deve confundir o fenmeno qumico da corroso com os fenmenos fsicos

da cavitao e da abraso, embora os efeitos nas ps de bombas e de turbinas sejam parecidos,

assim como nas superfcies de concreto dos canais dos vertedores.

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ETAPA 2

Bombas Volumtricas

Podemos definir as bombas como sendo mquinas operatrizes hidrulicas que

entregam energia a uma massa lquida com a finalidade de transport-la de um ponto a outro

atendendo a certas condies de processo. As bombas recebem energia em seu eixo de uma

fonte externa e entregam parte desta energia ao lquido que circula em seu interior sob forma

de energia cintica, energia de presso ou ambas.

A relao entre a energia entregue a bomba e a energia cedida ao fludo recebe o

nome de rendimento da bomba.

As bombas de deslocamento positivo impelem uma quantidade definida de fluido

em cada golpe ou volta do positivo e o volume do fluido proporcional a velocidade.

Um exemplo das bombas volumtricas a de pisto onde seu mecanismo de funcionamento

se restringe a trs elementos mecnicos bsicos: CILINDRO, PISTO e VLVULAS. Com

esses 3 elementos cria-se um semi-vcuo numa extremidade da bomba e uma compresso

noutra extremidade conseguindo desta forma tirar o fluido de uma posio baixa e coloca-lo

numa posio mais alta.

Nas Bombas Volumtricas, ou de Deslocamento Positivo, a movimentao do

fludo causada diretamente pela ao do rgo de impulso da bomba que obriga o fludo a

executar o mesmo movimento a que est sujeito este impulsor (mbolo, engrenagens, lbulos,

palhetas).

D-se o nome de volumtrica porque o fludo, de forma sucessiva, ocupa e

desocupa espaos no interior da bomba, com volumes conhecidos, sendo que o movimento

geral deste fludo d-se na mesma direo das foras a ele transmitidas, por isso so chamadas

de deslocamento positivo. As Bombas Volumtricas dividem-se em:

mbolo ou Alternativas (pisto, diafragma, membrana);

Rotativas (engrenagens, lbulos, palhetas, helicoidais, fusos, parafusos, peristlticas).

So classificadas de acordo com o tipo do rgo mecnico que produz o

movimento e o respectivo movimento.

Bombas Centrifugas

Nas Bombas Centrfugas, ou Turbo-Bombas, a movimentao do fludo ocorre

pela ao de foras que se desenvolvem na massa do mesmo, em conseqncia da rotao de

um eixo no qual acoplado um disco (rotor, impulsor) dotado de ps (palhetas, hlice), o qual

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recebe o fludo pelo seu centro e o expulsa pela periferia, pela ao da fora centrfuga, da o

seu nome mais usual.

Em funo da direo do movimento do fludo dentro do rotor, estas bombas

dividem-se em:

Centrfugas Radiais (puras): A movimentao do fludo d-se do centro para a periferia

do rotor, no sentido perpendicular ao eixo de rotao; OBS.: Este tipo de bomba hidrulica o

mais usado no mundo, principalmente para o transporte de gua.

Centrfugas de Fluxo Misto (hlico-centrfugas): O movimento do fludo ocorre na

direo inclinada (diagonal) ao eixo de rotao;

Centrfugas de Fluxo Axial (helicoidais): O movimento do fludo ocorre paralelo ao

eixo de rotao.