Telecurso 2000 - Hidráulica Industrial

Telecurso 2000 - Hidráulica Industrial

(Parte 1 de 2)

9 AULA

Joªo, o operador de uma retificadora cilíndrica, percebeu uma certa alteraçªo no desempenho de sua mÆquina. Após fazer as verificaçıes que conhecia e nªo descobrindo a causa do problema, solicitou que o departamento de manutençªo vistoriasse a mÆquina, pois a qualidade das peças fabricadas estava ficando comprometida.

O mecânico de manutençªo analisou a mÆquina e explicou a Joªo que tanto a vÆlvula reguladora de fluxo quanto a bomba hidrÆulica estavam com defeito, e que deveriam ser substituídas.

Como o mecânico de manutençªo soube detectar os defeitos? É o que serÆ mostrado nesta aula.

Conceito de pressªo

A Física nos ensina que pressªo Ø força distribuída por unidade de Ærea, ou seja:

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de força Ø o newton

(N) e a unidade de Ærea Ø o metro quadrado (m2). Entªo, no SI a unidade de pressªo Ø o N/m2, que recebe o nome de pascal (Pa).

PorØm, na literatura industrial, ainda sªo utilizadas outras unidades de pressªo, tais como: atmosfera (atm), torricelli (torr), quilograma-força por centímetro quadrado (kgf/cm2), milímetro de mercœrio (m Hg), bar, libraforça por polegada quadrada (lbf/pol2) tambØm chamada de psi (pound per square inch) etc.

A fórmula de pressªo nos informa que a pressªo Ø inversamente proporcional à Ærea, isto Ø, quanto menor a Ærea de atuaçªo da força, maior serÆ a pressªo.

Por exemplo, considere um paralelepípedo de alumínio de peso 24N (o peso tambØm Ø uma força) com as seguintes medidas: face A = 0,24 m2; face B = 0,12 m2 e face C = 0,08 m2.

Noçıes de manutençªo de hidrÆulica industrial

9 A U L A

AULASe o paralelepípedo estiver apoiado pela face A, ele exercerÆ uma pressªo de 100 Pa; se estiver apoiado pela face B, a pressªo serÆ de 200 Pa, e se ele estiver apoiado pela face C, o valor da pressªo serÆ de 300 Pa. Faça as contas e confira.

A pressªo hidrÆulica, na faixa industrial, situa-se ao redor dos 140 bar, que equivale a aproximadamente 138 atm ou 14000000 Pa ou 14000 kPa, variando de projeto para projeto.

Conceito de vazªo

Vazªo (Q) Ø o volume (V) de um fluido que passa na secçªo transversal de uma tubulaçªo num certo intervalo de tempo (t). Matematicamente:

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a vazªo Ø expressa em m3/s. Outras unidades de vazªo sªo: L/min ; L/s ; cm3/s.

Princípio de Pascal

O princípio de Pascal Ø um dos princípios mais importantes para a hidrÆulica. Esse princípio Ø definido assim:

Se uma massa líquida confinada receber um acrØscimo de pressªo, essa pressªo se transmitirÆ integralmente para todos os pontos do líquido, em todas as direçıes e sentidos.

Todos os mecanismos hidrÆulicos sªo, em œltima anÆlise, aplicaçıes do princípio de Pascal.

AULAPor exemplo, a prensa hidrÆulica, o macaco hidrÆulico e o freio hidrÆulico, alØm de outros mecanismos, baseiam-se no princípio de Pascal.

Os sistemas hidrÆulicos, quando em funcionamento, transmitem forças intensas. Tais mecanismos sªo utilizados em locais onde outros mecanismos, movidos com outras formas de energia, nªo seriam viÆveis.

Por exemplo, uma pÆ hidrÆulica de um trator nªo poderia funcionar adequadamente se somente o motor diesel viesse a ser utilizado para elevar as cargas. Nesse caso, parte da energia proveniente da queima do óleo diesel do motor Ø transferida e transformada em energia hidrÆulica na unidade hidrÆulica, e desta Ø transferida para o atuador que movimenta a pÆ.

Em resumo, uma parcela da energia calorífica proveniente da queima do óleo diesel do motor se transforma em energia hidrÆulica. Outras parcelas da energia calorífica transformam-se em energia mecânica e energia sonora, enquanto uma œltima parcela se dissipa pelo ambiente na forma de radiaçªo tØrmica.

Lembremos que energia nªo se cria e nem se destrói.

A energia se transfere de um sistema para outro, podendo ou nªo transformar-se de uma modalidade para outra. Exemplo: numa alavanca em uso ocorre apenas transferŒncia de energia de um ponto para outro; jÆ numa bateria ocorre transformaçªo de energia química em elØtrica.

Divisªo da hidrÆulica

Para fins didÆticos, a hidrÆulica divide-se em dois ramos: a hidrÆulica industrial e a hidrÆulica móbil.

A hidrÆulica industrial cuida de mÆquinas e sistemas hidrÆulicos utilizados nas indœstrias, tais como mÆquinas injetoras, prensas, retificadoras, fresadoras, tornos etc. A hidrÆulica móbil cuida de mecanismos hidrÆulicos existentes nos sistemas de transportes e cargas como caminhıes, automóveis, locomotivas, navios, aviıes, motoniveladoras, basculantes etc.

Circuito de trabalho industrial hidrÆulico

Um circuito hidrÆulico bÆsico compıe-se de reservatório, bomba, vÆlvula de alívio, vÆlvula de controle de vazªo, vÆlvula direcional e um atuador que poderÆ ser linear ou rotativo.

A vÆlvula que protege o sistema de sobrecargas Ø a vÆlvula de alívio, tambØm conhecida pelo nome de vÆlvula de segurança.

O circuito funciona do seguinte modo: •o óleo Ø succionado pela bomba e levado ao sistema;

•entrando no sistema, o óleo sofre uma reduçªo de vazªo;

•o excesso de óleo volta para o reservatório passando pela vÆlvula de alívio;

AULA•estando com a vazªo reduzida, o óleo segue para o atuador que vai trabalhar com uma velocidade menor e adequada ao trabalho.

•a vÆlvula direcional, por sua vez, comanda o avanço e o retorno do atuador, e todo o sistema estÆ protegido de sobrecargas.

Manutençªo de circuitos hidrÆulicos

A manutençªo de circuitos hidrÆulicos exige os seguintes passos: •analisar previamente o funcionamento do circuito;

•analisar as regulagens das vÆlvulas;

•verificar se a tubulaçªo nªo apresenta pontos de vazamento;

•verificar a limpeza do óleo existente no reservatório.

Bombas

As bombas sªo utilizadas, nos circuitos hidrÆulicos, para converter energia mecânica em energia hidrÆulica.

Nos sistemas hidrÆulicos industriais e móbil, as bombas sªo de deslocamento positivo, isto Ø, fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotaçªo ou ciclo.

As bombas de deslocamento positivo podem ser lineares ou rotativas.

As bombas lineares podem ser de pistıes radiais e de pistıes axiais, ao passo que as bombas rotativas podem ser de engrenagens ou de palhetas.

Bombas lineares de pistıes radiaisBombas lineares de pistıes radiaisBombas lineares de pistıes radiaisBombas lineares de pistıes radiaisBombas lineares de pistıes radiais Nesse tipo de bomba, o conjunto gira em um pivô estacionÆrio por dentro de um anel ou rotor.

Conforme vai girando, a força tangencial faz com que os pistıes sigam o contorno do anel, que Ø excŒntrico em relaçªo ao bloco de cilindros.

Quando os pistıes começam o movimento alternado dentro de seus furos, os pórticos, localizados no pivô, permitem que os pistıes admitam o fluido do pórtico de entrada - e estes se movem para fora - descarregando no pórtico de saída quando os pistıes sªo forçados pelo contorno do anel, em direçªo ao pivô.

O deslocamento de fluido depende do tamanho e do nœmero de pistıes no conjunto, bem como do curso desses pistıes.

Existem modelos em que o deslocamento de fluido pode variar, modificando-se o anel para aumentar ou diminuir o curso dos pistıes. Existem, ainda, controles externos para esse fim.

A figura ao lado mostra o esquema de uma bomba com pistıes radiais.

AULABombas lineares de pistıes axiais e sua manutençªoBombas lineares de pistıes axiais e sua manutençªoBombas lineares de pistıes axiais e sua manutençªoBombas lineares de pistıes axiais e sua manutençªoBombas lineares de pistıes axiais e sua manutençªo Uma bomba muito utilizada dentro dessa categoria Ø aquela em que o

conjunto de cilindros e o eixo estªo na mesma linha, e os pistıes se movimentam em paralelo ao eixo de acionamento.

Os pistıes sªo ajustados nos furos e conectados, atravØs de sapatas, a um anel inclinado.

Quando o conjunto gira, as sapatas seguem a inclinaçªo do anel, causando um movimento recíproco dos pistıes nos seus furos.

Os pórticos estªo localizados de maneira que a linha de entrada se situe onde os pistıes começam a recuar, e a abertura de saída onde os pistıes começam a ser forçados para dentro dos furos do conjunto.

Nesse tipo de bomba, o deslocamento de fluido Ø determinado pelo tamanho e quantidade de pistıes, bem como de seus cursos; a funçªo da placa inclinada Ø controlar o curso dos pistıes.

Nos modelos com deslocamento variÆvel, a placa estÆ instalada num suporte móvel. Movimentando esse suporte, o ângulo da placa varia para aumentar ou diminuir o curso dos pistıes.

O suporte pode ser posicionado manualmente, por servo-controle, por compensador de pressªo ou por qualquer outro meio de controle.

AULAA manutençªo de bombas de pistªo axial consiste em trocar o conjunto rotativo toda vez que se verificar queda no rendimento. O óleo deve estar limpo e isento de Ægua.

Bombas rotativas de engrenagens e sua manutençªoBombas rotativas de engrenagens e sua manutençªoBombas rotativas de engrenagens e sua manutençªoBombas rotativas de engrenagens e sua manutençªoBombas rotativas de engrenagens e sua manutençªo Essas bombas apresentam rodas dentadas, sendo uma motriz, acionada pelo eixo, que impulsiona a outra, existindo folgas axial e radial vedadas pela própria viscosidade do óleo.

No decorrer do movimento rotativo, os vªos entre os dentes sªo liberados à medida que os dentes se desengrenam.

O fluido proveniente do reservatório chega a esses vªos e Ø conduzido do lado da sucçªo para o lado da pressªo.

No lado da pressªo, os dentes tornam a se engrenar e o fluido Ø expulso dos vªos dos dentes; as engrenagens impedem o refluxo do óleo para a câmara de sucçªo.

A seguir mostramos o esquema de uma bomba de engrenamento externo.

A manutençªo das bombas rotativas de engrenagens consiste em manter o óleo sempre limpo e sem Ægua e em trocar as engrenagens desgastadas.

Bombas rotativas de palhetas e sua manutençªoBombas rotativas de palhetas e sua manutençªoBombas rotativas de palhetas e sua manutençªoBombas rotativas de palhetas e sua manutençªoBombas rotativas de palhetas e sua manutençªo Nas bombas de palhetas, um rotor cilíndrico, com palhetas que se deslocam em rasgos radiais, gira dentro de um anel circular.

Pela açªo das forças tangenciais, as palhetas tendem a sair do rotor, sendo obrigadas a manter contato permanente com a face interna do anel. Mas a pressªo sob as palhetas as mantØm contra o anel de reaçªo.

Esse sistema tem a vantagem de proporcionar longa vida à bomba, pois as palhetas sempre mantŒm contato com o corpo, mesmo se elas apresentarem desgastes.

AULAAs palhetas dividem o espaço existente entre o corpo e o rotor em uma sØrie de câmaras que variam de tamanho de acordo com sua posiçªo ao redor do anel.

A entrada da bomba fica localizada em um ponto onde ocorre a expansªo do tamanho das câmaras de acordo com o sentido de rotaçªo do rotor e da sua excentricidade em relaçªo ao anel.

O vÆcuo parcial, gerado pela expansªo das câmaras de bombeamento, faz com que a pressªo atmosfØrica empurre o óleo para o interior da bomba. O óleo Ø entªo transportado da entrada para a saída da bomba, onde as câmaras reduzem de tamanho, forçando o fluido para fora.

A manutençªo das bombas de palhetas consiste na troca de todo o conjunto que se desgasta por causa do tempo de uso.

Manutençªo do óleo hidrÆulicoManutençªo do óleo hidrÆulicoManutençªo do óleo hidrÆulicoManutençªo do óleo hidrÆulicoManutençªo do óleo hidrÆulico

Entre os fluidos que poderiam ser utilizados nos sistemas hidrÆulicos, o óleo

Ø o mais recomendÆvel porque, alØm de transmitir pressªo, ele apresenta as seguintes propriedades: •atua como refrigerante permitindo as trocas de calor geradas no sistema;

•por ser viscoso, atua como vedante;

•Ø praticamente imiscível em Ægua;

•oxida-se muito lentamente em contato com o oxigŒnio do ar.

A manutençªo do óleo hidrÆulico exige os seguintes cuidados: •utilizar filtro de sucçªo;

•utilizar filtro de retorno;

•eliminar a Ægua absorvida pelo ar que entra no reservatório;

•usar aditivos e efetuar uma drenagem com filtraçªo para separar o óleo da Ægua; •trocar o óleo de todo o sistema, se o grau de contaminaçªo do óleo for muito elevado.

Atuadores hidrÆulicos

Os atuadores hidrÆulicos sªo representados pelos motores hidrÆulicos e pelos cilindros lineares.

Motores hidrÆulicosMotores hidrÆulicosMotores hidrÆulicosMotores hidrÆulicosMotores hidrÆulicos Os motores hidrÆulicos sªo atuadores rotativos capazes de transformar energia hidrÆulica em energia mecânica, produzindo um movimento giratório.

AULAAo contrÆrio das bombas que empurram o fluido num sistema hidrÆulico, os motores sªo empurrados pelo fluido, desenvolvendo torque e rotaçªo.

Todo motor hidrÆulico pode funcionar como bomba; entretanto, nem toda bomba funciona como motor. Algumas bombas necessitam de modificaçıes em suas características construtivas para exercerem a funçªo de motor.

Quanto ao funcionamento, existem trŒs tipos de motores hidrÆulicos: •o motor unidirecional, que se movimenta em um œnico sentido de rotaçªo;

•o motor bidirecional (reversível), que produz rotaçªo nos dois sentidos;

•o motor oscilante (angular), que gira em ambos os sentidos com ângulo de rotaçªo limitado.

Entre os motores bidirecionais, o mais utilizado Ø o motor de engrenagens.

Esse motor desenvolve torque por meio da pressªo aplicada nas superfícies dos dentes das rodas dentadas. Elas giram juntas, mas apenas uma estÆ ligada ao eixo do motor.

A rotaçªo do motor pode ser invertida mudando a direçªo do fluxo de óleo.

A alta pressªo na entrada e a baixa pressªo na saída provocam altas cargas laterais no eixo, bem como nas rodas dentadas e nos rolamentos que as suportam. Isso faz com que os motores de engrenagens tenham sua pressªo de operaçªo limitada. A figura abaixo mostra o corte de um motor de engrenagens.

O motor de engrenagens tem como vantagens principais sua simplicidade e sua maior tolerância à sujeira. A manutençªo consiste em substituir o motor estragado por um motor novo.

Cilindros e sua manutençªoCilindros e sua manutençªoCilindros e sua manutençªoCilindros e sua manutençªoCilindros e sua manutençªo Os cilindros tŒm um cabeçote em cada lado da camisa e um pistªo móvel ligado à haste.

AULAEm um dos lados a camisa do cilindro apresenta uma conexªo de entrada, por onde o fluido penetra enquanto o outro lado Ø aberto.

Para manutençªo, exige-se a troca das guarniçıes dos cilindros. A figura abaixo mostra a estrutura interna de um cilindro.

VÆlvulas hidrÆulicas

As vÆlvulas hidrÆulicas dividem-se em quatro grupos: • vÆlvulas direcionais;

•vÆlvulas de bloqueio;

•vÆlvulas controladoras de pressªo;

•vÆlvulas controladoras de fluxo ou de vazªo.

As vÆlvulas direcionaisvÆlvulas direcionaisvÆlvulas direcionaisvÆlvulas direcionaisvÆlvulas direcionais sªo classificadas de acordo com o nœmero de vias, nœmero de posiçıes de comando, tipos de acionamento e princípios de construçªo.

Dentre as vÆlvulas direcionais, a mais comum Ø a vÆlvula de carretel.

O defeito mais comum nesse tipo de vÆlvula Ø o engripamento do carretel, isto Ø, ele deixa de correr dentro do corpo da vÆlvula. Outro defeito que uma vÆlvula de carretel pode apresentar Ø a quebra de seu comando de acionamento.

A seguir mostramos um tipo de vÆlvula direcional, um carretel e a simbologia de acionamento que as vÆlvulas direcionais podem ter.

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