EX 1.02 - Cálculos Hidráulicos de Cilindros

Durante o desenvolvimento do projeto de um equipamento hidráulico uma etapa muito importante é a “Seleção e Dimensionamento dos Componentes”. Esta atividade tem por objetivo detalhar um pouco mais a fundo as fórmulas e cálculos mais comumente utilizados por projetistas de sistemas hidráulicos e pneumáticos. 

Nos cálculos serão utilizados unidades "imperiais" que serão convertidas para o sistema internacional que medidas (SI). 

Unidades imperiais e equivalências no sistema internacional de medidas

• Polegada quadrada (in²) é uma unidade de medida de área do sistema imperial, equivalente à superfície de um quadrado com 1 polegada  (2,54 cm) de lado.
• GPM (Gallons Per Minute) significa “Galões Por Minuto” é uma medida de vazão de líquidos imperial britânico (UK), equivalente a aproximadamente 4,546 litros.
• PSI (Pound per Square Inch) é uma unidade de medida de pressão que significa "libra por polegada quadrada": 1 PSI ≈ 6.895 Pascal (Pa) ou 0,06895 bar.
• HP (horsepower) significa “cavalo de potência” que é a unidade de medida de potência de motores e máquinas, equivalente a aproximadamente 745,7 watts.
• in³ (inches³) a polegada cúbica é uma unidade de volume que equivale ao volume de um cubo de uma polegada de lado (exatamente 2,54 centímetros), 1 in³ equivalente a aproximadamente 0,016378 litros.
• GPM* (Gallons Per Minute) significa “Galões Por Minuto” é uma medida de vazão de líquidos americano (US*), equivalente a aproximadamente 3,785 litros.

Cálculo da área da extremidade da haste do cilindro em in2 (polegadas quadradas)

Área da extremidade cega – área da haste

Exemplo 1: Qual é a área da extremidade da haste de um cilindro de 6 polegadas de diâmetro que possui uma haste de 3 polegadas de diâmetro?

Obs.: Para facilitação o símbolo  ” será utilizado como abreviação de polegadas.

 Diâmetro do Cilindro = 6 “

O raio do cilindro é metade do diâmetro = 3 “
Raio2 = 3“ x 3” = 9 “

π x Raio2 = 3,14 x 9 = 28,26 in2.

Área da extremidade cega do cilindro = 28,26 in2.

Diâmetro da haste = 3 “

O raio é 1/2 do diâmetro da haste = 1,5 “
Raio2 = 1,5 “x 1,5” = 2,25 “

π x Raio2 = 3,14 x 2,25 = 7,07 in2

Área da extremidade cega – Área da haste = 28,26 – 7,07 = 21,19 in2.

O mesmo cálculo pode ser feito utilizando o Sistema Internacional de Unidades (SI), utilizando a a mesma fórmula. Como cada polegada equivale a 2,5 cm, resulta numa área cega de 136,71  cm2.

Área da extremidade cega do cilindro (em polegadas quadradas): A = PI x (raio do cilindro)2

Exemplo 1: Qual é a área de um cilindro de 6 “de diâmetro?

Diâmetro = 6 “

O raio é 1/2 do diâmetro = 3 “

Raio2 = 3 “x 3” = 9 “ = > 

π x (raio do cilindro)2 => 3,14 x (3)2 = 3,14 x 9 = 28,26 in2

Saída de vazão da extremidade cega do cilindro (GPM): Área da extremidade cega ÷ Área da extremidade da haste x GPM entrada

Exemplo 1: Quantos GPM saem da extremidade cega de um cilindro de 6 “ de diâmetro com uma haste de 3” de diâmetro quando temos 15 galões por minuto colocados na extremidade da haste?

Área da extremidade cega do cilindro = 28,26 in2

Área da extremidade da haste do cilindro = 21,19 in2

Entrada GPM = 15 GPM

Área da extremidade cega ÷ Área da extremidade da haste x GPM entrada = 28,26 ÷ 21,19 x 15 = 20 GPM

Força de saída do cilindro (em libras): Pressão (em PSI) x Área do Cilindro

Exemplo 1: Qual é a força de “empurrar” de um cilindro de 6 “de diâmetro operando a 2.500 PSI?

Área da extremidade cega do cilindro = 28,26 in2

Pressão = 2.500 psi

Pressão x área do cilindro = 2.500 X 28,26 = 70.650 libras

Exemplo 2: Qual é a força de tração de um cilindro de 6 “de diâmetro com uma haste de 3” operando a 2.500 PSI?

Área da extremidade da haste do cilindro = 21,19 in2

Pressão = 2.500 psi

Pressão x área do cilindro = 2.500 x 21,19 = 52.975 libras.

A pressão (símbolo: p) é a força exercida por unidade de área. Formalmente, p = F / A. A unidade no SI para medir a pressão é o pascal (Pa), equivalente a uma força de 1 newton por uma área de 1 metro quadrado. 

Velocidade do cilindro (em polegadas por segundo): (231 x GPM) ÷ (60 x área líquida do cilindro)

Exemplo 1: Quão rápido um cilindro de 6 “de diâmetro com uma haste de 3” de diâmetro se estenderá com 15 GPM de entrada?

GPM = 6

Área líquida do cilindro= 28,26 pol2

(231 x GPM) ÷ (60 x Área líquida do cilindro) = (231 x 15) ÷ (60 x 28,26) = 2,04 polegadas por segundo (pol/s).

Quão rápido ele se retrairá?

Área do cilindro líquido = 21,19  in2

(231 x GPM) ÷ (60 x Área líquida do cilindro) = (231 x 15) ÷ (60 x 21,19) = 2,73 polegadas por segundo.

GPM de fluxo necessário para a velocidade do cilindro: Área do cilindro x comprimento do curso em polegadas ÷ 231 x 60 ÷ Tempo em segundos para um ciclo

Exemplo 1: Quantos GPM são necessários para estender um cilindro de 6 “de diâmetro em 8 polegadas em 10 segundos?

Área do cilindro = 28,26 polegadas quadradas

Comprimento do curso = 8 polegadas

Tempo para 1 curso = 10 segundos

Área x Comprimento ÷ 231 x 60 ÷ Tempo = 28,26 x 8 ÷ 231 x 60 ÷ 10 = 5,88 GPM

Exemplo 2: Se o cilindro tiver uma haste de 3″ de diâmetro, quantos GPM são necessários para retrair 8 polegadas em 10 segundos?

Área do cilindro = 21,19 polegadas quadradas

Comprimento do curso = 8 polegadas

Tempo para 1 curso = 10 segundos

Área x Comprimento ÷ 231 x 60 ÷ Tempo = 21,19 x 8 ÷ 231 x 60 ÷ 10 = 4,40 GPM

Pressão de fluido em PSI necessária para elevar uma carga (em PSI): Libras de força necessárias ÷ Área do cilindro

Exemplo 1: Que pressão é necessária para desenvolver 50.000 libras de força de “empurrar” de um cilindro de 6 “de diâmetro?

Libras da Força = 50.000 libras

Área da extremidade cega do cilindro = 28,26 pol2

Libras de força necessárias ÷ Área do cilindro = 50.000 ÷ 28,26 = 1.769,29 PSI

Exemplo 2: Qual pressão é necessária para desenvolver 50.000 libras de força de tração de um cilindro de 6 “de diâmetro que tem 3” de diâmetro da haste?

Libras da Força = 50.000 libras

Área da extremidade da haste do cilindro = 21,19 polegadas quadradas

Libras de força necessárias ÷ Área do cilindro = 50.000 ÷ 21,19 = 2.359,60 PSI

Calculadora de atuadores on-line disponível em: << https://www.trelleborg.com >> .

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/01/2026

EX 1.01 - Cálculos Hidráulicos de Bombas

Durante o desenvolvimento do projeto de um equipamento hidráulico uma etapa muito importante é a “Seleção e Dimensionamento dos Componentes”. Esta atividade tem por objetivo detalhar um pouco mais a fundo as fórmulas e cálculos mais comumente utilizados por projetistas de sistemas hidráulicos e pneumáticos. 

Bombas hidráulicas: Esses são componentes essenciais que supervisionam a pressurização do fluido hidráulico e seu fluxo subsequente em todo o sistema hidráulico. Para tirar o máximo proveito do seu bomba hidráulica, você precisa entender como calcular algumas de suas principais características de desempenho, como: potência, deslocamento e fluxo.

Você deve também compreender as equivalência de unidades utilizadas nos sistemas hidráulicos.

Unidades imperiais e equivalências no sistema internacional de medidas

• PSI (Pound per Square Inch) é uma unidade de medida de pressão que significa "libra por polegada quadrada": 1 PSI ≈ 6.895 Pascal (Pa) ou 0,06895 bar.
• HP (horsepower) significa “cavalo de potência” que é a unidade de medida de potência de motores e máquinas, equivalente a aproximadamente 745,7 watts.
• GPM (Gallons Per Minute) significa “Galões Por Minuto” é uma medida de vazão de líquidos imperial britânico (UK), equivalente a aproximadamente 4,546 litros.
• in³ (inches³) a polegada cúbica é uma unidade de volume que equivale ao volume de um cubo de uma polegada de lado (exatamente 2,54 centímetros), 1 in³ equivalente a aproximadamente 0,016378 litros.
• GPM* (Gallons Per Minute) significa “Galões Por Minuto” é uma medida de vazão de líquidos americano (US*), equivalente a aproximadamente 3,785 litros.

Exercício 01: Potência necessária para o correto funcionamento de uma bomba: (HP) cavalo-vapor = GPM (Gallons per Minute) x PSI (Pound Square Inch) x 0,0007 (este é um cálculo de ‘regra de geral’).

Exemplo: Quantos HPs (cavalo-vapor) são necessários para acionar uma bomba de 5 GPM (UK) a 1.500 PSI?

Dados: Q = 5 GPM e P = 1500 PSI.

• HP = GPM x PSI x 0,0007 = 5 x 1500 x 0,0007 = 5,25 (HP) cavalo-vapor . 

O mesmo cálculo pode ser feito utilizando o Sistema Internacional de Unidades (SI), utilizando a fórmula: Potência: P = Q × P / 600; onde: P = Potência (geralmente em kW), Q = Taxa de fluxo (geralmente em L/min) e P = Pressão (geralmente em bares). 

No exemplo acima as unidades imperiais foram convertidas para o sistema internacional de medidas: Vazão de 5 GPM = 22,73 L/min, e pressão 1500 PSI = 103,425 Bar. Neste caso, a potência da sua bomba hidráulica em kiloWatts é: 

• Potência =  Q x P / 600 = 22,73 × 103,425 / 600 = 3,92 kW. 

Portanto, a potência da sua bomba é de 3,92 kW (≈ 5,25 HP).

Exercício 02: Deslocamento da bomba necessário para o fluxo de saída em Galões por minutos: Polegadas cúbicas por revolução = 231 x GPM (US) ÷ RPM (Revolutions Per Minute), pois cada galão (US) ocupa uma área de 231 in³.

Exemplo: Qual deslocamento é necessário de uma bomba para produzir 5 GPM a 1.500 RPM? 

Dados: Q = 5 GPM e RPM = 1500.

• fluxo (pol³ / rev) = 231 x GPM ÷ RPM = 231 x 5 ÷ 1500 = 0,77 pol³ por revolução (ciclo) . 

O mesmo cálculo pode ser feito utilizando o Sistema Internacional de Unidades (SI), utilizando a fórmula: Centímetros cúbicos por revolução = 1000 x litros ÷ RPM (Revolutions Per Minute), pois cada litro ocupa uma área de 1000 cm³.

No exemplo acima as unidades imperiais foram convertidas para o sistema internacional de medidas: Vazão de 5 GPM (US) = 18,927 L/min:

• fluxo (cm³ / rev) = 1000 x LPM ÷ RPM = 18,927 ÷ 1500 = 12,618 cm³ por revolução (ciclo) . 

Exercício 03: Fluxo de saída da bomba (em galões por minuto): Galões por minutos = RPM x deslocamento da bomba ÷ 231.

Exemplo: Quanto óleo será produzido por uma bomba de 2,5 polegadas cúbicas operando a 1200 RPM?

Dados: RPM = 1200 e Deslocamento da bomba = 2,5 pol³ (polegadas cúbicas) .

GPM = RPM x Deslocamento da bomba ÷ 231 = 1200 x 2,5 ÷ 231 = 12,99 galões por minuto.

O mesmo cálculo pode ser feito utilizando o Sistema Internacional de Unidades (SI).

Calculadora on-line disponível em: << https://www.famictech.com >> .

Conversor de unidades on-line disponível em: << https://www.convertworld.com/pt/ >> .

© Direitos de autor. 2020: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 15/01/2026

Aula 09 - Cálculos e grandezas hidráulicas: Potência, Pressão e Vazão de Bombas

Potência é definida como a relação entre o trabalho realizado (força x distância) dividido pelo tempo necessário para completar esse trabalho. O Watt (W) é a unidade de potência no Sistema Internacional de Unidades (SI), igual a 1 joule por segundo [ kg⋅m 2 /s 3].

Pressão (p) é a força exercida por unidade de área. Formalmente, p = F / A. A unidade no SI para medir a pressão é o pascal (Pa), equivalente a uma força de 1 newton por uma área de 1 metro quadrado. 

Vazão volumétrica (ou fluxo), que é o volume de fluído que atravessa uma dada área por unidade de tempo. O deslocamento do fluído está sob ação da força gravitacional. A intensidade dessa gravidade, medida ao nível do mar, é de aproximadamente 9,82 m/s². 

A fórmula para calcular a potência hidráulica de uma bomba no Sistema Métrico Internacional (SI) envolve a vazão, a pressão, a densidade do fluido e a eficiência da bomba. Para o exemplo abaixo calculamos: P = V x (F/A) x g => 0,0005 x 2.141.403,6 x 9,82 => 10514,29  W.

Esta fórmula pode ser simplificada. A potência hidráulica útil é dada por:  Potência  (kW) = Vazão (litros/minuto) x Pressão (bar) / 600 = 30 x 210 /600 = 10,5 Kw.

Onde: P: Potência útil (Kilo Watts; Q: Vazão volumétrica (metros cúbicos por segundo, m 3 / s) e Pressão/carga (Pascal (Pa) ou N/m² e 600: Fator de conversão (que ajusta as unidades para kW.

Para calcular a potência do motor necessário elétrico para essa potência útil, é necessário incorporar dois conceitos na fórmula:

• Eficiência da bomba hidráulica: podemos assumir um valor de 90% (0,9). Esse valor dependerá do tipo de bomba (bomba de pistão, de engrenagem ou de palhetas) e de sua eficiência em uma pressão de trabalho específica. O valor é obtido multiplicando a eficiência volumétrica da bomba por sua eficiência hidrodinâmica.

Por exemplo, em bombas hidráulicas de pistão, o valor médio de eficiência total geralmente está entre 85% e 95%; em bombas de engrenagem e de palhetas, a eficiência costuma variar entre 80% e 95%.

• Eficiência mecânica da transmissão entre o motor e a bomba: também podemos assumir um valor aproximado de 90% (0,9).

Cálculo da Potência necessária para o correto funcionamento de uma bomba hidráulica: Vazão da bomba = 30 litros/minuto e Pressão máxima = 210 bar?

• Potência Útil (kW) = 30 litros/minuto x 210 bar / 600 = 10,50 kW
• Potência Necessária (kW) = Potência Útil (kW) / 0,81 = 10,50 / 0,81 = 12,96 kW
  

Uma vez definida a potência necessária, deve-se selecionar um motor de catálogo com uma potência imediatamente superior ao valor calculado. Para um motor elétrico, o modelo imediatamente superior a uma potência de 12,96 kW poderia ser um motor de 15 kW (20 HP).

Faça as conversões de unidade utilizando o: Conversor Online de Pressão .

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/03/2015

Aula 08 - 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 07 - 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 06 - 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.

A ficha do exercício para cálculo de força de atuadores hidráulicos pode ser baixada em: EX01 - Cálculo de força e tempo de atuação de atuador hidráulico.

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 05 - 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.

1 - Válvulas

Válvula limitadora de pressão

1.1 - 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

1.2 - 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

1.3 - 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

1.4 - 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

1.5 - 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

1.6 - 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

1.7 - 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

1.8 - 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.

2 - Eletroválvulas

2.1 - Eletroválvula Direcional de 4/2 Vias

A função de uma eletroválvula direcional de 4 vias é causar o movimento de reversão de um cilindro ou de um motor hidráulico, através do acionamento elétrico da bobina da válvula. 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. 

Quando uma corrente elétrica passa pela bobina, gera-se um campo magnético. Este campo magnético atrai o induzido e o empurra para dentro da bobina. Enquanto o induzido entra na bobina, ele fica em contato com um pino acionador e desloca o carretel da válvula direcional para uma posição extrema.

2.2 - Eletroválvulas 4/3 de Centro Fechado

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 irá parar o movimento de um atuador, bem como permite que cada atuador individual, no sistema, opere independentemente de um suprimento de força.

Os carretéis das válvulas direcionais de centro fechado têm algumas desvantagens. Uma delas é que o fluxo da bomba não pode ser descarregado para o tanque, através de válvula direcional, durante o tempo em que o atuador está inativo.

2.3 - Eletroválvulas 4/3 de Centro em Tandem 

Uma condição de centro em tandem irá parar o movimento do atuador, através do acionamento elétrico da bobina da válvula, mas permite que o fluxo da bomba retorne ao tanque sem passar pela válvula limitadora de pressão.

Uma eletroválvula direcional com um carretel de centro em tandem tem a vantagem óbvia de descarregar a bomba enquanto em posição central. Mas, na realidade, o carretel apresenta algumas desvantagens que podem não ser aparentes.

Já foi dito que várias condições de centro podem ser conseguidas com uma válvula direcional de 4 vias, simplesmente inserindo o carretel apropriado no corpo da válvula. Quando um carretel de centro em tandem é usado no corpo da válvula direcional, a taxa de fluxo nominal diminui. 

2.4 - Eletroválvulas 4/3 de Centro de flutuação

Uma condição de centro aberto negativo (flutuação) permite a operação independente dos atuadores ligados à mesma fonte de energia, bem como torna possível a movimentação livre de cada atuador. A vantagem deste tipo de centro é que as linhas do atuador não têm aumento na pressão quando a via “P” é bloqueada, como na válvula de centro fechado.

A desvantagem deste carretel é que uma carga não pode ser parada ou mantida no lugar. Se isto for um requerimento do sistema, pode-se usar uma válvula de retenção operada por piloto em conjunto com a válvula do carretel Aberto Negativo. Se a carga tiver que ser somente parada, usa-se um carretel de centro aberto negativo com orifícios de medição nas tomadas A e B. Os orifícios restringem o fluxo através de A e B quando a válvula está centralizada. Isso provoca uma contrapressão no cilindro, que irá parar a carga. No entanto, depois que a pressão cai, não há aumento de pressão nas linhas do atuador em resultado do vazamento da via “P”.

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© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/03/2015