Tubulação e Conexões

        Em óleo-hidráulica as pressões de trabalho são elevadas. O fluído hidráulico sob pressão sofre perdas de carga na tubulação e nos componentes. É importante quantificar a perda de carga total do sistema para o perfeito funcionamento de um projeto em óleo-hidráulica.

  E S C O A ME N T O D O F L U Í D O E M T U B U L AÇ Õ E S

        Os fluídos sempre procuram “o caminho maisfácil”, ou seja, o de menor restrição a suapassagem. Existem dois tipos de escoamento, o laminar e o turbulento. Procura-se emprojetos obter o escoamento laminar para uma menor perda de carga por aquecimento de fluído, que resultará na alteração de

viscosidade, podendo trazer danos ao sistema. O ideal é um escoamento com número de Reynolds   a 2000.Vazão em tubulações        A vazão de um fluído pode ser determinada de duas formas distintas. Pode ser determinada pela razão do volume escoado por unidade de tempo ou pelo produto da velocidade do fluído pela área a qual está escoando.

                   

                    onde Q = vazão                            V = Volume                             t = tempo                                                       A= área

                                    v= velocidade                            s= curso

        Deve-se sempre observar a velocidade recomendada para escoamento do fluído. São recomendadas as seguintes velocidades de escoamento de fluído para escoamento laminar e menor perda de carga:        Para sucção e preenchimento: 0,609 a 1,21 m/s        Para retorno: 3,04 a 4,57 m/s        Para retorno após Ter passado por válvula de alívio: 4,57 a 7,62 m/s        Para pressão abaixo de 210 atm: 7,62 a 9,14 m/s        Para pressão acima de 210 atm: 4,57 a 5,09 m/s

  P E R D A D E C AR G A N A L I N H A D E P R E S S ÃO E M U M S I S T E M A H I D RÁ U L I C O

        Durante o escoamento do fluido através do sistema hidráulico, pode ocorrer uma perda de pressão (mais comurnente denominada perda de carga), que é devida a vários fatores. Todos esses fatores entram no cálculo de perda de carga no sistema hidráulico que é feito da seguinte maneira:

0nde, P = perda de carga do sistema em psi.                   f =  fator de fricção (número puro).                   L= LI + Ls = comp total da tubulação em polegadas.

LI=  comprimento da tubulação retilínea em polegadas.

Ls= comprimento equivalente das singularidades em polegadas.

D = diâmetro interno da tubulação em polegadas.v        =  velocidade de escoamento do fluido em

pés/segundo (ft/sec).        = densidade do fluido (lb/cu.ft) (55 (lb/cu.ft) para o

óleo SAE-IO).9266 = fator de conversão para a uniformização de

unidadesCÁLCULOS

Determinação do fator "f"

O fator "f" é devido a temperatura do fluido e rugosidade interna do duto, i.é, quanto mais rugoso for internamente o duto, maior dificuldade terá o óleo para escoar.

         onde: X = rugosidade do tubo                   Re= número de reynolds

Tabela 1 - Valores de X, para cálculo do fator de fricção.X = 64. para tubos rígidos e temperatura constanteX = 75 para tubos rígidos e temperatura variávelX = 75 para tubos flexíveis e temperatura constante.X = 90  para tubos flexíveis e temperatura variável.

                   Onde Re = número de Reynolds                               v = velocidade do fluido em cm / seg.

                     D = diâmetro interno da tubulação em cm.                       = viscosidade cinemática do fluido em

stokes

Escoamento Relaminar        0< R < 2000indeterminado 2000 < R < 3000turbulento 3000 < R

Determinação de Ls, LI e L

        Como salientou-se anteriormente, restrições, curvas, bifurcações, etc., causam perda de carga e aquecimento do fluido.  A esse tipo de perda de carga, dá-se o nome de perda de carga localizada. Os fabricantes de componentes hidráulicos fornecem as perdas de carga que ocorrem em cada tipo de válvula. Essa queda de pressão é normal em qualquer tipo de válvula e, quanto maior  for a resistência a passagem do óleo, maior será a perda de carga localizada.        Pode-se observar que as curvas de 90, 45 ou 30 graus, bifurcações, cotovelos, etc., tambémfornecem uma certa resistência ao fluxo de óleo, ocasionando, portanto, outra perda de carga localizada.  Como é muito difícil se estabelecer uma queda de pressão para cada tipo de cotovelo ou curva, etc., o que costuma-se fazer é transformar, em cálculos, esse cotovelo ou curva em um “comprimento equivalente" de canalização retilínea, e para tal, existem tabelas que  auxiliam nestas transformações. Estes cotovelos, curvas, registros, etc., são denominados de singularidades. Os fabricantes de componentes óleo-hidráulicos fornecem como dados de engenharia os comprimentos equivalentes das singularidades.        A soma de todos os comprimentos equivalentes dá-se o nome de "Ls", que será acrescentada ao comprimento da

tubulação retilínea "LI", fornecendo assim o comprimento total da tubulação “L". 

Determinação de "D"

        O diâmetro interno da tubulação é determinado à partir do cálculo da área da seção do duto "A" obtido através da vazão e velocidade do fluxo do fluido.  Assim, tem-se que:

         Onde Q =vazão         A = área

         D = diâmetro

 Procedimento de cálculo

a) Determinar "f".b) Determinar "Ls" e as perdas localizadas em válvulas especiais, através dos catálogos do fabricante.  Adicionar "Ls" a "LI" para obter "L".c) Determinar P, efetuando a soma deste cálculo com as perdas de carga localizadas nas válvulas especiais para obter a perda de carga total no sistema.d) Uma vez determinada a perda de carga total, verificar se a mesma não influirá no sistema. 

Observação final

        O que pode-se concluir é que o cálculo de perda de carga no sistema hidráulico é importantíssimo, pois a partir dele, sabe-se se a pressão que é fornecida ao sistema é suficiente para aquilo que o sistema se propõe a fazer.

        Deve-se lembrar sempre que as restrições (obstrução ao fluxo de óleo) contribuem sobremaneira para a perda de carga do sistema e conseqüente aquecimento do óleo.        Vale salientar que as curvas em um duto devem ter um raio igual a 2,5 a 3 vezes o diâmetro externo do duto,  evitando dobras e enrugamentos no duto que originam restrição na diminuição da área da seção.        Um fator a ser levado em consideração na perda de velocidade dos atuadores são os vazamentos. Todo o elemento de união mal dimensionado concorre com vazamentos que causarão perda de carga e prejuízos ao sistema.

C O N E X Õ E S E U N I Õ E S

        As uniões roscadas das tubulações hidráulicas estão submetidas a altas exigências. Tem de ser absolutamente herméticas, inclusive sob pressões máximas e solicitações mecânicas tais como vibrações, dilatação ou contrações por flutuações de temperatura, e outras.União empregando anilhas        As anilhas são muito utilizadas para a junção de dois dutos. A figura 4.1 ilustra a união de dutos com fixação de anilhas. Uma vez apertada a porca, a parte A que tem um fio oco x, penetra na parede do tubo executando um encravamento visível. A parte B tem uma cunhagem entre a parede do tubo e o cone interior, limitando deste modo o avanço da anilha (anel). O extremo da parte C que penetra na porca, insere-se firmemente ao redor do tubo, com o qual amortece as oscilações do mesmo neste lugar, que logo são absorvidos pela parte B e assim não podem chegar ao entalhe do tubo situada em x. O extremo do tubo fica firmemente fixo entre a ponta x e o topo no interior da união, e assegurado contra qualquer deslocamento axial.        Existem outras formas de efetuar as uniões que permitem montar e desmontar partes da tubulação sem a necessidade de efetuar nenhum deslocamento axial.

Figura 10 - Representação em corte de uniões de dutosUniões flangeadas        Emprega-se flanges para unir tubos de grande diâmetro e altas pressões, favorecendo a segurança e onde exijam tais condições de montagem. Deve-se ter o cuidado, ao efetuar a montagem, que o aperto efetue-se de maneira uniforme ao redor, com o objetivo de que o flange atue uniformemente sobre o anel cortante.Purga (desaeração)        A entrada de ar nas instalações hidráulicas (bolhas de ar) perturbam o funcionamento ou deixam as instalações inoperantes. É o risco típico nos sistemas de freio hidráulico nos automóveis. Toda a instalação deve ser purgada (purificada) antes de colocar em funcionamento. Em caso de defeito colocar no ponto mais alto um purgador automático.Montagem de tubulações        Para as tubulações, conexões e fixações são válidos os mesmos princípios empregados para as bombas, sistemas de distribuição, cilindros e motores: cuidado no planejamento, seleção e montagem.        A montagem das uniões deverá ser conforme as instruções do fabricante. O tubo deve ser cortado em ângulo reto preferencialmente utilizando um cortador de tubos.

Retirar as rebarbas cuidadosamente do tubo por dentro e por fora.        Nas instalações hidráulicas são utilizados preferencialmente tubos laminados a frio, sem costura, com boas propriedades para a soldagem e dobra, isentos de casca. São dobrados com calor ou a frio, com auxílio de dispositivos curvadores. O raio de curvatura não deve ser inferior  ao mínimo admissível.        Deve ser evitado que possam repercutir sobre as tubulações oscilações e vibrações, e para isto intercala-se tubulações flexíveis (mangueiras), elementos de borracha (sobretudo se as tubulações estão conectadas em uma parede). As tubulações devem ser isentas de tensões uma vez apertadas as uniões. Em caso em que seja inevitável uma tensão residual, esta deve atuar nas uniões.Tubos flexíveis (mangueiras)        Os tubos flexíveis hidráulicos ou mangueiras unem as partes móveis das instalações. Podem ser empregados em altas pressões devido ao reforço de aço. As mangueiras dispostas em linha reta devem montar-se com uma certa curvatura, afim de que possam absorver as variações de comprimento. Observar os seguintes critérios:

      raio de curvatura não deve ficar abaixo de um mínimo, a mangueira só deve mover-se no plano de montagem e deve ficar tubo suficiente para permitir o movimento.

      Quando os arcos são muito pequenos a mangueira nivela-se e impede a livre passagem. Em casos extremos pode danificar-se.

      Quando a mangueira está contorcida (reconhece-se por registros impressos em seu corpo) o momento de retrogiro causado pela pressão pode fazer com que se desenrosquem as uniões e inclusive a danificação dos tubos flexíveis.Engates rápidos        Com engates rápidos pode-se unir facilmente tubos flexíveis para pressões de até 200 bar. Para conectar e soltar a união, retrai-se o cilindro de acoplamento solicitado pela

mola. Os cones das válvulas de retenção se abrem quando é realizada a união e bloqueia-se quando solta-se o acoplamento. A figura 4.2 ilustra as conexões de engates rápidos.

Figura 11 Conexões de engates rápidos

À S   1 6 : 0 3  

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