Aula 08 - Exercícios de Fixação de Hidráulica Aplicada

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Apostila de Hidráulica - Parker

Você foi contratado com Auxiliar Técnico em uma Empresa de Fabricação de Painéis Hidráulicos para utilização em Máquina hidráulica onde irá resolver os exercícios de hidráulica propostos na lista abaixo.
Para tanto você deverá elaborar: o Croqui, o Diagrama Hidráulico, a Descrição de Funcionamento e a Lista de Peças do conjunto a ser montada pela equipe técnica segundo as especificações descritas em manual de fabricante.

Lista e Exercícios de Hidráulica Aplicada está disponível nos link:  17_02_001 Exercícios de Hidráulica .

© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/01/2018

Aula 07 - Cadeia de Comando em Instalações Hidráulica

Um circuito hidráulico é um conjunto de componentes que, reunidos, visam transformar energia hidráulica em energia mecânica. Um circuito hidráulico básico compõe-se de reservatório, bomba, válvula de alívio, válvula de controle de vazão, válvula direcional e um atuador que poderá ser linear ou rotativo. 

Figura 1 - Circuito Hidráulico.

O circuito hidráulico mais simples consiste no comando de avanço e recuo de um cilindro de dupla ação, utilizando uma bomba de vazão constante e uma válvula direcional de acionamento manual. Logicamente, pelo tipo de bomba escolhida, é necessária a utilização de uma válvula limitadora de pressão para evitar danos ao sistema.
Esquematicamente, este circuito é mostrado na figura ao lado. Nos esquema da figura foi colocado um filtro de sucção. O cilindro de dupla ação avança com o acionamento da alavanca de uma válvula direcional, soltando se a alavanca o cilindro deve retornar a sua posição inicial.

A cadeia de comando hidráulico deve ser representado na disposição do fluxo de sinais que é de baixo para cima. A alimentação é um fator importante e deve ser representada. É recomendável representar elementos necessários à alimentação na parte inferior e distribuir a energia.

Figura 2 - Cadeia de comando Hidráulica.

Sistemas de geração de energia é composto da Unidades Hidráulicas que são máquinas destinadas a comprimir o óleo até uma pressão de trabalho desejada.
Sistema de distribuição e controle são válvulas que servem para orientar os fluxos de óleo, impor bloqueios, controlar suas intensidades de vazão ou pressão.
Sistemas de aplicação de energia são os atuadores cujo a função é transformar a energia hidráulica em movimento e força. Esses movimentos podem ser lineares, rotativos ou oscilantes.

Lista de exercício 01 pode ser baixado em: Lista de exercício 01 - Identificação de válvulas.

Este arquivo pode ser baixado em: 16_01_003 Elementos de Energia em instalações Hidráulicas

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/01/2017

Aula 06 - Elementos de Medidas em Instalações Hidráulica

Figura 01 - Principio de funcionamento do
Rotâmento.

Rotâmetro - é um medidor de vazão industrial utilizado para medir a taxa de vazão de líquidos e gases. O rotâmetro possui um tubo e um flutuador. A resposta do flutuador para as alterações nas taxas de vazão é linear e um intervalo ou variação de vazão de 10 para 1 é o padrão.

A operação do rotâmetro é baseada no princípio de área variável: a vazão do fluido eleva um flutuador em um tubo cônico, aumentando a área de passagem do fluido. Quanto maior a vazão, mais alto o flutuador é elevado. A altura do flutuador é diretamente proporcional à taxa de vazão. Com líquidos, o flutuador é elevado por uma combinação da flutuabilidade do líquido com a altura manométrica da velocidade do fluido.

O flutuador sobe ou desce no tubo proporcionalmente à taxa de vazão do fluido e a área anular entre o flutuador e a parede do tubo. O flutuador atinge uma posição estável no tubo quando a força para cima exercida pelo fluido em vazão é igual à força gravitacional para baixo exercida pelo peso do flutuador. 

Figura 02 - Parte e componentes do
Rotâmetro

Uma alteração na taxa de vazão perturba esse equilíbrio de forças. Com isso, o flutuador sobe ou desce, alterando a área anular até alcançar novamente uma posição em que as forças estejam em equilíbrio. Para satisfazer a equação de força, o flutuador do rotâmetro assume uma posição distinta para cada taxa de vazão constante. No entanto, é importante observar que, como a posição do flutuador depende da gravidade, os rotâmetros devem ser orientados e montados verticalmente.

Medidores padrão VA não necessitam de alimentação e podem ser utilizados em locais com risco de explosão. Eles são simples de utilizar. A extensão de tubo de fluxo aumenta proporcionalmente quando o flutuador se move para cima, a escala é considerada como sendo aproximadamente linear. Os Medidores VA estão equipados com uma mola encarregada de amortizar o flutuador em relação a gravidade numa posição vertical com o fluxo se movimento para cima.

Figura 01 - Principio de funcionamento do

Manômetro.

Manômetro – é um aparelho que mede um diferencial de pressão. Dois tipos de manômetros são utilizados nos sistemas hidráulicos: o de Bourdon e o de núcleo móvel. Além desses, existem diversos tipos de manômetros,desde os mais simples, que utilizam uma mangueira no formato de U, até equipamentos piezoelétricos, ligados a dispositivos eletrônicos. Na figura a seguir detalhamos o manômetro de Bourdon.
Manômetro de Bourdon – consiste de uma escala calibrada em unidades de pressão e de um ponteiro ligado, através de um mecanismo, a um tubo oval, em forma de “C”. Esse tubo é ligado à pressão a ser medida.
Com o aumento da pressão no sistema, o tubo de Bourdon tende a endireitar-se devido às diferenças nas áreas entre os diâmetros interno e externo do tubo. Esta ação de endireitamento provoca o movimento do ponteiro, proporcional ao movimento do tubo, que registra o valor da pressão no mostrador.

Figura 04 - Manômetro

Esses instrumentos são de boa precisão com valores de erro variando entre 0,1 e 3% da escala total.
A pressão é, normalmente, expressa por kgf/cm2, PSI (pounds square inches - libras por polegadas quadradas), bars ou atmosferas. Porém de acordo com o sistema internacional de medidas, a pressão deve ser expressa em N/m2 que corresponde a Pa. (Pascal) e seu múltiplos.

Um catálogo de Rotâmetro pode ser baixado em: 17_01_006 Catálogo Rotâmetro.

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 29/01/2017

Aula 05 - Elementos de Trabalho em Instalações Hidráulica

Os atuadores hidráulicos convertem a energia de trabalho em energia mecânica. Eles constituem os pontos onde toda a atividade visível ocorre, e são uma das principais coisas a serem consideradas no projeto da máquina. Os atuadores hidráulicos podem ser divididos basicamente em dois tipos: lineares e rotativos.

Atuador linear ou cilindro hidráulico

Figura 01 - Atuadores lineares

Por se tratar de um atuador, a função básica de um cilindro hidráulico é transformar força, potência ou energia hidráulica em força, potência ou energia mecânica. O cilindro hidráulico é composto de diversas partes. A figura 01 define bem os diferentes elementos que, unidos, compõe esse equipamento.

Componentes do Atuador Linear: 1. Êmbolo; 2. Vedação do êmbolo; 3. Haste; 4. Guia da haste; 5. Vedação da haste; 6. Anel raspador; 7. Flange dianteiro; 8. Conexão; 9. Cilindro; 10. Câmara da haste.

Os Cilindros hidráulicos transformam trabalho hidráulico em energia mecânica linear, a qual é aplicada a um objeto resistivo para realizar trabalho. Um cilindro consiste de uma camisa de cilindro, de um pistão móvel e de uma haste ligada ao pistão. Os cabeçotes são presos ao cilindro por meio de roscas, prendedores, tirantes ou solda (a maioria dos cilindros industriais usa tirantes). Conforme a haste se move para dentro ou para fora, ela é guiada por embuchamentos removíveis chamados de guarnições. O lado para o qual a haste opera é chamado de lado dianteiro ou "cabeça do cilindro". O lado oposto sem haste é o lado traseiro. Os orifícios de entrada e saída estão localizados nos lados dianteiro e traseiro.

Tabela 01 - Força de Avanço Teórico e Volume do Fluido Deslocado

Através do curso do cilindro, a energia de trabalho hidráulica é aplicada à área do seu pistão. É preciso conhecer qual é a pressão que deve ser aplicada no cilindro de certo tamanho para se desenvolver uma dada força na saída.

Pela fórmula abaixo poemos calcular a força que o atuador desenvolve. Pressão = Força / Área.

Como a área de um círculo é 78.54% da área de um quadrado, cujos lados têm o comprimento igual ao do diâmetro do círculo (D).

Atuadores Rotativos

Figura 02 - Atuador rotativo ou motor hidráulico

Atuadores rotativos são mecanismos compactos, simples e eficientes. Eles produzem um torque alto e requerem pouco espaço e montagem simples. De um modo geral aplicam-se atuadores em indexação

de ferramental de máquina, operações de dobragem, levantamento ou rotação de objetos pesados, funções de dobragem, posicionamento, dispositivos de usinagem, atuadores de leme, etc.

A energia hidráulica fornecida para um motor hidráulico é convertida em mecânica sob a forma de torque e rotação.

Os Componentes do Atuador Rotativo são: 1. Sede com dutos de ligação; 2. Engrenagem interna; fixa; 3. Engrenagem externa; 4. União universal e 5. Eixo de saída.

Construtivamente, o motor assemelha-se a uma bomba, excetuando-se, evidentemente, a aplicação que é inversa uma da outra. Existem casos, inclusive, em que o equipamento pode trabalhar ora como bomba, ora como motor hidráulico.
Osciladores Hidráulicos

Figura 03 - Oscilador hidráulico

O oscilador hidráulico Convertem energia hidráulica em movimento rotativo, sob um determinado número de graus. O oscilador hidráulico é um atuador rotativo com campo de giro limitado. Um tipo muito comum de atuador rotativo é chamado de atuador de cremalheira e pinhão.
Esse tipo especial de atuador rotativo fornece um torque uniforme em ambas as direções e através de todo o campo de rotação. Nesse mecanismo, a pressão do fluido acionará um pistão que está ligado à cremalheira que gira o pinhão. Unidades de cremalheira e pinhão do tipo standard podem ser encontradas em rotações de 90, 180, 360 graus ou mais. As variações dos atuadores de cremalheira e pinhão podem produzir unidades com saídas de torque de até 60 x 104 kgf.m.
Este arquivo pode ser baixado em: 16_01_005 - Elementos de Trabalho em Instalações Hidráulica
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/03/2015

Aula 04 - Elementos de Controle em Instalações Hidráulica

Em sua grande maioria, os circuitos hidráulicos necessitam de meios para se controlar a direção e o sentido do fluxo de fluido. Através desse controle, pode-se obter movimentos desejados dos atuadores (cilindros, motores e osciladores hidráulicos, etc.), de tal forma que, seja possível se efetuar o trabalho exigido.

Figura 01 - Tipos de acionamentos de válvulas

O processo mais utilizado para se controlar a direção e sentido do fluxo de fluido em um circuito, é a utilização de válvulas de controle direcional, comumente denominadas apenas de válvulas direcionais. Esses tipos de válvulas podem ser de múltiplas vias que, com o movimento rápido de um só elemento, controla a direção ou sentido de um ou mais fluxos diversos de fluido que vão ter à válvula.
A válvula direcional pode estar posicionado em uma ou outra posição extrema. O carretel da válvula é movido para essas posições por energia mecânica, elétrica, hidráulica, pneumática ou muscular. As válvulas direcionais cujos carretéis são movidos por força muscular são conhecidas como válvulas acionadas manualmente. Os tipos de acionadores manuais incluem alavancas, botões de pressão e pedais.
Um tipo muito comum de atuador mecânico é o rolete. O rolete é atuado por um came que está ligado a um acionador. O atuador mecânico é usado quando a mudança de uma válvula direcional deve ocorrer ao tempo que o atuador atinge uma posição específica. Outros meios mais comuns de operação de uma válvula direcional é por solenóide. Há também os acionamentos por piloto hidráulico e pneumático.

Para identificação da simbologia das válvulas direcionais deve-se considerar: Número de posições, Número de vias, Posição normal e Tipo de Acionamento.

Figura 02 - Vias e posições de válvulas

Os quadrados unidos representam o número de posições ou manobras distintas que uma válvula pode assumir. Deve-se saber que uma válvula direcional possui no mínimo dois quadrados, ou seja realiza pelo menos duas manobras. O número de vias corresponde ao número de conexões úteis que uma válvula pode possuir, podem ser vias de passagem ou vias de bloqueio ou a combinação de ambas.

A posição normal de uma válvula de controle direcional é a posição em que se encontram os elementos internos quando a mesma não foi acionada, geralmente é mantida por força de uma mola.

As numerações de vias e comandos são indicadas por números ou letras: vias para utilização (saídas): A - B - C - D ou 2 - 4 - 6 - 8. Linhas de alimentação (entrada): P ou 1. Tanque, escapes (exaustão): R - S - T ou 3 - 5 - 7. Linha de comando (pilotagem): Z - Y - X ou 12 - 14 - 16.

Válvula limitadora de pressão

Válvula limitadora de pressão: A pressão máxima do circuito hidráulico pode se controlada com o uso de uma válvula limitadora de pressão normalmente fechada. 

Com a via primária da válvula conectada à pressão do sistema, e a via secundária conectada ao tanque, o carretel no corpo da válvula é acionado por um nível predeterminado de pressão, e neste ponto as vias primária e secundária são conectadas, e o fluxo é desviado para o tanque.

Os componentes de uma válvula limitadora de pressão são:1. Cone de vedação; 2. Sede da válvula; 3. Mola; 4. Botão de ajuste; 5. Encaixe do parafuso e 6. Porca de trava. As conexões da válvula limitadora de pressão são: P- Entrada de pressão da bomba e T- Saída para tanque ou dreno.

Válvula de retenção

Válvula de retenção: As válvulas de retenção são aparentemente pequenas quando comparadas aos outros componentes hidráulicos, mas elas são componentes que servem para conexões rápidas dos componentes hidráulicos além de outras funções importantes e muito variadas. 

Uma válvula de retenção consiste basicamente de corpo da válvula , vias de entrada e saída e de um assento móvel que é preso por uma mola de pressão. Os componentes de uma válvula de retenção são: 1. Corpo da válvula; 2. Esfera de vedação; 3. Mola. As conexões da válvula de retenção são: A- Engate macho e B- Engate rápido (fêmea).

Válvula controladora de fluxo

Válvula controladora de fluxo: A função da válvula controladora de fluxo é a de reduzir a vazão em uma linha do circuito. 

Ela desempenha a sua função por ser uma restrição maior que a normal do sistema. Para vencer a restrição é necessário uma pressão maior provocando o desvio do fluxo para outra parte do circuito, ou promovendo a abertura da válvula limitadora de pressão deslocando o fluxo para o reservatório. São utilizadas quando se deseja controlar a velocidade em determinados atuadores.  Os componentes de uma válvula controladora de fluxo são: 1. Corpo da válvula; 2. Botão de ajuste; 3. Válvula estranguladora; 4. Sede da válvula; 5. Esfera de vedação e 6. Mola. As conexões da válvula controladora de fluxo são: A- União macho e B- Engate rápido(femea).

Válvula de sequência

Válvula de Sequência: Uma válvula de controle de pressão normalmente fechada, que faz com que uma operação ocorra antes da outra, é conhecida como válvula de sequência.
Num circuito com operações de fixação e usinagem, o cilindro de presilhamento deve avançar antes do cilindro da broca. Para que isto aconteça, uma válvula de sequência é colocada na linha do circuito, imediatamente antes do cilindro da broca. A mola na válvula de sequência não permitirá que o carretel interligue as vias primárias e secundárias até que a pressão seja maior do que a mola. O fluxo para o cilindro da broca é bloqueado. Desta maneira, o cilindro de presilhamento avançará primeiro. Quando o grampo entra em contato com a peça, a bomba aplica mais pressão para vencer a resistência. Esse aumento de pressão desloca o carretel na válvula de sequência. As vias principal e secundária são interligadas. O fluxo vai para o cilindro da broca.

Válvula Direcional 4 vias e 2 posições
com acionamento por alavanca

Válvula Direcional 4 vias e 2 posições com acionamento manual: A Válvula de controle direcional principal 4/2 vias acionada por alavanca e retorno por mola.  A função de uma válvula direcional de 4 vias é causar o movimento de reversão de um cilindro ou de um motor hidráulico. Para desempenhar esta função, o carretel dirige o fluxo de passagem da bomba para uma passagem do atuador quando ele está em uma posição extrema. Ao mesmo tempo, o carretel é posicionado para que a outra passagem do atuador seja descarregada para o tanque.
Os componentes de uma válvula controladora de fluxo são: 1. Carretel; 2. Mola; 3. Mola; 4. Sede 5. Alavanca. As conexões da válvula de controle direcional são: P – Via de pressão; A – Via de utilização;  B – Via de utilização e T – Via de retorno.

Válvula Direcional 4 vias e 2 posições
com acionamento por rolete

Válvula Direcional 4 vias e 2 posições com acionamento mecânico: A Válvula de controle direcional principal 4/2 vias acionada por rolete e retorno por mola.  A função de uma válvula direcional de 4 vias é causar o movimento de reversão de um cilindro ou de um motor hidráulico. Para desempenhar esta função, o carretel dirige o fluxo de passagem da bomba para uma passagem do atuador quando ele está em uma posição extrema. Ao mesmo tempo, o carretel é posicionado para que a outra passagem do atuador seja descarregada para o tanque.
Os componentes de uma válvula controladora de fluxo são: 1. Carretel; 2. Mola; 3. Mola; 4. Sede 5. Rolete. As conexões da válvula de controle direcional são: P – Via de pressão; A – Via de utilização;  B – Via de utilização e T – Via de retorno.

Válvula Direcional 4 vias e 3 posições, centro aberto

Válvula Direcional 4 vias e 3 posições, centro aberto: A Válvula de controle direcional 4/3 vias, centro aberto, alavanca e centrada por mola.  Uma condição de centro aberto permite o movimento livre do atuador enquanto o fluxo da bomba é devolvido ao tanque a uma pressão baixa. As válvulas de 4 vias, de centro aberto, são muitas vezes usadas em circuitos de atuadores simples. Nestes sistemas, depois do atuador completar o seu ciclo, o carretel da válvula direcional é centralizado e o fluxo da bomba retorna ao tanque a uma pressão baixa. Ao mesmo tempo, o atuador fica livre para se movimentar. Uma desvantagem da válvula de centro aberto é que nenhum outro atuador pode ser operado quando a válvula estiver centrada. Os componentes de uma válvula controladora de fluxo,  centro aberto são: 1. Carretel; 2. Sede; 3. Mola; 4. Mola; 5. Alavanca; 6. Mecanismo de encosto. As conexões da válvula de controle direcional,  centro aberto são: P – Via de pressão A – Via de utilização B – Via de Utilização T – Via de retorno.

Válvula Direcional 4 vias e 3 posições, centro fechado

Válvula Direcional 4 vias e 3 posições, centro fechado: Válvula de controle direcional 4/3 vias, centro fechado, acionada por alavanca e centrada por mola. Uma válvula direcional com um carretel de centro fechado tem as vias P, T, A e B, todas bloqueadas na posição central. Uma condição de centro fechado pára o movimento de um atuador, bem como permite que cada atuador individual, no sistema, opere independentemente de um suprimento de força.
Os componentes de uma válvula controladora de fluxo, centro fechado são:1. Carretel; 2. Sede; 3. Mola; 4. Mola; 5. Alavanca; 6. Mecanismo de encosto. As conexões da válvula de controle direcional,  centro fechado são: P – Via de pressão; A – Via de utilização; B – Via de Utilização e T – Via de retorno.

Este arquivo pode ser baixado em: 16_01_004 - Elementos de Controle em Instalações Hidráulica
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/03/2015

Aula 03 - Elementos de Energia em Instalações Hidráulica

1.1 - Reservatórios Hidráulicos

Figura 1 - Reservatório Hidráulico

A função de um reservatório hidráulico é conter ou armazenar o fluido hidráulico de um sistema. Os reservatórios podem ser de aço ou de materiais plásticos, contendo todas as conexões necessárias: linhas de sucção; retorno e drenos; indicador de nível de óleo; tampa para respiradouro e enchimento; tampa para limpeza.
Quando o fluido retorna ao reservatório, uma placa defletora impede que este fluido vá diretamente à linha de sucção. Isto cria uma zona de repouso na qual as impurezas maiores sedimentam, o ar sobe à superfície do fluido e dá condições para que o calor do fluido, seja dissipado para as paredes do reservatório. Todas as linhas de retorno devem estar localizadas abaixo do nível do fluido e no lado do defletor oposto à linha de sucção.

Figura  2 - Placa defletora em
Reservatório Hidráulico

Os reservatórios industriais têm uma variedade de estilos, dentre os quais estão os reservatórios em forma de L, os reservatórios suspensos e os reservatórios convencionais. Os reservatórios convencionais são os mais comumente usados dentre os reservatórios hidráulicos industriais. Os reservatórios em forma de L e os suspensos permitem à bomba uma altura manométrica positiva do fluido.
Todos os sistemas hidráulicos aquecem. Se o reservatório não for suficiente para manter o fluido à temperatura normal, há um superaquecimento. Para evitar isso são utilizados resfriadores ou trocadores de calor, os modelos mais comuns são água-óleo e ar-óleo.
A contaminação causa problemas nos sistemas hidráulicos porque interfere no fluido, que tem quatro funções: Transmitir energia; Lubrificar peças internas que estão em movimento; Transferir calor; Vedar folgas entre peças em movimento.
1.2 - Elementos filtrantes
A função de um filtro é remover impurezas do fluido hidráulico. Isso é feito forçando o fluxo do fluido a passar por um elemento filtrante que retém a contaminação. Os elementos filtrantes são divididos em tipos de acordo com a profundidade e a superfície. Os elementos filtrantes são de diversas configurações. Na figura anterior podemos observar um elemento filtrante bastante utilizado, do tipo utilizado em diversas máquinas, inclusive em motores de automóveis.

1.3 - Bombas
As bombas são feitas em vários tamanhos e formas, mecânicas e manuais com diversos mecanismos de bombeamento e para diversas aplicações. A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada da bomba, o que permite que a pressão atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção, a penetrar na bomba.

Figura 3 - Bombas Hidrodinâmicas

A bomba passará o fluido para a abertura de descarga, forçando-o através do sistema hidráulico. 

Todas as bombas, entretanto, são classificadas em uma de duas categorias básicas: Turbobombas (bombas centrífugas ou deslocamento dinâmico) ou bombas volumétricas (deslocamento positivo).
Há diversos tipos de bombas de deslocamento positivo com vazão constante: manuais; de engrenagens; de parafusos, de palhetas, de pistões, radiais e axiais.
Há também bombas de deslocamento positivo de vazão variável: manuais; de palhetas; de pistões
e radiais.
O conjunto motor, bomba, válvula, manômetro e tanque recebe o nome de unidade hidráulica.

1.3.1 - Bombas Hidrodinâmicas: São bombas de deslocamento não-positivo, usadas para transferir fluidos e cuja única resistência é a criada pelo peso do fluido e pelo atrito. Essas bombas raramente são usadas em sistemas hidráulicos, porque seu poder de deslocamento de fluido se reduz quando aumenta a resistência e também porque é possível bloquear-se completamente seu pórtico de saída em pleno regime de funcionamento da bomba.

1.3.2 - Bombas de palheta (Lâminas Impulsora): Produzem uma ação de bombeamento fazendo com que as palhetas acompanhem o contorno de um anel ou carcaça. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de palheta consiste de rotor, palhetas, anel e uma placa de orifício com aberturas de entrada e saída.

Figura 4 - Bomba Hidrostáticas de Palheta

1.3.3 - Bombas Hidrostáticas: São bombas de deslocamento positivo, que fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotação ou ciclo. Como nas bombas hidrostáticas a saída do fluido independe da pressão, subtraindo as perdas e vazamentos, praticamente todas as bombas necessárias para transmitir força hidráulica em equipamento industrial, em maquinaria de construção e em aviação são do tipo hidrostático.
As bombas hidrostáticas produzem fluxos de forma pulsativa, porém sem variação de pressão no sistema.

1.3.4 - Bombas de pistão: Geram uma ação de bombeamento, fazendo com que os pistões se alterem dentro de um tambor cilíndrico. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de pistão consiste basicamente de um tambor de cilindro, pistões com sapatas, placa de deslizamento, sapata, mola de sapata e placa de orifício.

Figura 5 - Bomba Hidrostáticas de engrenagem

1.3.5 - Bombas de Engrenagem: A bomba de engrenagem consiste basicamente de uma carcaça com orifícios de entrada e de saída, e de um mecanismo de bombeamento composto de duas engrenagens. Uma das engrenagens, a engrenagem motora, é ligada a um eixo que é conectado a um elemento acionador principal. A outra engrenagem é a engrenagem movida.
No lado da entrada, os dentes das engrenagens desengrenam, o fluido entra na bomba, sendo conduzido pelo espaço existente entre os dentes e a carcaça, para o lado da saída onde os dentes das engrenagens engrenam e forçam o fluido para fora do sistema.
Uma vedação positiva neste tipo de bomba é realizada entre os dentes e a carcaça, e entre os próprios dentes de engrenamento. As bombas de engrenagem têm geralmente um projeto não compensado.

2 - Unidade Hidráulica

Figura 4 - Unidade Hidráulica.

A Unidade Hidráulica é provavelmente o componente mais importante no circuito hidráulico. Sua função é a de converter a energia mecânica em energia hidráulica, empurrando o fluido hidráulico no circuito. A Unidade Hidráulica é composta de: Tanque de  óleo; Filtro de sucção; Bomba Hidráulica; Motor elétrico; Manômetro; Válvula reguladora;  Válvula de controle de energia; Bloco de alimentação da  máquina e Bloco de retorno para o tanque.

O elemento fundamental para geração de energia hidráulica é a unidade hidráulica. Os componentes básicos de uma unidade hidráulica  são:

Figura 6 - Simbologia de Unidade Hidráulica.

1 -. Tanque de  óleo;

2 -. Filtro de sucção;

3 -. Bomba Hidráulica;

4 -. Motor elétrico;

5 -. Manômetro;

6 -. Válvula   reguladora;

7 -. Válvula de controle de energia;

8 -. Bloco de alimentação da  máquina;

9 -. Bloco de retorno para o tanque.

O Óleo é o fluído hidráulico que geralmente é conduzida por uma bomba hidráulica, geralmente a bomba hidráulica é impulsionado  por um motor eléctrico, mas  também pode ser movido  por um motor de combustão interna no caso dos automóveis.

3 - Acumuladores Hidráulicos

Figura 07 - Acumulador Hidráulico

Um acumulador armazena pressão hidráulica. Esta pressão é energia potencial, uma vez que ela pode ser transformada em trabalho.
Os acumuladores são basicamente de 3 tipos: carregados por peso, carregados por mola e hidropneumáticos. Os acumuladores hidropneumáticos estão divididos nos tipos: pistão, diafragma e bexiga. O nome de cada tipo indica a forma de separação do líquido do gás.
Acumuladores Tipo Diafragma: O acumulador do tipo diafragma consiste de dois hemisférios de metal, que são separados por meio de um diafragma de borracha sintética. O gás ocupa uma câmara e o líquido entra na outra.
Os acumuladores podem desempenhar uma gama muito grande de funções no sistema hidráulico. Algumas dessas funções são: manter a pressão do sistema, desenvolver o fluxo no sistema ou absorver choques no sistema.
Um acumulador, numa emergência, poderá manter a pressão do sistema. Se a bomba num circuito de prensagem, laminação ou de fixação, falha, o acumulador pode ser usado para manter a pressão do sistema, de modo que o material que está sendo trabalhado não seja danificado. Nesta aplicação, o volume do acumulador é muitas vezes usado para completar o ciclo da máquina. 

Este arquivo pode ser baixado em: 16_01_003 Elementos de Energia em instalações Hidráulicas

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/01/2017

Aula 02 - Conceitos fundamentais de hidráulica

Fluído é qualquer substância capaz de deformar-se continuamente e assumir a forma do recipiente que a contém. Como o presente trabalho trata apenas de circuitos hidráulicos, o fluido que nos interessa é o óleo hidráulico. O fluido pode ser líquido ou gasoso.

Figura 01 - Vazão volumétrica.

Força é definida como qualquer causa capaz de realizar trabalho. Por exemplo, se se quer movimentar um corpo qualquer, deve-se aplicar uma força sobre ele. O mesmo ocorre quando se quer pará-lo.
Vazão Volumétrica de um fluido pode ser determinada de duas formas distintas. Como ela é dada por 1/min (litros por minuto) ou g.p.m. (galões por minuto) ou no sistema internacional em m3/seg. Pode-se determiná-la pela razão do volume escoado do fluido por unidade de tempo ou ainda pelo produto da velocidade do fluido versos a área da secção transversal na qual o mesmo está escoando.
Q = V / t. Onde: Q = vazão; V= volume  e t = tempo.
Q = v x A. Onde: Q = vazão; A = área e v = velocidade.
Para efeito de dimensionamento de tubulações considera-se como velocidades econômicas de escoamento de fluxo os seguintes valores: sucção de 0,5m/s a 1,5m/s, para pressão até 10MPa; sucção de 2m/s a 12m/s, e para pressão de 10,0MPa a 31,5Mpa.
Potência de um circuito hidráulico normalmente é concebida a partir do atuador para o motor de acionamento e para cálculos rápidos considera-se o rendimento total do sistema em torno de 65%. Daí a potência hidráulica pode ser definida a partir da seguinte expressão: Ph = F x V. Onde: Ph = Potência hidráulica (Watt); F = Força desenvolvida considerando uma segurança de ± 10% na carga (Newton) e V = Velocidade de movimentação da carga (m/s).
Considerando as grandezas envolvidas num circuito hidráulico a expressão para cálculo da potência hidráulica é: Ph = P x Q. Onde: Ph= Potência hidráulica (Watt); P = pressão de trabalho do circuito (N/m2 = Pa) e Q = Vazão volumétrica (m3/s).

Figura 02 - Multiplicação da Força.

Pressão é a força exercida por e unidade de superfície. Em hidráulica, a pressão é expressa em kgf/cm2, atm ou bar. A pressão também poderá ser expressa em psi (pound per square inch) que significa libra força por polegada quadrada, abrevia-se lbf/pol2.

Pressão pode ser entendido como a resistência oferecida pelo recipiente ao escoamento de um fluido. Disso decorre duas situações, as observações estática e dinâmica. Nas observações estáticas diz-se que “em um fluido confinado sobre áreas iguais atuam forças iguais”(princípio de Pascal), nas observações dinâmicas a pressão corresponde à energia necessária para vencer as resistência de escoamento decorrentes do atrito e choque dentro das tubulações. A aplicação mais simples do princípio de Pascal consiste em ao aplicar uma força “F” sobre uma superfície “A”, defini-se como pressão “P” , a razão entre a força “F” e a superfície “A”.
Segundo a Lei de Pascal "a pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais".

Figura 3 - Macaco Hidráulico.

No caso da Figura 2, sobre o êmbolo de 1cm2 de área atua a força de 10 kgf, resultando numa força de 100 kN sobre o êmbolo de área de 10 cm2 . Portanto, com o aumento da área nota-se a multiplicação da força aplicada pela razão de acréscimo da área, considerando o equilíbrio, ou seja, sistema ideal. Podemos considerar que as forças são proporcionais às áreas dos pistões.
Relembrando um princípio enunciado por Lavoisier, onde ele menciona: "Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma." Realmente não podemos criar uma nova energia e nem tão pouco destruí-la e sim transformá-la em novas formas de energia.
Quando desejamos realizar uma multiplicação de forças significa que teremos o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a distância de cada pistão seja inversamente proporcional às suas áreas. O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade.

O resumo matemático do princípio de Pascal é: P = F/A onde: P = pressão F = força A = área.

A Figura 3 representa um macaco hidráulico fundamental, onde F é a força que o operador faz e G e a força multiplicada pelo macaco. Na óleo-hidráulica diz-se que existe pressão em determinada parte do circuito hidráulico, quando existe resistência ao fluxo de óleo gerado pela bomba. A bomba nunca gera pressão, gera somente vazão de óleo. As resistências encontradas pelo óleo na sua trajetória são as responsáveis pela geração da pressão.

Quadro 1 - Tabela de conversão de unidades de pressão.

Como exercício calcule a força “F” do operador do macaco hidráulico para elevar uma carga “G” de 20kN, considere as distâncias apresentadas em centímetros e o sistema ideal, sem atrito.

A pressão é, normalmente, expressa por kgf/cm2, PSI (pounds square inches - libras por polegadas quadradas), bars ou atmosferas. Porém de acordo com o sistema internacional de medidas, a pressão deve ser expressa em N/m2 que corresponde a Pa. (Pascal) e seu múltiplos. O quadro 1 apresenta valores de conversão das unidades de pressão mais usuais.
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Aula 01 - Histórico da Hidráulica

Figura 01 - Roda d'água.

A força fluida tem sua origem a milhares de anos, o marco inicial, de que se tem conhecimento, foi o uso da potência fluida em uma roda d’água, que emprega a energia potencial da água armazenada a uma certa altura, para a geração de energia. Os romanos por sua vez, tinham um sistema de armazenamento de água e transmissão, através de canais ou dutos para as casas de banho ou fontes ornamentais. O uso do fluido sob pressão, como meio de transmissão de potência, já é mais recente, sendo que o seu desenvolvimento ocorreu, mais precisamente, após a primeira grande guerra. 

Figura 02 - Aplicação de Hidráulica em máquinas pesadas.

A grande vantagem da utilização da energia hidráulica consiste na facilidade de controle da velocidade e inversão, praticamente instantânea, do movimento. Além disso os sistemas são auto lubrificados e compactos se comparados com as demais formas de transmissão de energia. As desvantagens dos sistemas é que se comparados com a eletricidade, por exemplo, os sistemas têm um rendimento baixo, de modo geral em torno de 65%, principalmente devido a perdas de cargas e vazamentos internos nos componentes. A construção dos elementos necessita de tecnologia de precisão encarecendo os custos de produção.
As máquinas e processos são projetados e construídos para cumprir objetivos variados como produção de peças, embalagem de produtos, preparação de substâncias, transporte entre estações de trabalho etc. Essencialmente, estes objetivos são alcançados principalmente por meio de ações mecânicas que produzem movimentos lineares ou rotativos, conforme ilustrado nos exemplos a seguir.

Figura 03 - Aplicação de hidráulica em aviação

Uma aplicação intensa da hidráulica na indústria que são as máquinas injetoras, onde existem varias atuações tanto para o fechamento e abertura do molde quanto para a injeção da matéria prima.
A utilização da hidráulica e pneumática é bastante intensa não somente na indústria. Na área móbil (ônibus, caminhões, tratores, automóveis etc.) tem-se várias aplicações como na máquina agrícola envolvendo acionamento, direção e posicionamento de implementos como na figura 2.
No avião esboçado na figura 3 verifica-se também o uso intenso da hidráulica.
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Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/01/2017