Hoje entende-se, por hidráulica, a transmissão, controle de forças e movimentos por meio de fluidos.

Como meio de transmissão de energia se emprega, portanto um fluido. Este é, na maior parte dos casos, óleo mineral, podendo ser entretanto um fluido sintético, ou uma emulsão óleo-água.O campo da hidromecânica (mecânica dos fluidos) se divide em:

A) Hidrostática: Mecânica dos fluidos estáticos (teoria das condições de equilíbrio dos fluidos).

B) Hidrodinâmica: Mecânica dos fluidos em movimento (teoria da vazão).Um exemplo de hidrostática pura é a transmissão de forças na

hidráulica.Um exemplo de hidrodinâmica pura é a transformação de energia

dinâmica da água, nas usinas hidrelétricas.

Em Hidráulica a pressão operacional é geralmente indicada por p. Esta refere-se à pressão relativa.

A) Hidrostática - mecânica dos fluidos estáticos.

1.0 - Pressão hidrostática (pressão de coluna)

Em uma coluna de fluido ocorre uma pressão como conseqüência do peso da massa de fluido sobre uma determinada área. A pressão é dependente da altura (h) da coluna, da densidade (p) e da aceleração da gravidade (g).

Pressão de coluna p = p. g . h

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Tomando recipientes de formas diferentes, cheios com o mesmo fluido, a pressão, em um determinado ponto, dentro do fluido, depende apenas da altura da coluna acima do ponto.

A pressão hidrostática exerce uma força sobre o fundo do reservatório.

Caso a pressão, conforme mostra a figura, atua sobre superfícies iguais ( A1 =

A2 = A3 ), as forças resultantes serão também iguais. ( F1 = F2 = F3).

A lei de Pascal Resume-se em:

"A Pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido em repouso, transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido e atua perpendicularmente contra as paredes do recipiente que o contém". Este preceito explica o fato de uma garrafa de vidro quebrar-se caso sua rolha seja forçada a entrar, com o recipiente completamente cheio: o fluido, praticamente incompressível, transmite a pressão aplicada pela rolha ao fundo da garrafa, como a área do fundo é muito maior que a rolha, produz-se uma força no fundo, excessivamente alta a ponto de quebrá-la.

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- A pressão (força por unidade área), é transmitida em todos os sentidos de um líquido confinado.

Talvez, pela simplicidade da Lei de Pascal, é que o homem não percebeu o seu enorme potencial por dois séculos.

Somente, no princípio da Revolução Industrial, é que um mecânico britânico, Joseph Bramah, veio a utilizar a descoberta de Pascal para desenvolver uma prensa hidráulica.

Bramah, conclui que, se uma força moderada aplicada a uma pequena área, produz-se proporcionalmente, uma força maior numa área maior, o único limite à força de uma máquina seria a área em que se aplicasse a pressão. A figura demonstra como Bramah aplicou o princípio de Pascal à prensa hidráulica.

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A força aplicada é a mesma utilizada na rolha e o pistão menor tem a mesma área, ou seja, 1cm². O pistão maior tem 10cm².

O pistão maior é empurrado com 10kgf numa área de 1cm², para que possa suportar um peso de 100kgf. Observa-se que as forças que equilibram este sistema são proporcionais às áreas dos cilindros. Assim sendo, se a área de saída for de 200 cm², a força de saída será de 200 kgf (no caso, a cada cm² correspondem 10 kgf). Este é o princípio de operação de um macaco hidráulico ou de uma prensa hidráulica. É interessante notar a semelhança entre a prensa simples e uma alavanca mecânica (vista B).

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PRINCÍPIO DA MULTIPLICAÇÃO DE PRESSÃO:

Dois êmbolos de diâmetros diferentes são unidos entre si por uma haste. Atuando-se com a pressão P1 sobre a área A1, temos no êmbolo maior a força

F1. A força F1 é transmitida pela haste ao êmbolo menor. Essa força age sobre

a superfície A2 e provoca a pressão P2. Eliminando o atrito, teremos:

F1 = F2 = F

P1 . A1 = P2 . A2

Com isso teremos: P1 . A1 = F1

P2 . A2 = F2

Ou então: P1 = A2 P2 A1Em um multiplicador de pressão, as pressões são inversamente proporcionais às áreas.

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HIDRODINÂMICA (MECÂNICA DOS FLUIDOS EM MOVIMENTO):

Leis de vazão:

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

³Vazão Q = V ³³ t ³

Onde: Q = vazão em litros por minuto (L/min).V = volume em litros (L).t = tempo em minutos (min.).A = área da secção transversal.s = curso (comprimento).Volume V = A . s

Substituindo na fórmula da vazão.³ Q = A . s ³

³ t ³

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O cursos na unidade de tempo t é:

³ Velocidade ( V = S ) ³³ t ³

de onde podemos ter, com Q = A . v a Equação da continuidade.

³ A1 . V1 = A2 . V2 ³

³ ³³ Q1 = Q2 ³

CONSERVAÇÃO DA ENERGIA (Equação de Bernoulli):

A lei da conservação da Energia, nos diz que em um fluxo a energia permanece constante, enquanto não houver troca de energia com o exterior.

Deixando de lado as formas de energia que não se modificam no fluxo de um fluido, podemos dividir a energia total desta forma.

Energia potencial: energia de posição em função da altura da coluna de fluido. Energia de pressão (pressão estática).

Energia Cinética: energia de movimento em função da velocidade do fluxo, ( pressão dinâmica ).

Equação de Bernoulli.

Com relação à energia de pressão estática teremos:

pt = pst + p . g . h + p . V2

2

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g . h + P + V2 = constante p 2

Onde: pt = pressão total.

pst = pressão estática.

p.g.h = pressão da coluna de fluido.

p . V2 = pressão dinâmica. 2

FLUIDOS HIDRÁULICOS

INTRODUÇÃO:

A escolha e o cuidado com o fluido hidráulico para uma máquina terão um efeito importante no seu desempenho e na vida dos seus componentes.

A formulação e aplicação dos fluidos hidráulicos é por si mesma, uma ciência bem além da finalidade deste curso.

Neste módulo, encontraremos os fatores básicos envolvidos na escolha de um fluido e sua utilização adequada.

Um fluido, conforme definido é qualquer líquido ou gás. Entretanto, o termo fluido no uso geral em hidráulica se refere ao líquido utilizado com meio de transmitir energia.

Neste módulo o fluido significará fluido hidráulico. Seja ele um óleo mineral especialmente composto ou um fluido especial resistente ao fogo, que pode ser um composto sintético.

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AS FUNÇÕES DO FLUIDO

O fluido hidráulico tem 4 funções básicas:

- Transmitir energia;- Lubrificar as peças móveis;- Vedar as folgas entre estas peças;- Resfriar ou dissipar o calor.

* Transmissão de energia

Como meio de transmitir energia, o fluido precisa circular livremente nas linhas e passagens dos componentes. Muita resistência ao fluxo, cria uma perda de energia considerável. O fluido também precisa ser o mais incompressível possível para que a ação seja instantânea a partir de um comando.

* Lubrificação

Na maioria dos componentes hidráulicos, o fluido fornece a lubrificação interna. Os elementos da bomba e outras peças de desgaste deslizam sobre uma película de fluido.

Para maior durabilidade dos componentes o óleo precisa possuir os aditivos necessários para assegurar as características anti-desgaste. Nem todos os óleos hidráulicos contém esses aditivos.

A Vickers recomenda a nova geração de óleos hidráulicos industriais por conterem quantidades adequadas de aditivos anti-desgaste.

Para serviço geral em hidráulica, este óleos oferecem proteção superior contra o desgaste de bombas, motores e durabilidade no serviço.

Além disso, fornecem boa demulsibilidade (capacidade de isolar água) além de proteção contra a ferrugem.

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Esses óleos são conhecidos geralmente como óleos hidráulicos do tipo anti-desgaste. A experiência demonstrou que o óleo automotivo tipo "MS" (viscosidade SAE 10 W E 20 W) é excelente para o serviço hidráulico severo onde deve ter ausência ou pouca presença de água.

O único efeito adverso é que seu aditivo detergente tende a manter a água em emulsão e impedir a separação desta, mesmo a longo prazo.

É preciso notar que são poucos os problemas causados pela água no uso desses óleos nos sistemas hidráulicos.

A condensação normal não tem sido um problema. Os óleos "MS" são altamente recomendados para os sistemas hidráulicos de equipamento móbil (tratores, guindastes, empilhadeiras etc).

* Vedação

Em muitos casos, o fluido é a única vedação contra a pressão dentro de um componente hidráulico. Na figura anterior, não há anel de vedação entre o êmbolo e o corpo da válvula para diminuir o vazamento, entre a passagem de alta pressão e à de baixa pressão. O ajuste mecânico preciso e a viscosidade de óleo determinam o índice de vazamento.

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* Resfriamento

A circulação do óleo através das linhas e ao redor das paredes do reservatório, dissipa o calor gerado no sistema.

REQUISITOS DE QUALIDADE

Complementando essas funções básicas, o fluido hidráulico, deverá ter vários outros requisitos de qualidade, como:

Impedir ferrugem. Impedir a formação de lodo, goma e verniz. Diminuir a formação de espuma. Manter-se estável e conseqüentemente reduzir o custo de manutenção. Manter um índice de viscosidade relativamente estável, numa ampla faixa

de temperaturas. Impedir a corrosão e erosão. Separar a água. Compatibilidade com as vedações e gaxetas.

Esses requisitos de qualidade freqüentemente resultam de uma composição especial e nem sempre existentes em todos os fluidos.

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AS PROPRIEDADES DO FLUIDO

Vamos considerar as propriedades de um fluido hidráulico, que permitem executar as funções primárias e satisfazer alguns ou todos os requisitos de qualidade.

* Viscosidade

Viscosidade é um termo que classifica os fluidos em função de sua 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.Pode-se dizer que seja grosso ou muito encorpado.

* Viscosidade: um compromisso importante

Para qualquer máquina hidráulica, a viscosidade 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 o seguinte:

* Alta resistência ao fluxo.

* Aumento de consumo de energia devido as maiores perdas do atrito.

* Alta temperatura causada pelo atrito.

* Maior queda de pressão devido a resistência.

* Possibilidade de operação vagarosa.

* Dificuldade em separar o ar do óleo no reservatório.

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Se a viscosidade for baixa demais:

* O vazamento interno aumenta.

* Desgaste excessivo ou talvez engripamento, sob carga pesada, devido à decomposição química da película de óleo entre as peças móveis

* Pode reduzir o rendimento da bomba, com uma operação mais lenta do atuador.

* Aumento de temperatura devido à perdas por vazamento.

MEDINDO A VISCOSIDADE

Alguns métodos de medir a viscosidade, em ordem de exatidão decrescente são: Viscosidade Absoluta ou Dinâmica (Poise); Viscosidade Cinemática em centistokes; Viscosidade relativa em S.U.S. e SAE.

* Viscosidade Absoluta

Se considerarmos viscosidade como a resistência encontrada por uma camada de líquido que se move sobre outra, poderemos aplicar este conceito como base para o método de laboratório de medir a viscosidade absoluta.

A viscosidade em Poise será definida como a força por unidade de área necessária para mover uma superfície sobre outra, paralela, separada por uma película de óleo de um centímetro de espessura a uma velocidade de um centímetro por segundo.

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No sistema C.G.S. a força é expressa em dinas e a área em centímetros quadrados. Por outro lado, "Poise" é relação entre esforço de cisalhamento e a velocidade de escoamento do fluido.

1 poise = 1 Dina x seg. cm²

Uma unidade menor de viscosidade absoluta é o centipoise que é um centésimo de poise:

1 centipoise = 0.01 poise

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* Viscosidade cinemática

A definição de viscosidade cinemática resulta do uso de uma coluna de líquido para produzir fluxo através de um tubo capilar. O coeficiente de viscosidade absoluta, quando dividido pela densidade do líquido é chamado viscosidade cinemática. No sistema métrico, a unidade é o stoke, em centímetros ao quadrado por segundo. Um centistoke é um centésimo de stoke.

As conversões entre as viscosidades absoluta e cinemática são:

centipoise = centistoke x densidade.

centistoke = centipoise densidade

* Viscosidade relativa

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

Há vários métodos em uso. O método mais aceito ainda é o do "Viscosímetro de Saybolt", que mede o tempo em que determinada quantidade de líquido escoa através de um orifício. A viscosidade em segundos Saybolt universal (SSU) é igual ao tempo gasto em segundos para o escoamento da amostra.

PONTO DE FLUIDEZ

O ponto de fluidez é a temperatura mínima em que um líquido fluirá. É uma especificação muito importante se o sistema hidráulico estiver exposto a uma temperatura extremamente baixa. Como regra geral, o ponto de fluidez deverá estar 10°C abaixo da temperatura mínima de trabalho.

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CAPACIDADE DE LUBRIFICAÇÃO

As peças móveis de um sistema hidráulico necessitam uma folga suficiente para se movimentarem numa película de fluido.

Esta condição se chama película de lubrificação. Enquanto o fluido estiver com viscosidade adequada, as imperfeições mínimas nas superfícies das peças não se tocam.

Entretanto, em certos equipamentos de alto rendimento, o aumento da velocidade e pressão juntamente com as tolerâncias exigidas, fazem com que a película de fluido fique ainda mais fina.

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FLUIDOS RESISTENTES AO FOGO

Há 3 tipos básicos de fluidos hidráulicos incombustíveis:

1. Glicóis com água.2. Emulsões de água com óleo.3. Sintéticos.

* Características

Os glicóis com água geralmente têm boas características de resistência contra desgaste, desde que as altas velocidades sejam evitadas.

O fluido tem uma alta densidade (é mais pesado que o óleo), o que pode exigir maior depressão na entrada das bombas. Certos metais como zinco, cádmio e magnésio reagem com os glicóis e devem ser evitados nos sistemas.

A maioria dos materiais sintéticos para retentores são compatíveis com o glicol com água. Evita-se o uso de asbestos, couro e materiais impregnados de cortiça nos retentores rotativos, pois esses tendem a absorver água.

Algumas desvantagens desses fluidos são:

1. Necessidade de se verificar com freqüência a porcentagem de água e compensar sua evaporação a fim de se conservar a viscosidade desejada.

2. Ocorre a evaporação de alguns aditivos, reduzindo-se assim a vida útil do fluido bem com a dos componentes.

3. As temperaturas de trabalho precisam ser baixas para que a evaporação seja mínima.

4. O custo inicial e de manutenção, é maior que o dos óleos minerais.

Este fluido não combate o fogo, mas impede sua propagação, devido a evaporação da água que impede o contato do oxigênio com as chamas.

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SUBSTITUINDO ÁGUA-GLICOL

Quando se muda de óleo a base de petróleo para glicol com água num sistema, este deve ser inteiramente limpo e enxaguado. Recomenda-se remover a tinta original do interior do reservatório substituindo-se as peças de zinco, as banhadas de cádmio e certas conexões fundidas.

Pode ser necessário inclusive substituir as peças de alumínio, a não ser que estas estejam bem tratadas, assim como qualquer equipamento que não for compatível com o fluido.

EMULSÕES ÁGUA-ÓLEO

Os fluidos do tipo emulsão são os fluidos incombustíveis mais econômicos. Como os glicóis, estes dependem do conteúdo de água para torná-los resistentes ao fogo. Além da água e do óleo, as emulsões contém: emulsificadores, estabilizadores e outros aditivos.

ÓLEO EM ÁGUA

As emulsões de óleo em água contém partículas de óleo especialmente refinado, espalhadas na água. Dizemos que a água está em base contínua e as características do fluido são mais devidas à água do que ao óleo.

É altamente resistente ao fogo, tem baixa viscosidade e características de esfriamento excelentes. Pode-se incorporar aditivos para melhorar má lubricidade e para proteção contra ferrugem. No passado este fluido só era usado com bombas de baixa velocidade. Agora as bombas hidráulicas convencionais também podem ser usadas com este tipo de fluido.

ÁGUA COM ÓLEO

As emulsões de água em óleo são as mais comuns. Partículas de água ficam em suspensão numa base predominante de óleo.

Com o óleo, esses fluidos têm excelente lubricidade e consistência. E mais ainda, a água dispersa fornece ao fluido uma melhor capacidade de resfriamento.

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Inibidores da ferrugem são incorporados para ambas as bases, a de água e a de óleo. Aditivos anti-espumantes são também usados sem dificuldades.

Essas emulsões geralmente contém 40% de água. Entretanto, alguns fabricantes fornecem um fluido concentrado e o cliente adiciona água quando da instalação.

RESERVATÓRIOS

* Construção do Reservatório

Um reservatório industrial típico conforme as normas da indústria é mostrado na figura abaixo. O tanque é construído soldando-se placas de aço com suportes adequados, separando a unidade do chão. O interior do tanque é pintado com tinta especial para reduzir a ferrugem que possa resultar da condensação da umidade. Esta tinta precisa ser compatível com o fluido usado.

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O reservatório é projetado para facilitar a manutenção do fluido. O fundo do tanque é feito de maneira que o óleo possa ser drenado através de um bujão. Tampas de fácil remoção, como as mostradas, são desejáveis para se poder limpar o tanque. É recomendável o uso de visores para facilitar as verificações do nível do fluido. Na abertura para o abastecimento do fluido existe uma tela filtrante para evitar que se contamine o fluido durante o reabastecimento.

* Respiro

Um tampão com respiro é utilizado na maioria dos tanques e este deve ter um filtro de ar adequado para não alterar a pressão no interior do tanque, esteja ele cheio ou vazio. Em geral, quanto maior for a vazão tanto maior deve

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ser o respiro. Em reservatórios pressurizados naturalmente, não se usa respiro, e sim uma válvula para regular a pressão interna.

* Chicana

Um chicana, que se estende longitudinalmente através do centro do tanque deve ter uma altura de 2/3 do nível do fluido, é usada para separar a linha de entrada da de retorno evitando assim a recirculação contínua do mesmo óleo.

Assim, a chicana:

1. Evita turbulência no tanque;

2. Permite o assentamento de materiais estranhos;

3. Ajuda a separar o ar do fluido;

4. Ajuda a dissipar o calor através das paredes do tanque.

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FILTROS

O fluido hidráulico é mantido limpo no sistema, principalmente por dispositivos tais como filtros.

Utilizam-se também bujões magnéticos para captar partículas de aço no fluido. Estudos recentes indicaram que mesmo partículas muito pequenas, de 1 até 5 microns têm efeitos degradantes, causando falhas no sistema e acelerando a deterioração do óleo em muitos casos.

* Relação entre Malha e Micron

Uma tela metálica simples é classificada pela capacidade de filtrar, por um número de malha ou seu equivalente. Quanto mais alto o número da malha mais fina é a tela.

Os filtros feitos de outro material, são classificados pelo tamanho micron. Um micron é equivalente a um milionésimo (1/1.000.000) de um metro. A menor partícula que o olho humano pode ver, tem aproximadamente 40 microns.

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* Especificações Nominais e Absolutas

Quando se especifica um filtro em microns, refere-se à especificação nominal do filtro. Um filtro de 10 microns, por exemplo, reterá a maioria das partículas de 10 microns ou de tamanho maior.

A capacidade absoluta, entretanto, será um pouco maior, provavelmente ao redor de 25 microns.

A especificação absoluta, é efetivamente, o tamanho da menor partícula a ser retida e é um fator importante somente quando for imperativo que nenhuma partícula de um tamanho específico possa circular no sistema.

* Filtros para Linhas de Sucção

Em um sistema hidráulico, o filtro pode estar localizado em três áreas distintas: na linha de entrada, na linha de pressão, ou na linha de retorno. Os filtros de tela metálica, são geralmente usados para as linhas de sucção.

Os filtros micrômicos são geralmente usado nas linhas de retorno.Um filtro de malha 100, que serve para óleo fino, protege a bomba de

partículas de 150 microns ou maiores.Há também filtros para linha de sucção que são montados fora do

reservatório bem próximo à bomba. Este também são de malha grossa. Este filtro, normalmente como elemento de celulose, cria uma queda de pressão às vezes não tolerável numa linha de sucção.

* Filtros para Linhas de Pressão

Existem filtros projetados para uso nas linhas de pressão que podem reter as partículas bem menores que os filtros de sucção. Um filtro assim pode ser aplicado onde os componentes, tais como válvulas, toleram menos sujeira do que uma bomba. Naturalmente, estes filtros precisam resistir à pressão do sistema e são instalados na saída das bombas.

* Filtros para Linhas de RetornoEstes filtros também podem reter partículas muito finas antes que o

fluido retorne para o reservatório. São úteis principalmente em sistemas que não têm grandes reservatórios para permitirem o assentamento dos contaminantes. Um filtro de retorno é quase que obrigatório em sistemas que

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utilizam bombas de alto rendimento, pois estas possuem tolerâncias pequenas em suas peças e não podem ser protegidas suficientemente apenas por um filtro de sucção.

* Materiais Filtrantes

Os tipos de materiais filtrantes são classificados em mecânicos absorventes ou adsorventes.

Os filtros mecânicos operam com telas ou discos de metal para reter as partículas. A maior parte dos filtros mecânicos é de malha grossa.

Absorvente - Adsorventes ou ativos, tais como carvão não devem ser usados nos sistemas hidráulicos pois podem eliminar os aditivos essenciais do fluido hidráulico.

Absorvente - Esses filtros são usados para reter as partículas minúsculas nos sistemas hidráulicos. São feitos de material poroso como: papel, polpa de madeira , algodão , fios de algodão ou lã e celulose. Os filtros de papel são banhados com resina para fortifica-los.

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* Os tipos de Elementos Filtrantes

São construídos de várias maneiras:

O tipo de superfície é o mais comum. Este tipo de filtro é feito de tecido trançado ou então de papel tratado, que permitem a passagem do fluido. Um controle preciso de porosidade é típico nos elementos tipo superfície.

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VÁLVULAS DE PRESSÃO

INTRODUÇÃO

As válvulas controladoras de pressão assumem diversas funções nos sistemas hidráulicos, tais como: estabelecer a pressão máxima, reduzir a pressão de certas linhas do circuito, estabelecer seqüências de movimentos e outras. A base de operação dessas válvulas é um equilíbrio entre pressão e a força de uma mola. A maioria é de posicionamento infinito; isto é, a válvula pode assumir várias posições entre a de totalmente aberta e a de totalmente fechada, dependendo da vazão e da diferença de pressão. As válvulas controladoras de pressão, são usualmente chamadas por suas funções primárias, ou seja válvulas de segurança, de seqüência, de frenagem etc... Elas são classificadas pelo tipo de conexões, pelo tamanho e pela faixa de pressões de trabalho. As válvulas discutidas neste módulo são as controladoras de pressão usadas na maioria dos sistemas hidráulicos industriais.

VÁLVULA DE SEGURANÇA (Alívio de Pressão)

A válvulas de segurança estão presentes em praticamente todos os sistemas hidráulicos. É uma válvula normalmente fechada, situada entre a linha de pressão (saída da bomba) e o reservatório. Sua função é a de limitar a pressão no sistema a um ajuste máximo predeterminado, pelo desvio de uma parte ou de toda a vazão da bomba ao reservatório quando o ajuste da válvulas é alcançado.

VÁLVULA DE SEGURANÇA SIMPLES OU DIRETAMENTE OPERADA

Uma válvula de segurança simples ou de ação direta pode ser nada mais que uma esfera ou pistão assentada ao corpo por uma mola forte.

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Enquanto a pressão na entrada não for suficiente para vencer a força da mola, a válvula permanece fechada. Quando se alcança a pressão ajustada a esfera ou pistão são deslocados de sua sede permitindo que o fluxo passe a reservatório enquanto a pressão for mantida.

Na maioria dessas válvulas, existe uma parafuso de ajuste para variar a tensão da mola. Assim, a válvula pode ser regulada para abrir a qualquer pressão dentro da faixa especificada.

* Sobrepressão

A pressão em que a válvula começa a abrir para desviar o fluxo é chamada pressão de abertura. À medida que o fluxo vai aumentando através da válvula, o pistão é forçado mais para fora da sede aumentando assim a compressão da mola.

Portanto, quando a válvula estiver permitindo a passagem de vazão máxima, a pressão será consideravelmente maior que a de abertura.

A diferença entre a pressão de passagem total e a pressão de abertura é a sobrepressão. Algumas vezes esta sobrepressão pode ser tolerada.

Em outros casos, ela ocasiona um desperdício de energia devido à perda de fluido através da válvula antes de se atingir o ajuste máximo, podendo

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inclusive permitir que a pressão máxima exceda os limites de outros componentes.

Onde for desejável, diminuir esta sobrepressão, deve-se usar uma válvula pré-operada.

VÁLVULA DE SEGURANÇA PRÉ-OPERADA

Esta válvula opera em dois estágios. O estágio piloto no corpo superior contém a válvula limitadora de pressão e um pequeno pistão é mantido na sede por uma mola ajustável. Os pórticos se encontram no corpo inferior, e o desvio de fluxo é conseguido devido ao deslocamento de um pistão balanceado localizado neste corpo.

* Pistão Balanceado

O pistão balanceado é assim chamado porque em operação normal, está hidraulicamente equilibrado. A pressão na entrada, agindo por baixo do pistão, está presente também na parte superior através de um furo no próprio pistão. Para qualquer pressão inferior à predeterminada, o pistão se assenta com a ajuda de uma mola fraca. Quando se assenta com a ajuda de uma mola fraca. Quando a pressão alcança o ajuste da mola, o pistão é forçado para fora de sua sede, limitando a pressão na câmara superior.

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VÁLVULA LIMITADORA DE PRESSÃO PRÉ-OPERADA COM DESCARGA POR SOLENÓIDE

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A válvula mostrada anteriormente é agora combinada com uma válvula direcional 2/2 acoplada diretamente.

Na posição inicial, a válvula direcional bloqueia o canal de pressão no qual tem conexão com o cone de pré-operação. A válvula limitadora de pressão funciona nesse caso como descrito anteriormente.

Quando o êmbolo da válvula direcional é acionado para a esquerda através do solenóide, se estabelece a conexão entre o tanque e a zona de pressão; esta se descomprime e permite ao êmbolo deslocar-se para cima sendo desviado um grande fluxo de fluido ao tanque, quase sem pressão; esta se descomprime e permite ao êmbolo deslocar-se para cima sendo desviado um grande fluxo de fluido ao tanque, quase sem pressão, contra a força da mola (aprox. 3 bar).

Exemplos de aplicação: funcionamento inicial da bomba sem pressão, ou em instalações paradas com circulação de fluido em baixa pressão, tendo como conseqüência, um consumo mínimo de energia.

Dados técnicos:Tamanho nominal: TN 8 a 82Pressão operacional: até 315 bar

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Vazão: até 3500 l/min

VÁLVULA DE CONTRABALANÇO, TIPO "RC"

Uma válvula de contrabalanço é utilizada para controlar um cilindro vertical, de modo que seja evitada a sua descida livre pela força de gravidade. O pórtico primário da válvula tipo "RC" é ligado ao pórtico inferior do cilindro enquanto o pórtico secundário é ligado à válvula direcional.

A regulagem desta válvula deve ser um pouco superior à pressão necessária para manter a carga.

Quando a vazão da bomba for dirigida ao lado superior do cilindro, o pistão é forçado a descer, causando um aumento de pressão no pórtico de entrada da válvula, levantando o êmbolo e abrindo uma passagem para a descarga através do pórtico secundário, à válvula direcional e daí para o tanque.

Nos casos onde for desejável remover a contrapressão do cilindro e aumentar a força no final do curso, esta válvula pode ser operada remotamente.

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Quando o pistão subir (vista B), a válvula de retenção incorporada se abre, permitindo fluxo livre para o retorno do pistão.

A válvula pode ser drenada internamente. Quando se abaixa o pistão para prensar (vista A), a válvula está aberta e o pórtico secundário está ligado ao tanque. Na situação inversa, não há problema se houver pressão na passagem de dreno, porque a válvula de retenção permite passagem livre.

VÁLVULA DE SEQÜÊNCIA DE PRESSÃO PRÉ-OPERADA

Símbolo

Representação de uma válvula de conexão de pressão para utilização como válvula de seqüência.

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VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO

As válvulas redutoras de pressão são controladoras de pressão normalmente abertas, utilizadas para manter pressões reduzidas em certos ramos de um sistema.As válvulas são atuadas pela pressão de saída, que tende a fecha-la quando é atingido o ajuste efetuado, evitando assim um aumento indesejável de pressão. As válvulas redutoras podem ser de ação direta ou operadas por piloto.

VÁLVULAS REDUTORA DE PRESSÃO DE AÇÃO DIRETA

Esta válvula é mostrada na figura abaixo. Ela usa um êmbolo acionado por uma mola, que controla a pressão de saída.

Se a pressão na entrada for menor que o ajuste da mola, o fluido escoará livremente da entrada para a saída.

Uma passagem interna ligada à saída da válvula, transmite a pressão de saída ao êmbolo contra a mola. Quando a pressão na saída se eleva ao ajuste

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da válvula, o êmbolo se move bloqueando parcialmente o pórtico da saída. Apenas um fluxo suficiente para manter o ajuste pré-fixado passa para a saída.

Se a válvula fechar completamente, o vazamento através do êmbolo poderia aumentar a pressão no circuito principal. Entretanto, um dreno contínuo ao tanque faz com que a válvula se mantenha ligeiramente aberta evitando um aumento de pressão além do ajuste da válvula. A válvula tem uma passagem separada para conduzir este vazamento ao tanque.

VÁLVULAS REDUTORAS DE PRESSÃO PRÉ-OPERADAS

A válvula redutora de pressão pilotada, tem uma ampla faixa de ajuste e geralmente oferece um controle mais preciso. A pressão de operação é ajustada por uma mola regulável no estágio piloto, localizado no corpo superior. O êmbolo da válvula, no corpo inferior, funciona da mesma maneira que a válvula redutora de ação direta, explicada anteriormente. Na vista A, mostra a condição onde a pressão é menor que o ajuste da mola.

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A – A PRESSÃO DO SISTEMA É INFERIOR AO AJUSTE DA VÁLVULA

B – REGULANDO A PRESSÃO DO SISTEMA SECUNDÁRIO

- Válvula redutora de pressão operada por piloto.

O êmbolo está hidraulicamente balanceado, através de um orifício no seu centro, e uma leve mola o mantém na posição aberta. Na vista B, a pressão atingiu o ajuste da válvula, e o piloto dirige à passagem de dreno, limitando assim a pressão sobre o êmbolo. O fluxo através do orifício do êmbolo cria uma diferença de pressões que levanta o êmbolo forçando-o contra a mola. O êmbolo fecha parcialmente o pórtico de saída e provoca uma queda de pressão no sistema secundário.

Mais uma vez, o pórtico de saída não está inteiramente fechado. Mesmo que não haja fluxo no sistema secundário, haverá sempre um dreno contínuo de 1 a 2 litros por minuto através do orifício do êmbolo e do piloto ao tanque.

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BOMBAS HIDRÁULICAS

INTRODUÇÃO:

A bomba é provavelmente o componente mais importante e menos compreendido no sistema hidráulico. Sua função é a de converter a energia mecânica em energia hidráulica, recalcando o fluido hidráulico ao sistema.

As bombas são feitas em vários tamanhos e formas, mecânicas e manuais com diversos mecanismos de bombeamento e para diversas aplicações. Todas as bombas, entretanto, são classificadas em uma de duas categorias básicas: Hidrodinâmica ou Hidrostática.

a) HidrodinâmicaAs bombas de deslocamento não positivo, por exemplo, as centrífugas,

são usadas normalmente na transferência de fluidos, onde a resistência ao escoamento é provocada apenas pelo peso do fluido e pelos atritos conseqüentes ao escoamento. A maioria das bombas de deslocamento não positivo, opera pela força centrífuga onde o fluido, ao entrar na bomba, é expelido para a saída por meio de um impulsor que gira rapidamente.

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Não existe uma vedação positiva entre os pórticos de entrada e de saída e as capacidades de pressão dependem da velocidade de giro. Embora estas bombas forneçam um fluxo suave e contínuo, sua vazão diminui quando a resistência aumenta. É possível bloquear completamente o pórtico da saída em pleno funcionamento da bomba. Por estas razões, as bombas de deslocamento não positivo são raramente usadas em sistemas hidráulicos. b) Hidrostática

As bombas de deslocamento positivo fornecem uma dada quantidade de fluido para cada rotação ou ciclo. A vazão, à exceção de perdas por vazamento é independente da pressão, tornando-se adequadas para transmitir força.

BOMBAS DE ENGRENAGENS

A bomba consiste de duas engrenagens, sendo uma motriz acionada pelo eixo e outra movida, montadas numa carcaça com placas laterais (chamadas placas de desgaste ou pressão).

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As engrenagens giram em sentidos opostos criando uma depressão na câmara de entrada da bomba. O fluido introduz-se nos vãos dos dentes e é transportado junto à carcaça até a câmara de saída. Ao se engrenarem novamente, os dentes forçam o fluido para a abertura de saída. A alta pressão na abertura de saída impõe uma carga radial desbalanceadora nas engrenagens e nos rolamentos que as apóiam. A figura abaixo, ilustra uma bomba típica de engrenagens com dentes internos, nesta, as câmeras de bombeamento são formadas entre os dentes das engrenagens.

Uma vedação em forma de meia lua é montada entre as engrenagens e localizada no espaço entre a abertura de entrada e de saída, onde a folga entre os dentes das engrenagens é máxima.

* Características das Bombas de Engrenagens

A maioria das bombas de engrenagens é de deslocamento fixo. Elas existem numa faixa de pequenas a grandes vazões.

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Devido ao fato de serem do tipo não balanceado, são geralmente unidades de baixa pressão, porém existem bombas de engrenagens que atingem até 200 bar. Com o desgaste, o vazamento interno aumenta.

Entretanto, as unidades são razoavelmente duráveis e toleram a sujeira mais do que outros tipos. Uma bomba de engrenagens com muitas câmaras de bombeamento, gera freqüências altas e portanto tende a fazer mais barulho, porém, foram feitos muitos melhoramentos nestes últimos anos, com o intuito de diminuir o nível de ruído.

BOMBAS PALHETAS

O princípio de funcionamento de uma bomba de palhetas é mostrado na figura abaixo. Um motor provido de ranhuras gira dentro de um anel excêntrico. Nas ranhuras do rotor são colocadas as palhetas as quais entram em contato com a face interna do anel quando o rotor gira.

A força centrífuga e a pressão sob as palhetas as mantém contra o anel. Formam-se câmaras de bombeamento entre palhetas, rotor, anel e as duas placas laterais. Na abertura de entrada, a pressão diminui quando aumenta o volume entre o rotor e o anel. O óleo que entra neste volume fica preso nas câmaras, sendo empurrado para a abertura de saída quando este volume

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diminui. A vazão da bomba depende da espessura do anel e do rotor, bem como do contorno do anel.

BOMBAS TIPO NÃO BALANCEADO

A construção da bomba é do tipo não balanceado e o eixo sofre uma carga radial quando houver pressão no sistema e portanto, no rotor. Esta construção do tipo não balanceado é limitada, em grande parte, à bomba de deslocamento variável.

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O deslocamento desta bomba pode ser modificado através de um controle externo, tal como um volante ou então, um compensador de pressão. O controle movimenta o anel mudando a excentricidade entre o anel e o rotor, reduzindo ou aumentando, conforme a posição do anel e câmara de bombeamento.

CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO DE BOMBAS DE PALHETAS

As bombas de palhetas cobrem uma faixa de pequena a grande vazão, com pressões de trabalho de até 200 bar. São seguras, de fácil manutenção. A superfície interna do anel e as pontas das palhetas, são os pontos de maior desgaste, e esses são compensados pelas palhetas que podem se mover mais nas ranhuras do rotor. A limpeza e um fluido apropriado são essenciais para uma vida longa em serviço. Recomenda-se óleo de petróleo com boas características antidesgaste. Entretanto, muitas bombas tem trabalhado, com sucesso com fluidos sintéticos.

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BOMBAS DE PISTÕES RADIAIS TIPO R2 COM 3,5 E 7 ELEMENTOS

Em uma bomba de pistões radiais os pistões estão dispostos em forma de estrela, radialmente ao eixo de acionamento. O movimento dos êmbolos é feito no sentido radial, isto é, perpendicular ao eixo. O fluxo nas bombas de pistões radiais é comandado utilizando-se o princípio de válvulas ou de ranhuras, podendo ser de volume de deslocamento constante ou variável. As bombas ainda podem ser divididas em mais dois grupos distintos. Curva de acionamento interno (os êmbolos são dispostos externamente) e curva de acionamento externo (os êmbolos são dispostos internamente). Na figura abaixo é mostrada uma bomba comandada por válvulas com pista interna autosuccionante e vazão fixa.

Constitui-se basicamente de: carcaça 1, eixo excêntrico 2 e elementos de bombeamento 3, com êmbolo 4, válvula de sucção 5 e válvula de pressão 6.

Um elemento de bombeamento, observando separadamente, é uma bomba de um pistão fixada na carcaça. Os êmbolos são guiados nos elementos de bombeamento, e se movimentam, pressionados por molas contra o eixo excêntrico.

Cada êmbolo efetua um curso duplo para uma rotação do eixo. Com a rotação do eixo excêntrico, succiona-se o fluido (em azul) por um orifício axial, que é arremessado para fora, através de orifícios radiais e dirigido para as válvulas de sucção

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BOMBAS DE PISTÃO AXIAL COM PLACA INCLINADA

Em bombas de pistão do tipo axial, o conjunto de cilindros e o eixo estão na mesma direção e os pistões se movimentam paralelamente ao eixo de acionamento. O tipo mais simples é mostrado na figura abaixo. Um eixo gira o bloco de cilindros. Os pistões são ajustados aos cilindros e apoiados por sapatas sobre uma placa inclinada.

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Quando se gira o conjunto as sapatas seguem a inclinação da placa, causando um movimento alternado dos pistões no seus cilindros.

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Os pórticos são localizados de tal maneira que a linha de sucção se situe onde os pistões começam a recuar e a abertura de saída onde os pistões começam a ser forçados para dentro dos cilindros no conjunto.

VÁLVULAS DE BLOQUEIO

VÁLVULAS DE RETENÇÃO

Uma válvula de retenção pode funcionar como uma válvula direcional ou como um controle de pressão.

Entretanto, uma válvula de retenção nada mais é que uma válvula que permite fluxo livre em uma direção e bloqueia o fluxo no sentido contrário.

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O Símbolo gráfico correto de uma válvula de retenção indica duas posições, uma aberta e outra fechada. É um desenho complicado e não muito usado para uma válvula tão simples.

Universalmente, o simples símbolo de uma esfera e um assento é usado e assim será mostrado por todo este manual para designar uma válvula de retenção.

VÁLVULAS DE RETENÇÃO COM DESBLOQUEIO HIDRÁULICO

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À Esquerda: Válvula de retenção pilotada, com conexão por roscas.À direita: Válvula de retenção geminada, para montagem como placa intermediária.

Ao contrário da retenção simples, a retenção pilotada também pode permitir a vazão no sentido do bloqueio.Estas válvulas podem ser utilizadas por exemplo:

- Para bloquear um circuito hidráulico sob pressão.

- Como segurança, para impedir o retorno da carga, no caso de ruptura de tubulação ou falta de pressão.

- Para evitar avanços lentos de consumidores hidráulicos, devido a vazamentos.

Ak = Área do êmbolo no cilindro (cm²).

AR = Área da coroa circular no cilindro (cm²).

F = Carga no cilindro (daN).

A2 = Área do cone de descompressão.

O circuito seguinte permite a visualização das relações dadas para a equação da pressão necessária para a pilotagem.

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A figura também mostra ao mesmo tempo, que a conexão A da válvula deve estar sem pressão na ocasião do bloqueio. A pressão na conexão A atuaria em sentido contrário à pressão de comando no êmbolo de pilotagem.

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VÁLVULA DE RETENÇÃO COM DESBLOQUEIO HIDRÁULICO GEMINADA

Símbolo simplificado.

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Símbolo detalhada

No sentido de A para A1 e de B para B1, o fluxo é livre. De A1 para A

e de B1 para B, o fluxo está bloqueado.Se a válvula receber o fluxo de A para A1 o êmbolo de pilotagem 3 é

deslocado para a direita e levanta o cone do assento da válvula de retenção 2. Desta forma o fluxo de B1 para B é liberado. Da mesma forma a válvula funciona quando o fluxo tem sentido de B para B1.

O esquema seguinte mostra a função de uma válvula de retenção com desequilíbrio hidráulico geminada.

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As duas conexões de cilindro estão bloqueadas sem vazamentos. Quando o cilindro está parado em determinada posição, não pode ser movimentado, nem mesmo por forças externas. Isto quer dizer que, por exemplo, um cilindro nesta situação, mesmo sob carga por períodos de tempo prolongados, não se moverá nem sequer lentamente.

Para garantir um fechamento seguro dos dois cones de assentamento é necessário despressurizar as conexões A e B da válvula direcional com a linha de retorno, quando a mesma estiver na posição central.

Uma válvula de retenção geminada, normalmente é colocada como uma placa intermediária entre a válvula direcional e a placa de ligação. Válvulas com tamanhos nominais maiores são construídas com cone de descompressão.

Dados técnicos das válvulas de retenção com desbloqueio hidráulico geminadas.Tamanhos nominais: 6 a 22Vazão: até a 300 l/min.Pressão operacional: até 315 barPressão de abertura: 0,5 bar (TN 6, 10) 1,0 bar (TN 16, 22)

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VÁLVULA DE SUCÇÃO OU DE PRÉ-ENCHIMENTO

As válvulas de sucção são válvulas de retenção pilotadas, e de grandes dimensões. São utilizadas principalmente para preenchimento do volume em grandes cilindros, e para fechamento quando o circuito principal de trabalho é submetido à pressão, como, por exemplo, em prensas. Para melhor compreensão, a função será explicada com auxílio do desenho em corte e um esquema de aplicação.

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O cone de descompressão 1 e 0 cone principal 2 são mantidos em seus assentos pela mola 3. A mola 4 mantém o êmbolo de comando 5 em sua posição inicial.

A conexão A é conectada com um reservatório instalado acima do cilindro. Sobre os cones 1 e 2 atua a pressão da correspondente coluna do fluido.

Ao mover-se o cilindro para baixo, seja por seu próprio peso com o alívio da área AR ou através do sistema de cilindros auxiliares de ação "rápida" é criada na câmara superior, do lado da área do êmbolo Ak, uma depressão. Essa depressão atua, na conexão B da válvula de sucção na parte posterior dos cones de bloqueio, estes se levantam de seus assentos permitindo a passagem para o reservatório. Com isto, no avanço, o cilindro succiona o fluido do reservatório.

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VÁLVULAS DIRECIONAIS

VÁLVULAS CENTRADAS POR MOLAS, COM MOLA FORA DE CENTRO E SEM MOLA.

Os termos se referem à utilização de molas para o retorno dos êmbolos das válvulas às posições normais.

Uma válvula centrada por molas, utiliza-se para centrar o êmbolo quando sobre este não mais existir esforço. Uma válvula com mola fora de centro é uma válvula com duas posições. O êmbolo volta à uma posição extrema por força de mola, quando cessa a operação.

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Uma válvula sem molas sempre precisa ser atuada por um controle externo. O êmbolo pode até flutuar entre duas posições na falta de controle, a não ser que tenha um pino de retenção (detente), ou um atrito suficiente para manter o êmbolo numa determinada posição. Por esta razão é uma boa prática manter a válvula sob controle durante todo o ciclo.

TIPOS DE CENTROS DOS CARRETÉIS

A maioria das válvulas de 3 posições é fabricada com uma variedade de êmbolos intercambiáveis. Todos os êmbolos para 4 vias têm as passagens de fluxo idênticas quando acionadas, porém as passagens centrais diferentes conforme a figura abaixo.

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Tipo de centro aberto interliga todos os pórticos e a vazão da bomba flui para o tanque a baixa pressão. O centro da bomba flui para o tanque a baixa pressão.

O centro fechado bloqueia todos os pórticos, assim a vazão da bomba pode ser usada para outras operações no circuito, caso contrário, fluirá ao tanque através da válvula de segurança, à pressão de trabalho.

Outros tipos de centro bloqueiam pórticos selecionados, mantendo outros abertos. O tipo tandem tem os dois pórticos de cilindro bloqueados na posição neutra, porém o pórtico de pressão está aberto ao tanque, permitindo assim, ligar duas ou mais válvulas em série ou "tandem".

Os êmbolos podem ser mantidos em sua posição central das molas, pinos de retenção (detentes) ou então pela pressão, que é o meio mais rápido e positivo.

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SÉRIE "DG4"

As válvulas da série DG4, são do tipo êmbolo deslizante, construídas para operar por solenóides.

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As válvulas da série DG4 são operadas por solenóide

As conexões para os pórticos são feitas através de uma subplaca, permitindo a fácil remoção do corpo para manutenção ou substituição.

Os solenóides são unidades a parte, do tipo que empurra o êmbolo e são parafusados às extremidades do corpo da válvula.

A capacidade nominal de vazão destas válvulas varia de 40 a 80 litros por minuto. São construídas para funcionar em três posições centradas por molas, em duas posições com mola fora de centro ou ainda sem molas (detentes).

FONTES DE PRESSÃO PILOTO

Normalmente, a pressão piloto é fornecida na válvula DG5 através de uma passagem interna do pórtico P da válvula principal.

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Nos casos em que o pórtico de pressão na posição central seja ligado ao

tanque, será necessário instalar uma válvula de retenção na linha de retorno para criar uma pressão piloto.

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Existem condições onde é desejado ou necessário usar uma fonte externa para pressão piloto. Nestes casos, a conexão de piloto interno é fechada com um bujão no corpo da válvula e o fluxo piloto é conectado a um pórtico separado na subplaca. Uma conexão, antes da válvula de retenção ligada à linha de pressão, conforme demonstra a figura anterior, é um método de conseguir pressão piloto externa. Entretanto, alguns modelos da válvula DG5 possuem uma válvula de retenção no corpo para este fim. O óleo piloto, então, é disponível internamente.

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PILOT CHOKE (Restrição no Piloto)

Um "pilot choke" pode ser incorporado para proporcionar um meio de regular independentemente a velocidade do movimento do êmbolo em qualquer direção, obtendo-se assim reversões suaves.

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- Válvula reguladora da velocidade de reversão pode ser montada emválvulas DG3 e DG5.

CONTROLE DE VAZÃO

INTRODUÇÃO

As válvulas controladoras de vazão são usadas para regular a velocidade. Nos módulos anteriores foi mencionado que a velocidade de um atuador depende da quantidade de óleo a ele bombeada por unidade de tempo.

É possível regular o fluxo com uma bomba de deslocamento variável, porém em muitos circuitos é mais prático usar uma bomba de deslocamento fixo e regular o fluxo com uma válvula de controle de vazão.

OS MÉTODOS DE CONTROLAR O FLUXO

Existem 3 maneiras de se aplicar válvulas controladoras de fluxo para controlar as velocidades de atuadores:

- "Meter-in", controle de fluxo na entrada do atuador. - "Meter-out", controle de fluxo na saída do atuador. - "Bleed-off", uma sangria da linha de pressão ao tanque (derivação).

a) Controle na Entrada (Meter-in)Nessa operação, a válvula controladora de vazão é colocada entre a

bomba e o atuador.

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Desta maneira, está válvula controla a quantidade de fluido que "entra" no atuador. A vazão da bomba em excesso, isto é quantidade de óleo além da controlada, é desviada para o tanque através da válvula de segurança.

Com a válvula instalada na linha do cilindro, conforme mostrado, a vazão é controlada em apenas um sentido. Será necessário incluir uma válvula de retenção em paralelo com a válvula para permitir o retorno livre do fluxo.

VÁLVULAS DE CONTROLE DE VAZÃO

São duas as categorias básicas para válvulas controladoras de vazão.Com compensação à pressão e sem compensação à pressão. A última é

usada onde as pressões permanecem relativamente constantes e pequenas variações da velocidade não são críticas.

Pode-se controlar a vazão com uma restrição fixa ou então uma válvula de agulha variável, porém existem unidades mais sofisticadas que incorporam uma válvula de retenção, para o retorno livre do fluxo.

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O uso de válvulas controladoras de vazão sem compensação à pressão é limitado, uma vez que o fluxo através de um orifício é proporcional à raiz quadrada da queda de pressão através do mesmo. Isto significa que qualquer mudança na carga afetará a velocidade.

A válvula do tipo restrição, também mantêm uma diferença de 1,5 bar, através de seu ajuste, por meio de um hidróstato. Nesta válvula, o hidróstato é normalmente aberto e tende a se fechar, bloqueando a passagem do fluxo excedente da bomba.

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Nesta válvula a pressão provocada pela carga e pela mola atuam no sentido de abrir o hidrostato. A pressão na entrada da restrição atuando no hidrostato, nas faces opostas à mola, tende a fechá-lo permitindo uma passagem de fluxo através da restrição somente ao equivalente à diferença de 1,5 bar.

Devido à sua tendência de criar um bloqueio ao fluxo quando este tende a exceder o valor ajustado, as válvulas do tipo de "restrição" podem ser usadas para todas as três aplicações: "Meter-in", "Meter-out" e "Bleed-off".

Ao contrário do tipo "by-pass" duas ou mais válvulas de restrição podem ser usadas em paralelo com a mesma bomba, uma vez que a vazão excedente desta retorna ao tanque através da válvula de segurança.

Quando se coloca esta válvula na linha do atuador, uma válvula permite retenção incorporada (opcional) é usada para permitir o fluxo livre de retorno.

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A retenção não será necessária se a válvula for colocada diretamente na linha de pressão antes da válvula direcional ou então na linha ao tanque, após a válvula direcional.

VÁLVULA CONTROLADORA DE VAZÃO COM COMPENSAÇÃO DE TEMPERATURA

A vazão através de uma válvula controladora de vazão compensada a pressão é sujeita a variar em função da temperatura de óleo.

Os modelos mais recentes de válvulas Vickers incorporam compensação à temperatura. Apesar de o óleo fluir mais facilmente quando quente, mantém-se uma vazão constante, diminuindo o orifício quando se eleva a temperatura. Consegue-se isto com uma haste compensadora a qual se expande com o calor e se contrai quando esfria.

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O dispositivo nestas válvulas se compõe de uma simples barra que é movida para dentro ou para fora de um orifício de ajuste. A haste de compensação térmica é instalada entre a barra de restrição e o orifício de ajuste.

Este tipo também é fabricado com uma válvula de retenção integrada para permitir um livre fluxo de retorno.

ACUMULADORES HIDRÁULICOS

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INTRODUÇÃO:

A função de um acumulador é, de forma mais geral, armazenar um certo volume de fluido sob pressão para fornecê-lo ao sistema, quando necessário. Com isso, um acumulador pode executar diversas tarefas em um circuito hidráulico:- Como reserva de fluido sob pressão, quando no sistema hidráulico se

necessita, por um curto período, uma quantidade maior de fluido. Desta maneira pode-se instalar uma bomba relativamente pequena, não necessitando estar dimensionada para uma vazão máxima exigida em um sistema por pouco tempo. Possui uma vazão menor e preenche o acumulador quando, durante o ciclo, o consumo do sistema é menor que a quantidade fornecida. Se em determinado ciclo de trabalho, vazão da bomba é insuficiente, a diferença entre o necessário e o fornecido é aproveitado do acumulador. Nesse caso, o acumulador evita a utilização de uma bomba de maior vazão com grande potência de acionamento, que na realidade somente é usada em curto espaço de tempo.

- Como equipamento auxiliar de emergência, para terminar um ciclo de trabalho iniciado, quando se apresentam avarias nas bombas ou no motor.

- Como compensação para óleo de drenos, para substituir óleo perdido em vazamentos e poder assim manter a pressão por mais tempo

- Para compensação de volumes, quando existem diferenças de temperaturas em circuitos fechados.

- Para eliminar picos de pressão, comuns em processos de comutação.

- Para amortecer pulsações, diminuir irregularidades das variações de pressão nas bombas.

- Para aproveitar a energia de frenagem

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Existem diferentes tipos de acumuladores hidráulicos.

1 Acumulador a peso.

2 Acumulador com mola.

3 Acumulador tipo pistão.

4 Acumulador tipo bexiga.

5 Acumulador tipo membrana.

Acumulador a peso ou com mola praticamente não se emprega mais na indústria.

Os mais utilizados são aqueles nos quais se comprimem um gás (nitrogênio), sendo este, na realidade, o elemento que acumula a energia da pressão.

Conforme a construção, distinguimos acumuladores de pistão, de bexiga ou de membrana.

ACUMULADOR TIPO PISTÃO

São apropriados para grandes volumes e grandes vazões. o gás se mantém separado do fluido por meio de um êmbolo que se desloca livremente ao longo de um tubo. O gás e o óleo estão separados por meio de vedações.

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A pressão inicial do gás deve ser 5 bar menor que a pressão mínima de trabalho.

A maior relação de pressões, isto é, a relação de pressão do gás para a pressão máxima de trabalho é de 1:10.

ACUMULADOR DE MEMBRANA

São utilizados para pequenos volumes, por exemplos, absorção de choques, amortecimento de pulsações, ou para a alimentação de um circuito de pilotagem. Em sua maioria, as membranas são semi-esféricas, e separaram o óleo do gás, sendo a parte convexa voltada para o óleo.

Também aqui a relação máxima de pressões é de 1:10.

ACUMULADOR TIPO BEXIGA

O acumulador hidráulico caracteriza-se por uma estanqueidade absoluta, reposta muito rápida e praticamente sem inércia.

No acumulador de bexiga o nitrogênio é separado do fluido de pressão por meio de uma bexiga fechada e elástica. O gás é mantido no interior da bexiga. A relação máxima de pressão é 1:4. O acumulador de bexiga é composto de um recipiente de aço 1 com conexão 2 para o fluido, válvula de prato 3, bexiga de acumulador 4 e válvula 5 para o gás.

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Símbolo:

A bexiga 4, carregada com gás pela válvula 5 enche completamente o recipiente e fecha a válvula prato 3. A válvula impede que a bexiga saia do recipiente, protegendo-a contra danos.

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Quando a pressão no sistema atinge o valor da pressão do gás, o fluido passa pela válvula e comprime o nitrogênio dentro da bexiga. O volume de gás diminui na mesma proporção do volume do fluido admitido.

Quando o fluido é consumido, a bexiga volta a se expandir.

A pressão inicial do gás no acumulador deve ter valores entre 0,7 e 0,9 da pressão mínima de serviço.

Po < 0,9 . P1

Onde:

Po = pressão inicial do gás

P1 = pressão mínima de trabalho

P2 = pressão máxima de trabalho

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Desta maneira, evita-se que a bexiga do acumulador toque a válvula prato e com o tempo eventualmente venha a sofrer danos.

Quanto menor a diferença de pressão entre p2 e p1, tanto maior se torna

o tamanho nominal do acumulador para determinado volume útil.Instalando-se um acumulador em um sistema, certos cuidados devem

ser observados. Todos os acumuladores de pressão estão sujeitos às normas de prevenção de acidentes, devendo ser vistoriados em intervalos regulares.

INDICADORES DE IMPUREZAS

O grau de contaminação do filtro pode ser indiretamente determinado pela resistência à passagem do fluxo.

A pressão diante do filtro age sobre um cilindro com mola. Com o aumento de pressão, (que corresponde a um aumento de impurezas depositadas), o êmbolo é deslocado contra a força da mola. O curso pode ser indicado diretamente de forma visual ou, por meio de contatos, sendo transformado em um sinal elétrico e óptico.

Símbolo

Filtro com indicador óptico (mecânico) de saturação.

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Filtro com indicador eletro-óptico de saturação.

FILTRO DE AR E DE ENCHIMENTO

Símbolo

O filtro de ar e de enchimento tipo ELF está previsto pra ser montado sobre o reservatório.Ele tem duas funções:

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- Como filtro de ar:

Com nível variável de fluido, por exemplo com diversos consumidores, deve haver uma compensação. Desta forma o ar circulante é filtrado.

- Como bocal de enchimento:

Ao preencher o reservatório com o fluido, o filtro impede que impurezas maiores penetrem no reservatório e posteriormente no sistema. Assim se pode dizer que um reservatório só deve ser abastecido utilizando-se um filtro.

O filtro 1 é montado sobre a tampa do reservatório 2, para abastecimento; se desenrosca a tampa 3, com fecho tipo baioneta, que está segura contra extravio por uma corrente 4.

PRESSOSTATO

Pressostatos hidro-elétricosDireita: pressostato de êmbolo tipo HED 1 , Esquerda e abaixo:

pressostato de mola tubular tipo HED 2 e 3Os pressostatos são utilizados para, dependendo da pressão hidráulica,

ligar ou desligar um circuito elétrico.Também se pode utilizar interruptores hidro-elétricos como comando ou

sensor, isto é, como sinais óticos (lâmpada) ou acústicos (campainha).Analisaremos detalhadamente dois tipos de pressostatos.

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Pressostato de êmbolo

Pressostato de êmbolo tipo HED 1Símbolo:

A figura anterior mostra o pressostato tipo HED 1. Em uma carcaça 1, estão dispostos: o êmbolo 2, pino 3 com mola 4, parafuso de regulagem 5 e micro-interruptor 6.

A pressão a ser controlada atua sobre o êmbolo 2, que se apóia por meio da haste 3 sobre a mola 4. A força da mola é ajustada pelo parafuso de regulagem 5. Caso a força do êmbolo ultrapasse a força da mola, o êmbolo se desloca contra a mola. A haste transmite o movimento ao micro-interruptor. Um encosto protege o micro-interruptor contra danos, no caso de pressão excessiva.

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VÁLVULA SELETORA E DE CONTROLE DO MANÔMETRO TIPO MS 2

Símbolo

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Este manômetro seletor é construído de tal maneira que no botão de posicionamento 1, está instalado um manômetro 2 com glicerina. Os seis pontos de medição M são dispostos em conexões na periferia da carcaça. Com a rotação do botão e da bucha 4, acoplada a ele, conforme mostrado na figura anterior, se efetua uma leitura de pressão por vez com o manômetro.

Para despressurização do manômetro, foram previstas posições intermediárias, nas quais a ligação é realizada até o tanque através dos canais 5. A esfera 6 fixa o manômetro na posição neutra ou de medição.

O ponto que está sendo medido é indicado por uma seta na escala do botão seletor.

Símbolo:

A válvula de controle e de proteção do manômetro é uma válvula de êmbolo com acionamento manual através de botão. Permite conectar o manômetro para medir esporadicamente a pressão. A válvula possui duas posições de trabalho:

1) O manômetro está conectado ao tanque. Esta posição é alcançada com a mola 1.

2) O manômetro está conectado com o circuito. Esta posição é alcançada apertando-se o botão. Neste caso, a conexão ao tanque está bloqueada.

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O manômetro pode ser acoplado diretamente à carcaça da válvula ou montado separadamente.

VÁLVULA DE CONTROLE DO MANÔMETRO E UNIDADE DE CONTROLE DE PRESSÃO

Esquerda: unidade de controle de pressão Direita: válvula de controle do manômetro

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VÁLVULA DE CONTROLE DO MANÔMETRO

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UNIDADE DE CONTROLE DE PRESSÃO

Símbolo

As unidades de controle de pressão do tipo DK são combinações de vários dispositivos.

Permitem limitar e medir a pressão em um circuito (DK 1) ou em dois circuitos (DK2)

INTENSIFICADORES

Um intensificador é um dispositivo usado para multiplicar a pressão em certas aplicações, tais como: máquinas de rebitar, onde uma pequena quantidade de óleo a alta pressão pode ser necessária para a fase final de movimento do cilindro.

Um intensificador pode desenvolver pressões várias vezes maiores do que a desenvolvida pela bomba. Na figura abaixo a pressão na área maior da unidade desenvolve uma força tal que área menor requer uma pressão muito maior para resistir.

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SIMBOLOGIA

Referente Normas DIN/ISO 1219 e ABNT (em estudo).

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BOMBAS HIDRÁULICAS

Manual Vazão Variável (com 2 sentidos de fluxo)

vazão fixaMOTORES HIDRÁULICOS

Com 1 sentido de rotação

Vazão variável(com 1 sentido de fluxo)

Com 2 sentidos de rotação

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Com 2 sentidos de rotação com torque e volume de absorção variável

Ação dupla (sem amortecimento)

CILINDROS HIDRÁULICOS

Ação simples (retorno por força externa)

Ação dupla (com amortecimento regulável no avanço e retorno)

Ação simples (retorno por mola) Ação dupla com haste passante igual

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Telescópio (de ação simples) Retenção simples - mola diferente de

0,5 bar (indicar contrapressão junto ao símbolo)

Telescópio (de ação dupla) Retenção com desbloqueio hidráulico (piloto externo e dreno interno)

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Multiplicador de pressão Retenção com desbloqueio hidráulico (piloto e dreno externo)

VÁLVULAS DE BLOQUEIO

Retenção simples (mola 0,5 bar)

Retenção com desbloqueio hidráulico, geminada

Limitadora de pressão pré- operada com regulagem manual

Sucção ou de pré-enchimento Limitadora de pressão pré-operada com descarga por solenóide

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VÁLVULAS DE PRESSÃO

Limitadora de pressão com comando de operação próprio com regulagem manual

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Seqüência diretamente operada Redutora de pressão pré-operada

Seqüência pré-operada segurança e descarga do acumulador (interruptora de pressão pré-operada).

Redutora de pressão diretamente operada

VÁLVULAS DE VAZÃO

Redutora de vazão

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Redutora de vazão com retorno livreReguladora de vazão com pressão compensadora e retenção com comando direcional

Redutora de vazão com retorno livre, geminada

Retificador para regulador de vazão (placa GRAETZ)

Reguladora de vazão com pressão compensada e retenção

Frenagem (retardamento)

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Frenagem e segurança Controle do manômetro

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VÁLVULAS DIRECIONAIS

Direcional Rotativa

Seletora para manômetro

Válvula solenóide para água Direcional manual (centragem por mola)

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Direcional manual (com travamento)Direcional pré operada por solenóide e controlada hidraulicamente (centragem por pressão hidráulica)

Direcional diretamente operada por solenóide (centragem por mola)

Direcional mobil com acionamento manual e centragem por mola

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Direcional pré-operada por solenóide e controlada hidraulicamente (centragem por molas)

Direcional de assento (1 esfera)

Direcional de assento (2 esferas)SERVO-VÁLVULAS

Servo-válvulas de pressão

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AlternadoraServo-válvulas direcional

Elemento lógicoVÁLVULAS PROPORCIONAIS

Direção proporcional

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Reguladora de vazão, proporcionalLimitadora de pressão acionada por motor de corrente continua

Limitadora de pressão, proporcional ACESSÓRIOS

Acumulador (bexiga)

Acumulador (membrana)

Redutora de pressão, proporcional

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Acumulador (pistão)

ACESSÓRIOS

Filtro de ar c/bocal de enchimento

filtro de óleo

Pressostato com dreno interno (com 1 contato)

Pressostato (com 2 contatos)

Trocador de calor

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Aquecedor

Fluxostato

Pressostato com dreno externo (com 1 contato) Registro aberto

ACESSÓRIOS

Registro fechado

Termômetro

99

Indicador de nível de óleo Termostato

Indicador elétrico de nível do óleo (com 2 contatos)

Manômetro/Vacuômetro

Rotâmetro

Acoplamento

Engate rápido (macho e fêmea)

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ACESSÓRIOS

Conexão Mangueira ou tubo flexível

Junta de expansão

Linhas não interligadas

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Linhas interligadas

1- INTRODUÇÃOEste texto apresenta alguns conceitos básicos, envolvendo o campo da Física e da Mecânica dos Fluídos, com o propósito de auxiliar a correta seleção de bombas hidráulicas. Para facilitar sua leitura, optou-se por não utilizar simbologia nas fórmulas apresentadas.

   2- PRESSÃO

É muito comum confundir-se pressão com força. A pressão, no entanto, leva em conta não só a força como também a área em que ela atua. Pressão é a força dividida pela área.

 

 

Exemplo: Tomemos um bloco medindo 10 cm x 10 cm x 50 cm que pesa 50 kgf. Qual a pressão que ele exerce sobre o solo? Isto depende da área de apoio do bloco sobre o solo. Veja as duas possibilidades abaixo.

 

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   3- PRESSÃO DA ÁGUA

  Veja os exemplos abaixo. Vamos calcular a pressão exercida pela água sobre o fundo dos reservatórios. Lembre-se que o peso específico da água é de 1.000 kgf/m³.

 

 

 

 

 

Comparando-se a altura dos reservatórios com a pressão, pode-se observar que a pressão não depende da área, mas somente da altura do reservatório, ou seja, a pressão é proporcional aos

METROS DE COLUNA DE ÁGUA (mca). Nos exemplos anteriores temos:

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ALTURA DORESERVATÓRIO PRESSÃO

1 m1000 kgf/m² ou 1 mca

2 m 2000 kgf/m² ou 2 mca

4 m 4000 kgf/m² ou 4 mca

   Uma vez que as pressões dependem somente de altura da coluna de líquido, pode-se concluir facilmente que as pressões em qualquer ponto no interior do líquido não dependem do formato ou do volume do reservatório. Por exemplo:

 

   

 

Por isso as unidades usuais de medida de pressão indicam ou FORÇA POR UNIDADE DE ÁREA ou ALTURA DE COLUNA DE LÍQUIDO:

kgf/cm2 (quilograma-força por centímetro quadrado) kgf/m2 (quilograma-força por metro quadrado) lb/sq.in ou PSI ou lb/pol2 (libras por polegada quadrada) mca (metros de coluna de água) feet head of water (pés de coluna de água)

mm Hg (milímetros de coluna de mercúrio)

   

4- PRESSÃO ATMOSFÉRICA OU BAROMÉTRICAVivemos em um oceano de ar. Como o ar tem peso, ele exerce uma pressão semelhante à exercida pela água. Entretanto o ar, diferentemente da água, se torna cada vez menos denso quanto mais afastado se encontra da superfície da terra. Assim a pressão por ele exercida não pode ser medida simplesmente em termos da altura a "coluna de ar" existente sobre um ponto. O valor dessa pressão, medida ao nível do mar, situa-se em torno de 1 kgf/cm². O valor de uma atmosfera física é de 1,0332 kgf/cm² ou 10,332 mca ou 760 mmHg. Cabe agora fazer uma distinção entre PRESSÃO ABSOLUTA e PRESSÃO EFETIVA no interior de um líquido.A PRESSÃO ABSOLUTA é a pressão total em um ponto qualquer no interior do líquido, sendo portanto, igual à pressão da altura da coluna de líquido somada à pressão atmosférica.A PRESSÃO EFETIVA, MANOMÉTRICA OU RELATIVA é simplesmente o valor da pressão causada pela altura da coluna de líquido, sendo uma indicação de quanto a pressão no ponto é maior do que a pressão atmosférica. É também chamada manométrica, pois é a indicada pelos manômetros.A pressão atmosférica é muito importante para o funcionamento de uma bomba centrífuga, uma vez que ela é responsável pela "aspiração" de água de um reservatório cujo nível esteja situado abaixo do nível da bomba. Vejamos como isso ocorre. Tomemos como exemplo o caso de um tubo U com um pouco de água. O nível nos dois braços será o mesmo e o ar estará

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exercendo a mesma pressão sobre as duas superfícies da água. Aspire um pouco de ar de um dos lados, de modo a diminuir a pressão nele. A pressão maior no outro lado forçará a água para baixo, fazendo-a subir no braço oposto até as pressões novamente se igualarem (fig. 1). O mesmo ocorre quando você chupa o ar de um canudo de refresco, pois é a pressão atmosférica sobre a superfície do refresco que o força a subir pelo canudo (fig.2).

 

Acontece exatamente a mesma coisa com a aspiração de uma bomba centrífuga, pois há diminuição de pressão na entrada do rotor e a pressão atmosférica obriga a água a subir pela tubulação de sucção (fig. 3).

 

 

Abaixo ilustramos a relação entre as pressões atmosférica (barométrica), absoluta, manométrica e de vácuo. Temos vácuo quando a pressão é inferior à atmosférica, ou seja, pressões efetivas negativas. Nos exemplos do tubo U, do canudo de refresco e da bomba centrífuga há formação de vácuo parcial onde há sucção.

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Hidráulica (Ilustrações)

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