tecnologia hidraulica industrial, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

Baixe tecnologia hidraulica industrial e outras Notas de estudo em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity! Tecnologia Hidráulica Industrial Apostila M2001-1 BR Julho 1999 Training Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 1 Training COPYRIGHT © by Parker Hannifin Corporation Tecnologia Hidráulica Industrial Tecnologia Hidráulica Industrial 4 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training 1. Introdução Com a constante evolução tecnológica, tem-se no mercado a intensa necessidade de se desenvolverem técnicas de trabalho que possibilitem ao homem o aprimoramento nos processos produtivos e a busca da qualidade. Para se buscar a otimização de sistemas nos processos industriais, faz-se o uso da junção dos meios de transmissão de energia, sendo estes: Mecânica Elétrica Eletrônica Pneumática Hidráulica Experiências têm mostrado que a hidráulica vem se destacando e ganhando espaço como um meio de transmissão de energia nos mais variados segmentos do mercado, sendo a Hidráulica Industrial e Móbil as que apresentam um maior crescimento. Porém, pode-se notar que a hidráulica está presente em todos os setores industriais. Amplas áreas de automatização foram possíveis com a introdução de sistemas hidráulicos para controle de movimentos. Para um conhecimento detalhado e estudo da energia hidráulica vamos inicialmente entender o termo Hidráulica. O termo Hidráulica derivou-se da raiz grega Hidro, que tem o significado de água, por essa razão entendem-se por Hidráulica todas as leis e comportamentos relativos à água ou outro fluido, ou seja, Hidráulica é o estudo das características e uso dos fluidos sob pressão. ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 5 Training Para compreendermos a hidráulica e suas aplicações, se faz necessário o conhecimento básico de conceitos físicos. Força Força é qualquer influência capaz de produzir uma alteração no movimento de um corpo. Temos como unidade de medida de força o NEWTON (N). Resistência A força que pode parar ou retardar o movimento de um corpo é uma resistência. Exemplos de resistência são: o atrito e a inércia. O Atrito como Resistência A resistência por atrito ocorre sempre que dois objetos estejam em contato e que as suas superfícies se movam uma contra a outra. Energia Uma força que pode causar o movimento de um corpo é energia. A Inércia como Energia A inércia, sendo a relutância de um corpo a uma alteração no seu movimento, pode também ser energia. Um corpo em movimento exibe uma relutância ao ser parado, e pode assim bater em outro corpo e causar o seu movimento. Com uma bola de madeira e outra de chumbo movendo-se na mesma velocidade, a bola de chumbo exibe uma inércia maior, desde que é mais difícil pará- la. A bola de chumbo tem mais energia do que a bola de madeira. A Inércia como Resistência A inércia é a relutância de um corpo em aceitar uma alteração no seu movimento. A inércia está diretamente relacionada à quantidade de matéria no corpo. Quanto maior a massa ou a matéria em um corpo, mais pesado é este e, consequentemente, mais difícil movê-lo. bola de madeira bola de chumbo 2. Conceitos Básicos Bola de chumbo Bola de madeira resistência Tecnologia Hidráulica Industrial 6 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Lei da Conservação de Energia A lei da conservação de energia diz que a energia não pode ser criada e nem destruída, embora ela possa passar de uma forma à outra. O Estado Cinético da Energia A energia no estado cinético está em movimento. Ela causa o movimento quando toca a superfície do objeto. O Estado Potencial da Energia Quando no estado potencial a energia está acumulada, ela está pronta e esperando para entrar em ação, para transformar-se em energia cinética tão logo surja a oportunidade. A energia potencial tem a propriedade de transformar- se em energia cinética por causa do seu constituinte físico, ou da sua posição acima de um certo ponto de referência. Por causa da elevação, a água contida em uma torre de água é energia potencial. Ela tem a propriedade de escoar por gravidade pela torneira de uma residência que estiver em um nível mais baixo. A expressão que descreve o trabalho é: Ec = m. v2 2 Ep = m.g.h Trabalho = força exercida x distância do movimento = joule (Nm) (N) (m) (J) Newton - Metro (Nm) O Estado de Alteração de Energia A energia potencial tem a propriedade de se transformar em energia cinética. E a energia cinética pode ser também transformada em energia potencial. A água na torre é energia potencial que se transforma em energia cinética hidráulica na torneira. Esta energia cinética se transforma em energia potencial à medida que se enche um copo. Trabalho É o movimento de um objeto através de uma determinada distância. Temos como unidade para trabalho o: Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 9 Training Antes de trabalhar diretamente com a transmissão de energia através de líquidos, torna-se necessário rever o conceito de hidráulica estudando as características de um líquido, para depois saber como uma força se transmite através dele. Líquidos Líquido é uma substância constituída de moléculas. Ao contrário dos gases, nos líquidos as moléculas são atraídas umas às outras de forma compacta. Por outro lado, ao contrário dos sólidos, as moléculas não se atraem a ponto de adquirirem posições rígidas. Os Líquidos assumem qualquer forma O deslizamento das moléculas umas sob as outras ocorre continuamente, por isso o líquido é capaz de tomar a forma do recipiente onde ele está. Os Líquidos são relativamente Incompressíveis Com as moléculas em contato umas às outras, os líquidos exibem características de sólidos. Os líquidos são relativamente impossíveis de serem comprimidos. Uma vez que os líquidos são relativamente Incompressíveis e podem tomar a forma do recipiente, eles possuem certas vantagens na transmissão de força. Transmissão de Força Os quatro métodos de transmissão de energia: mecânica, elétrica, hidráulica e pneumática, são capazes de transmitir forças estáticas (energia potencial) tanto quanto a energia cinética. Quando uma força estática é transmitida em um líquido, essa transmissão ocorre de modo especial. Para ilustrar, vamos comparar como a transmissão ocorre através de um sólido e através de um líquido em um recipiente fechado.Energia Molecular As moléculas nos líquidos estão continuamente em movimento. Elas deslizam umas sob as outras, mesmo quando o líquido está em repouso. Este movimento das moléculas chama-se energia molecular. Força Transmitida através de um Sólido A força através de um sólido é transmitida em uma direção. Se empurrarmos o sólido em uma direção, a força é transmitida ao lado oposto, diretamente. pistão móvel sólido 3.Transmissão Hidráulica de Força e Energia Força Transmitida através de um Líquido Se empurrarmos o tampão de um recipiente cheio de líquido, o líquido do recipiente transmitirá pressão sempre da mesma maneira, independentemente de como ela é gerada e da forma do mesmo. Funcionamento Conforme a pressão aumenta 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. Os manômetros de Bourdon são instrumentos de boa precisão com valores variando entre 0,1 e 3% da escala total. São usados geralmente para trabalhos de laboratórios ou em sistemas onde a determinação da pressão é de muita importância. O Manômetro de Núcleo Móvel O manômetro de núcleo móvel consiste de um núcleo ligado ao sistema de pressão, uma mola de retração, um ponteiro e uma escala graduada em kgf/cm2 ou psi. Funcionamento Conforme a pressão aumenta, o núcleo é empurrado contra a mola de retração. Este movimento provoca o movimento do ponteiro que está ligado ao núcleo e este registra o valor da pressão no mostrador graduado. Os manômetros de núcleo móvel são duráveis e econômicos. Viscosidade A viscosidade é a medida de resistência ao fluxo das moléculas de um líquido quando elas deslizam umas sobre as outras. É uma medida inversa à de fluidez. Ver tabela a seguir Manômetro O 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. Manômetro de Bourdon O tubo 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. O tubo tende a endireitar-se sob pressão causando a rotação do ponteiro Entrada de pressão Tubo de Bourdon 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pistão Pivô EntradaArticulação psig 5000 4000 3000 2000 1000 0 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Tecnologia Hidráulica Industrial 10 Training Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 11 Training 3. Fazendo-se o escoamento através de um orifício de tamanho determinado... 4. ... o tempo decorrido em segundos mostra a viscosidade em SUS. 1. Uma quantidade de óleo é aquecida a uma determinada temperatura... 2. ... por um banho de óleo envolvente. termômetro Elemento de aquecimento SU. 35 163,7 164,9 70 324,4 326,7 34 159,2 160,3 69 319,8 322,1 33 154,7 155,8 68 315,2 317,4 28 132,5 133,4 63 292,1 294,5 25 119,3 120,1 60 278,3 280,2 23 110,7 111,4 58 269,1 270,9 22 106,4 107,1 57 264,4 266,3 18 89,4 90,1 53 246,0 247,7 17 85,3 85,9 52 241,4 243,0 10 58,9 59,3 45 209,1 210,5 9 55,5 55,9 44 204,4 205,9 7 48,8 49,1 42 195,3 196,7 6 45,6 45,9 41 190,8 192,1 4 39,1 39,4 39 181,8 183,0 Tabela para Conversão de Viscosidade Cinemática Viscosidade Centistokes (mm2/s) Viscosidade Saybolt Viscosidade Centistokes (mm2/s) Viscosidade Saybolt 40°C 100°C 40°C 100°C 2 32,6 32,9 37 172,7 173,9 5 42,4 42,7 40 186,3 187,6 8 52,1 52,5 43 199,8 201,2 11 62,4 62,9 46 213,7 215,2 12 66,0 66,5 47 218,3 219,8 13 69,8 70,3 48 222,9 224,5 14 73,6 74,1 49 227,5 229,1 15 77,4 77,9 50 232,1 233,8 16 81,3 81,9 51 236,7 236,7 19 93,6 94,2 54 250,6 252,3 20 97,8 98,5 55 255,2 257,0 21 102,0 102,8 56 259,8 261,6 24 115,0 115,8 59 273,7 274,6 27 128,1 129,0 62 287,5 289,5 26 123,7 124,5 61 282,9 284,9 29 136,9 137,9 64 296,7 298,8 30 141,3 142,3 65 301,4 303,5 31 145,7 146,8 66 306,0 308,1 32 150,2 151,2 67 310,6 312,8 36 168,2 169,4 Acima de 70 Centistokes a 40°C = Centistokes x 4,635 = Saybolt 3 36,0 36,3 38 177,3 178,5 Efeito da Temperatura sobre a Viscosidade Uma garrafa de melado tirada da geladeira apresenta uma alta resistência ao fluxo. Tentar passar esse líqui- do por um funil constitui-se numa operação demorada. Aquecendo-se o melado, faz-se com que ele escoe perfeitamente pelo funil. O aquecimento das moléculas do melado faz com que elas deslizem umas às outras com maior facilidade. Conforme se aumenta a temperatura de um líquido, a sua viscosidade diminui. SSU Segundo Saybolt Universal Uma das medidas de viscosidade dos fluidos é o SSU - abreviatura de Segundo Saybolt Universal. O pro- fessor Saybolt aqueceu um líquido com volume predeterminado a uma dada temperatura e fez o líquido passar por uma abertura de tamanho também especificado. Ele cronometrou o fluxo (em segundos), até que o líquido enchesse um recipiente com capacidade de 60 mililitros. O resultado foi a medição da viscosidade em SSU. Tecnologia Hidráulica Industrial 14 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Emulsão de Água em Óleo A emulsão de água em óleo é um fluido resistente ao fogo, que é também conhecido como emulsão inverti- da. A mistura é geralmente de 40% de água e 60% de óleo. O óleo é dominante. Este tipo de fluido tem características de lubrificação melhores do que as emulsões de óleo em água. Fluido de Água-Glicol O fluido de água-glicol resistente ao fogo é uma solu- ção de glicol (anticongelante) e água. A mistura é geralmente de 60% de glicol e 40% de água. Sintético Os fluidos sintéticos, resistentes ao fogo, consistem geralmente de ésteres de fosfato, hidrocarbonos clo- rados, ou uma mistura dos dois com frações de petró- leo. Este é o tipo mais caro de fluido resistente ao fogo. Os componentes que operam com fluidos sintéticos resistentes ao fogo necessitam de guarnições de ma- terial especial. Reservatórios Hidráulicos Do que consiste um Reservatório Hidráulico Os reservatórios hidráulicos consistem de quatro paredes (geralmente de aço); uma base abaulada; um topo plano com uma placa de apoio, quatro pés; linhas de sucção, retorno e drenos; plugue do dreno; indicador de nível de óleo; tampa para respiradouro e enchimento; tampa para limpeza e placa defletora (Chicana). Funcionamento Quando o fluido retorna ao reservatório, a placa defletora impede que este fluido vá diretamente à linha de sucção. Isto cria uma zona de repouso onde as impurezas maiores sedimentam, o ar sobe à superfície do fluido e dá condições para que o calor, no 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. A função de um reservatório hidráulico é conter ou armazenar o fluido hidráulico de um sistema. placa de apoio linha de sucção tampa para respiradouro e enchimento indicador de nível de óleo tampa para limpeza placa defletora linha de dreno plug de dreno linha de retorno base abaulada Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 15 Training Tipos de Reservatório 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. 20,00 160M 310 501 Carcaça ABNT CV Carcaça G F Nema 0,50 C56 146 233 Dimensões de Motores (mm) 0,75 D56 165 281 1,00 D56 165 281 1,50 F56H 165 311 2,00 90S 178 269 3,00 90L 178 294 4,00 100L 198 330 5,00 100L 198 330 6,00 112M 223 347 7,50 112M 223 347 10,00 132S 262 385 12,50 132M 262 423 15,00 132M 262 423 Capacidade do Tanque (litros) Série da Bomba Deslocamento (IN3/Rot) (CM3/Rot) Vazão Máxima (GPM) (LPM) Pressão Máxima (psi) (bar) Potência Motor (Cv) A 1800 rpm a pressão máxima 0,114 0,610 2500 1,5 1,870 2,310 172 0,168 0,990 2500 3 2,760 3,750 172 0,210 1,290 2500 3 3,450 4,890 172 0,262 1,660 2500 4 4,290 6,290 172 20 D05 D11 D09 D07 60 D17 H31 H25 D22 0,440 2,670 2500 6 6,620 10,120 172 0,522 3,520 2500 7,5 8,550 13,340 172 0,603 4,090 2500 7,5 9,880 15,500 172 0,754 5,190 2500 10 12,350 19,670 172 H3980 0,942 6,560 2500 12,5 15,440 24,860 172 H49 H62 1,180 8,280 2500 15 19,300 31,380 172 1,470 10,400 2500 20 24,140 39,420 172 Acima de 80 litros Notas: 1) As medidas dos reservatórios podem sofrer uma variação de ± 1% nas medidas mencionadas na tabela. 2) Os reservatórios de 180 a 500 litros não possuem tampa removível. 3) O reservatório de 60 litros possui uma janela de inspeção; os reservatórios de 120 a 500 litros possuem 2 janelas de inspeção. A B C D E Dimensões (mm)Reservatório (litros) 20 330,0 327,0 430,0 87,5 13,0 60 400,0 410,0 600,0 114,0 13,0 80 410,0 473,0 720,0 114,0 13,0 120 490,0 495,0 870,0 114,0 13,0 180 620,0 500,0 950,0 114,0 250 660,0 550,0 1050,0 114,0 300 680,0 600,0 1100,0 114,0 400 770,0 600,0 1270,0 114,0 500 800,0 700,0 1300,0 114,0 Dimensionamento convencional suspenso em forma de L Tecnologia Hidráulica Industrial 16 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Resfriadores à Água O resfriador a água consiste basicamente de um feixe de tubos encaixados num invólucro metálico. Neste resfriador, o fluido do sistema hidráulico é geralmente bombeado através do invólucro e sobre os tubos que são refrigerados com água fria. Resfriadores no Circuito Os resfriadores geralmente operam à baixa pressão (10,5 kgf/cm2). Isto requer que eles sejam posicionados em linha de retorno ou dreno do sistema. Se isto não for possível, o resfriador pode ser instalado em sistema de circulação. Para garantir que um aumento momentâneo de pressão na linha não os danifique, os resfriadores são geralmente ligados ao sistema em paralelo com uma válvula de retenção de 4,5 kgf/cm2 de pressão de ruptura. Resfriadores 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. Resfriadores a Ar Nos resfriadores a ar, o fluido é bombeado através de tubos aletados. Para dissipar o calor, o ar é soprado sobre os tubos e aletas por um ventilador. Os resfriadores a ar são geralmente usados onde a água não está disponível facilmente. M símbolo de resfriador água-óleo entrada de fluido duto aletas de resfriamento tubos resfriador de ar-óleo símbolo de resfriador ar-óleo tubos carcaça resfriador água-óleo Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 19 Training Isto 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 profundidade e de superfície. Elementos de Filtro de Profundidade Os elementos do filtro de profundidade forçam o fluido a passar através de uma espessura apreciável de várias camadas de material. A contaminação é retida por causa do entrelaçamento das fibras e a conse- quente trajetória irregular que o fluido deve tomar. Os papéis tratados e os materiais sintéticos são usados comumente como materiais porosos de elementos de filtro de profundidade. Direção do Fluxo Meio filtrante de Profundidade Elementos do Tipo de Superfície Num filtro do tipo de superfície, um fluxo de fluido tem uma trajetória direta de fluxo através de uma camada de material. A sujeira é retida na superfície do elemento que está voltada para o fluxo. Telas de arame ou metal perfurado são tipos comuns de materiais usados como elemento de filtro de superfície. Material Eficiência Cap. de Pressão Vida no Custo Meio Filtrante de Captura Retenção Diferencial Sistema Geral Comparação Geral de Meio Filtrante Fibra de Vidro Alta Alta Moderada Alta Moderada para alta Moderada Moderada Alta Moderada Baixa Celulose (papel) Tela Baixa Baixa Baixa Moderada Moderada para alta Construção típica da fibra de vidro grossa (100x) Construção típica da fibra de vidro fina (100x) Superfície do Meio Filtrante 74 m Tecnologia Hidráulica Industrial 20 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Tipo de Filtragem pela Posição no Sistema O filtro é a proteção para o componente hidráulico. Seria ideal que cada componente do sistema fosse equipado com o seu próprio filtro, mas isso não é economicamente prático na maioria dos casos. Para se obterem melhores resultados, a prática usual é colocar filtros em pontos estratégicos do sistema. Filtros de Sucção Existem 2 tipos de filtro de sucção: Filtro de Sucção Interno: São os mais simples e mais utilizados. Têm a forma cilíndrica com tela metálica com malha de 74 a 150 mícrons, não possuem carcaça e são instalados dentro do reservatório, abaixo, no nível do fluido. Apesar de serem chamados de filtro, impedem apenas a passagem de grandes partículas (na língua inglesa são chamados de “strainer”, que significa peneira). filtro de sucção interno M Vantagens: 1. Protegem a bomba da contaminação do reservatório. 2. Por não terem carcaça são filtros baratos. Desvantagens: 1. São de difícil manutenção, especialmente se o fluido está quente. 2. Não possuem indicador. 3. Podem bloquear o fluxo de fluido e prejudicar a bomba se não estiverem dimensionados correta- mente,ou se não conservados adequadamente. 4. Não protegem os elementos do sistema das partí- culas geradas pela bomba. Filtro de Sucção Externo Pelo fato de possuírem carcaça estes filtros são instalados diretamente na linha de sucção fora do reservatório. Existem modelos que são instalados no topo ou na lateral dos reservatórios. Estes filtros possuem malha de filtragem de 3 a 238 mícrons. M filtro de sucção externo Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 21 Training Vantagens: 1. Filtram partículas muito finas visto que a pressão do sistema pode impulsionar o fluido através do elemento. 2. Pode proteger um componente específico contra o perigo de contaminação por partículas. Desvantagens: 1. A carcaça de um filtro de pressão deve ser projeta- da para alta pressão. 2. São caros porque devem ser reforçados para suportar altas pressões, choques hidráulicos e diferencial de pressão. Filtro de Linha de Retorno Está posicionado no circuito próximo do reservatório. A dimensão habitualmente encontrada nos filtros de retorno é de 5 a 40 mícrons. Vantagens: 1. Protegem a bomba da contaminação do reservatório. 2. Indicador mostra quando o elemento está sujo. 3. Podem ser trocados sem a desmontagem da linha de sucção do reservatório. Desvantagens: 1. Podem bloquear o fluxo de fluido e prejudicar a bomba se não estiverem dimensionados correta- mente,ou se não conservados adequadamente. 2. Não protegem os elementos do sistema das partí- culas geradas pela bomba. Filtro de Pressão filtro de pressão M M filtro de linha de retorno Um filtro de pressão é posicionado no circuito, entre a bomba e um componente do sistema. A malha de filtragem dos filtros de pressão é de 3 a 40 mícrons. Um filtro de pressão pode também ser posicionado entre os componentes do sistema. Tecnologia Hidráulica Industrial 24 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training À medida que o elemento filtrante é obstruído pela contaminação, cresce a pressão requerida para empurrar o fluido através do elemento. Quando o diferencial de pressão através do elemento filtrante, bem como através do pistão, é suficientemente grande para vencer a força da mola, o pistão se moverá e o fluido passará em volta do elemento. A válvula by pass é um mecanismo à prova de falhas. Num filtro de sucção, a by pass limita o diferencial de pressão máxima sobre o filtro se ele não estiver limpo. Isto protege a bomba. Se um filtro de linha de retorno, ou de pressão, não estiver limpo, a by pass limitará o diferencial de pressão máxima, de modo que a sujeira não seja empurrada através do elemento. Desta maneira, a by pass protege o filtro. O elemento decisivo, portanto, para o desempenho do filtro, está centrado na limpeza do elemento filtrante. Para auxiliar, neste particular, um filtro é equipado com um indicador. Indicador de Filtro Um indicador de filtro mostra a condição de um elemento filtrante. Ele indica quando o elemento está limpo, quando precisa ser trocado ou se está sendo utilizado o desvio. Um tipo comum de indicador de filtro consiste de uma hélice e de um indicador e mostrador, que é ligado à hélice. Funcionamento A operação de um indicador de filtro depende do movimento do pistão de desvio. Quando o elemento está limpo, o pistão do desvio fica completamente assentado, e o indicador mostra o sinal limpo. Durante o seu movimento, o pistão gira a hélice que posiciona o manômetro em necessita limpeza. Válvula de Desvio ("By Pass") do Filtro Se a manutenção do filtro não for feita, o diferencial de pressão através do elemento filtrante aumentará. Um aumento excessivo no diferencial de pressão sobre um filtro, no lado de sucção de um sistema, poderá provocar cavitação na bomba. Para evitar esta situação, uma válvula limitadora de pressão de ação direta, ou simples, é usada para limitar o diferencial de pressão através do filtro de fluxo pleno. Este tipo de válvula limitadora de pressão é geralmente chamado de válvula de by pass. Uma válvula de by pass consiste basicamente de um pistão móvel, da carcaça e de uma mola. 950 psi (66 bar) 0 psi (0 bar) 1000 psi (69 bar)1000 psi(69 bar) Filtro (Elementos Bloqueados) Medida da V lvula Bypass 50 psi (3.4 bar) Filtro Bypass Filtro Bypass Bloqueado Va zo filtro indicador hélice indicador mostrador DESVIO NEC ESS ITA LIM PEZ A LIMPO LIMPO Indicador visual e elétrico da condição do elemento Conjunto da válvula de alívio (bypass) Canal de entrada Carcaça de pressão Elemento de filtro Canal de saída Funcionamento As válvulas de by pass operam sentindo a diferença da pressão. Na ilustração o fluido contaminado que vem para dentro do filtro é sentido na parte inferior do pistão. A pressão do fluido, depois que ele passou através do elemento filtrante, é sentida no outro lado do pistão, no qual a mola está agindo. Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 25 Training Se o elemento de filtro não é limpo quando necessário, o diferencial de pressão continuará a crescer. O pistão continuará a se mover e desviará o fluido. Neste instante, será indicada a condição de desvio. As máquinas podem estar equipadas com os melhores filtros disponíveis no mercado, e eles podem estar posicionados no sistema no lugar em que a sua aplicação é otimizada; mas, se os filtros não são trocados quando estão contaminados, o dinheiro gasto com a sua aquisição e sua instalação é um dinheiro perdido. O filtro que fica contaminado depois de um dia de trabalho e que é trocado 29 dias depois, fornece fluido não filtrado durante 29 dias. Um filtro não pode ser melhor do que lhe permite a sua manutenção. Método de Análise de Fluido Teste de Membrana Contador de Partículas Portátil Análise de Laboratório A análise do fluido é a parte essencial de qualquer programa de manutenção. A análise do fluido assegura que o fluido está conforme as especificações do fabricante, verifica a composição do fluido e determina seu nível de contaminação geral. Teste de Membrana O Teste de Membrana não é nada mais que uma análise visual de uma amostra do fluido. Normalmente compõe-se da tomada de uma amostra do fluido e de sua passagem por um meio filtrante de membrana. A membrana é então analisada por microscópio para cor e conteúdo e comparada aos padrões ISO. Usando esta comparação, o usuário pode ter uma estimativa "passa, não-passa" do nível de pureza do sistema. Um outro uso do teste de membrana menos comum seria a contagem das partículas vistas através do microscópio. Estes números seriam então extrapolados para um nível de pureza ISO. A margem de erro para ambos os métodos é realmente alta devido ao fator humano. ∆ ∆ ∆ DESVIO LIMPO LIMPO DESVIO LIMPO DESVIO DESVIO LIMPO NECESSITA LIMPEZA NE CE SS ITA LIM PE ZA NE CE SS ITA LIM PE ZA NE CE SS ITA LIM PE ZA Tecnologia Hidráulica Industrial 26 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Contador de Partículas Portátil Análise Laboratorial A análise laboratorial é uma visão completa de uma amostra de fluido. A maioria dos laboratórios qualificados oferecerá os seguintes testes e características como um pacote: Viscosidade Número de neutralização Conteúdo de água Contagem de partículas Análise espectrométrica (desgaste dos metais e análises suplementares reportadas em partes por milhões, ou ppm) Gráficos de tendência Foto micrográfica Recomendações Ao tomar-se uma amostra de fluido de um sistema, deve-se tomar cuidado para que a amostra seja realmente um representativo do sistema. Para isto, o recipiente para o fluido deve ser limpo antes de tomar a amostra e o fluido deve ser corretamente extraído do sistema. Há uma norma da National Fluid Power Association (NFPA) para a extração de amostras de fluidos de um reservatório de um sistema de fluido hidráulico operante (NFPAT2.9.1-1972). Há também o método da American National Standard (ANSI B93.13-1972) para a extração de amostras de fluidos hidráulicos para análise de partículas contaminantes. Ambos os métodos de extração são recomendados. Em qualquer caso, a amostra de um fluido representativo é a meta. As válvulas para retirada de amostra devem ser abertas e descarregadas por no mínimo 15 segundos. O recipiente da amostra deve ser mantido por perto até que o fluido e a válvula estejam prontos para a amostragem. O sistema deve estar a uma temperatura operacional por no mínimo 30 minutos antes que a amostra seja retirada. O mais promissor desenvolvimento na análise de fluidos é o contador de partículas a laser portátil. Os contadores de partículas a laser são comparáveis a unidades laboratoriais completas na contagem de partículas menores que a faixa de micronagem 2+. Reforços para esta recente tecnologia incluem: precisão, repetição, portabilidade e agilidade. Um teste geralmente leva menos que um minuto. Os contadores de partículas a laser fornecerão somente contagens de partículas e classificações do nível de pureza. Testes de conteúdo de água, viscosidade e análise espectrométrica poderão requerer uma análise laboratorial completa. ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 29 Training Linhas Flexíveis para Condução de Fluidos As linhas flexíveis para condução de fluidos são necessárias na maior parte das instalações onde a compensação de movimento e absorção de vibrações se fazem presentes. Um exemplo típico de linhas flexíveis são as mangueiras, cuja aplicação visa atender a três propostas básicas: 1) conduzir fluidos líquidos ou gases; 2) absorver vibrações; 3) compensar e/ou dar liberdade de movimentos. Basicamente todas as mangueiras consistem em três partes construtivas: Tubo Interno ou Alma de Mangueira Deve ser construído de material flexível e de baixa porosidade, ser compatível e termicamente estável com o fluido a ser conduzido. Reforço ou Carcaça Considerado como elemento de força de uma mangueira, o reforço é quem determina a capacidade de suportar pressões. Sua disposição sobre o tubo interno pode ser na forma trançado ou espiralado. Cobertura ou Capa Disposta sobre o reforço da mangueira, a cobertura tem por finalidade proteger o reforço contra eventuais agentes externos que provoquem a abrasão ou danificação do reforço. Classificação das Mangueiras A Sociedade dos Engenheiros Automotivos Americanos (Society of Automotive Engineers - SAE), ao longo do tempo tem tomado a dianteira na elaboração de normas construtivas para mangueiras, e por ser pioneira e extremamente atuante, as especificações SAE são amplamente utilizadas em todo o mundo. As especificações construtivas das mangueiras permitem ao usuário enquadrar o produto escolhido dentro dos seguintes parâmetros de aplicação: • Capacidade de Pressão Dinâmica e Estática de trabalho; • Temperatura Mínima e Máxima de trabalho; • Compatibilidade química com o fluido a ser condu- zido; • Resistência ao meio ambiente de trabalho contra a ação do Ozônio (O3), raios ultravioleta, calor ir- radiante, chama viva, etc.; • Vida útil das mangueiras em condições Dinâmicas de trabalho (impulse-test); • Raio Mínimo de curvatura. Nas tabelas a seguir, podemos identificar os princi- pais tipos de mangueiras, suas aplicações e normas construtivas. Tecnologia Hidráulica Industrial 30 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Principais Tipos de Mangueiras Hidráulicas Parker Média pressão. Alta Borracha temperatura. capa fina Média pressão. SAE 100R1AT/ Borracha Hi-Impulse DIN 20022-1SN capa fina Trançado têxtil Trançado têxtil Ø nominal Trançado aço cor preta bitola cano Borracha capa fina Baixa pressão WOA. Água, óleo, ar. 250 psi. Resistente à abrasão Baixa pressão WOA. Água, óleo, ar. 250 psi. Resistente a chamas Baixa pressão WOA. Água, óleo, ar. Trançado têxtil Borracha Ø interno real 801 4400 250 psi Um fio de aço Sucção SAE 100R4 disp. em forma Borracha Ø interno real 881 4400 helicoidal Similar ao SAE Trançado têxtil Ø nominal 100R5 Trançado aço bitola cano Trançado têxtil Trançado têxtil Ø interno real 821FR 4400 Trançado têxtil Trançado têxtil Ø interno real 821 4400 Baixa pressão SAE 100R3 Trançado têxtil Borracha Ø interno real 601 4400 565-1250 psi 200-1200 psi 200-3000 psi Média pressão SAE 100R1AT Trançado aço Ø interno real 421 4400 375-2750 psi Média pressão SAE 100R5 201 4400 Média pressão Borracha 225 4400 350-3000 psi Média pressão. Alta Trançado têxtil Trançado têxtil Ø nominal temperatura. Trançado aço cor azul bitola cano 350-3000 psi SAE 100R5 206 4400 375-2750 psi SAE 100R1AT Trançado aço Ø interno real 421 HT 4400 1275-3250 psi Borracha capa grossa Borracha capa fina Média pressão SAE 100R1A Trançado aço Ø interno real 215 Stratoflex Alta pressão SAE 100R2AT 2 trançados aço Ø interno real 301 4400 Trançado aço Ø interno real 481 4400 350-3000 psi 1125-5000 psi Aplicação Norma Tipo de Tipo de Dimensões Código Catálogo Construtiva Reforço Cobertura Parker Parker Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 31 Training Pressões Máximas de Trabalho recomendadas para Mangueiras em Função do Tipo Construtivo e Bitola Código da Mangueira Parker Bitola da Mangueira -3 -4 -5 -6 -8 -10 -12 -16 -20 -24 -32 -40 -48 801 250 250 250 250 250 836 250 250 250 250 821FR 350 300 300 250 250 881 W/HC CLAMP 100 70 50 50 50 881 300 250 200 150 100 SS25UL 350 350 350 350 350 350 231 350 350 350 350 350 350 350 241 400 400 400 400 400 400 400 P80 500 500 500 500 235 700 600 500 500 500 350 221FR 500 500 500 500 500 500 601 1250 1125 1000 750 565 213 2000 1500 1500 1250 1000 750 400 300 250 200 175 150 421 3000 2750 2500 2250 2000 1500 1250 1000 625 500 375 421HT 2750 2250 2000 1500 1250 1000 625 500 375 421WC 2750 2250 2000 1250 1000 481 3250 3250 3000 2500 2000 1750 1275 201 3000 3000 2250 2000 1750 1500 800 625 500 350 350 200 206 3000 3000 2250 2000 1750 1500 800 625 500 350 350 225 3000 3000 2250 2000 1750 1500 800 625 500 350 451AR 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 451TC 3000 3000 3000 3000 3000 3000 304 5000 4000 3500 2250 2000 301 5000 4000 3500 2750 2250 2000 1625 1250 1125 301LT 5000 4000 3500 2250 2000 431 5000 4250 4000 3500 2750 2250 2000 436 4000 3500 2750 2250 2000 341 4500 4000 3000 3000 2500 381 5800 5250 5000 4250 3600 3100 2500 2250 1750 1250 701 6500 6000 5000 77C 4000 4000 4000 4000 4000 3000 2500 2500 774 4000 4000 3000 2500 2500 78C 5000 5000 5000 5000 5000 731 6000 5500 4700 4200 3600 Observações: Além da pressão de trabalho, outros fatores devem ser considerados na seleção correta das mangueiras, tais como: Compatibilidade química com o fluido a ser conduzido Temperatura de trabalho Raio mínimo de curvatura Meio ambiente de trabalho ∆ ∆ ∆ ∆ Tecnologia Hidráulica Industrial 34 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training ND = Não Disponível * Aeroquip FC136 é disponível nas bitolas 3/8", 1/2", 5/8" e 1" somente Montar com Conexões Parker Aplicação Norma Código Código Código Código Reusável Permanente Catálogo Parker Aeroquip Gates Ermeto Parker Baixa pressão WOA Série 82 Água, óleo, ar 250psi 801 2556 LOR MBP Push-lok ND 4400 Baixa pressão WOA Água, óleo, ar 250 psi 821FR ND ND ND Série 82 ND 4400 Resistente à chama Push-lok Baixa pressão WOA Água, óleo, ar 250 psi 821 ND LOC ND Série 82 ND 4400 Resistente à abrasão Push-lok Baixa pressão SAE 100R3 601 2583 C3 MHMP ND Série 43 No-Skive 4400 Sucção SAE 100R4 881 HC116 C4 MPS Série 88 Série 43 com braçadeira No-Skive 4400 Média pressão SAE 100R5 201 1503 C5 MMP Série 20/22 ND 4400 Média pressão Média Temperatura SAE 100R5 206 FC3000 ND ND Série 20/22 ND 4400 Similar SAE 100R5 Média pressão Cobertura 225 2651 C5R MP Série 20/22 ND 4400 borracha 2652 Série 42 Série 43 Média pressão SAE 100R1AT 421 2663 C1T MPMPAT No-Skive No-Skive 4400 Média pressão Série 42 Série 43 Alta temperatura SAE 100R1AT 421H ND ND ND No-Skive No-Skive 4400 Média pressão SAE 100RqAT Série 42 Série 43 Hi-Impulse DIN 20022-1SN 481 ND ND ND No-Skive No-Skive 4400 Média pressão Capa grossa SAE 100R1AT 215 2681 C1A MPMP ND ND Stratoflex Série 30 Série Alta pressão SAE 100R2AT 301 2793 C2AT MPAT No-Skive No-Skive 4400 Alta pressão SAE 100R2AT Nova Série 30 Série 43 Hi-Impulse DIN 20022-2SN 381 FC781 ND ND No-Skive No-Skive 4400 SAE 100RSA Alta pressão Capa grossa 3212 2781 C2A MAP ND ND Stratoflex MEAP Série 30 Série 43 Alta pressão SAE 100R2AT 304 ND ND 100R2 No-Skive No-Skive 4400 Atende às Série 43 Alta pressão pressões 451AR ND ND ND ND No-Skive 4400 MSP Superalta pressão SAE 100R9 341 2755/2786 ND Capa Série 34 Série 43 4400 SAE 100R10 Capa Fina Capa grossa grossa No-Skive No-Skive Série 71 Superalta pressão SAE 100R12 77C FC136* C12 MGSP ND No-Skive 4400 701 Série 74 Série 70 Superalta pressão DIN 20023-ASP 741 GH506 ND ND No-Skive No-Skive 4400 Atende às Superalta pressão pressões 711AR ND ND ND ND Série 71 4400 Resistente à abrasão SAE 100R12 No-Skive Extra superalta Série 78 pressão SAE 100R13 78C ND C13 ND ND No-Skive 4400 Extra superalta Série 73 pressão DIN 20023-4SH 731 ND ND ND ND No-Skive 4400 Refrigeração SAE industrial ipo B2 241 1540 ND ND Série 20/22 ND 4400 Intercambiabilidade de Mangueiras e Conexões Parker Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 35 Training ∆ Braçadeiras para montagem de capa FIRESLEEVE e Partek e braçadeiras tipo suporte para mangueiras longas. Recomendações na Aplicação Ao projetar ou reformar um circuito de condução de fluidos, sempre que possível tenha em consideração as seguintes recomendações: Evite ao máximo utilizar conexões e mangueiras: sempre que possível utilize tubos, pois a perda de carga em tubos é menor; Procure evitar ampliações ou reduções bruscas no circuito, a fim de evitar o aumento da turbulência e de temperatura; Evite utilizar conexões fora de padrão em todo o circuito e em especial as conexões (terminais) de mangueira, pois estas deverão ser trocadas com maior frequência nas operações de manutenção; Evite especificar conjuntos montados de mangueira com dois terminais macho fixo de um lado e fêmea/macho giratório do outro lado; Mesmo que aparentemente mais caras, procure especificar mangueiras que atendam os requisitos do meio ambiente externo de trabalho, evitando assim a necessidade de acessórios especiais tais como: armaduras de proteção, luva antiabrasão, entre outros. Acessórios A seguir conheceremos alguns tipos de acessórios para instalação de mangueiras. ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Flange avulsa ou kits de flange SAE código 61 (3000 psi), código 61 (5000 psi) e código 62 (6000 psi). ∆ Armaduras de arame ou fita de aço. Capa de proteção contra fogo ou fagulhas FIRESLEEVE ∆ Capa de proteção contra abrasão Partek∆ ∆ Tecnologia Hidráulica Industrial 36 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Impulsor Saída Entrada Lâminas impulsoras Olhal Saída As lâminas, ao girar, propiciam a força centrífuga que causa a ação de bombeamento. Tipo centrífugo (impulsor) O fluxo axial é gerado por uma hélice rotativa. Entrada Tipo axial (hélice) Hélice As bombas hidráulicas são classificadas como positivas (fluxo pulsante) e não-positivas (fluxo contínuo). Generalidades As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica. 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. A bomba passará o fluido para a abertura de descarga, forçando-o através do sistema hidráulico. As bombas são classificadas, basicamente, em dois tipos: hidrodinâmicas e hidrostáticas. 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. Bombas Hidrodinâmicas Válvula Saída EntradaHidrostática = deslocamento positivo Hidrodinâmica = deslocamento não-positivo Saída 6. Bombas Hidráulicas Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 39 Training Conforme essas cavidades são expostas à alta pressão na saída da bomba, as paredes das cavidades se rompem e geram toneladas de força por centímetro quadrado. O desprendimento da energia gerada pelo colapso das cavidades desgasta as superfícies do metal. Quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, as moléculas do líquido entram livremente na atmosfera. Isso é conhecido como ebulição. Ar em Suspensão O fluido hidráulico, ao nível do mar, é constituído de 10% de ar. O ar está em suspensão no líquido. Ele não pode ser visto e, aparentemente, não acrescenta volume ao líquido. A capacidade de qualquer fluido hidráulico ou líquido de conter ar dissolvido diminui quando a pressão agindo sobre o mesmo decresce. Por exemplo: se um recipiente com fluido hidráulico que tenha sido exposto à atmosfera fosse colocado numa câmara de vácuo, o ar dissolvido borbulharia para fora da solução. Escapando durante o processo de cavitação, o ar dissolvido sai da solução e contribui para prejudicar a bomba. Se a cavitação continuar, a vida da bomba será bastante reduzida e os cavacos desta migrarão para as outras áreas do sistema, prejudicando os outros componentes. Indicação de Cavitação A melhor indicação de que a cavitação está ocorrendo é o ruído. O colapso simultâneo das cavidades causa vibrações de alta amplitude, que são transmitidas por todo o sistema e provocam ruídos estridentes gerados na bomba. Durante a cavitação, ocorre também uma diminuição na taxa de fluxo da bomba, porque as câmaras da bomba não ficam completamente cheias de líquido e a pressão do sistema se desequilibra. Causa da Formação da Cavitação As cavidades formam-se no interior do líquido porque o líquido evapora. A evaporação, nesse caso, não é causada por aquecimento, mas ocorre porque o líquido alcançou uma pressão atmosférica absoluta muito baixa. Pressão de Vapor afetada pela Temperatura A pressão de vapor de um líquido é afetada pela temperatura. Com o aumento da temperatura, mais energia é acrescentada às moléculas do líquido. As moléculas se movem mais rapidamente e a pressão de vapor aumenta. colapso da cavidade Tecnologia Hidráulica Industrial 40 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training pressão atmosférica ao nível do mar Kgf/cm 2 0,35 0,21 0,07 127 254 381 508 635 760 mmHg absoluta Aeração Aeração é a entrada de ar no sistema através da sucção da bomba. O ar retido é aquele que está presente no líquido, sem estar dissolvido no mesmo. O ar está em forma de bolhas. Se ocorrer de a bomba arrastar fluido com ar retido, as bolhas de ar terão, mais ou menos, o mesmo efeito da cavitação sobre a bomba. Contudo, como isso não está associado com a pressão de vapor, vamos nos referir a esta ação como sendo uma pseudocavitação. Escala de Pressão do Vácuo O vácuo é qualquer pressão menor que a atmosférica. A pressão de vácuo causa uma certa confusão, uma vez que a escala inicia-se à pressão atmosférica, mas opera de cima para baixo em unidade de milímetros de mercúrio (Hg). Como é determinado o Vácuo Na ilustração, um recipiente com mercúrio aberto à atmosfera é conectado por meio de um tubo a um frasco, que tem a mesma pressão que a atmosférica. Uma vez que a pressão no frasco é a mesma pressão agindo sobre o mercúrio do recipiente, uma coluna de mercúrio não pode ser suportada no tubo. Zero centímetro de mercúrio indica uma condição de nenhum vácuo no frasco. Muitas vezes, o ar retido está presente no sistema devido a um vazamento na linha de sucção. Uma vez que a pressão do lado da sucção da bomba é menor que a pressão atmosférica. Qualquer abertura nesta região resulta na sucção do ar externo para o fluido e consequentemente para a bomba. Qualquer bolha de ar retida que não puder escapar enquanto o fluido está no tanque irá certamente para a bomba. Especificação de Cavitação A cavitação é muito prejudicial, tanto para a bomba como para o sistema. Por essa razão os fabricantes especificam as limitações dos seus produtos. Os fabricantes de bombas de deslocamento positivo geralmente especificam a pressão menor que a atmosférica, que deve ocorrer à entrada da bomba para encher o mecanismo de bombeamento. Contudo, as especificações para essas pressões não são dadas em termos da escala de pressão absoluta, mas em termos da escala de pressão do vácuo. 760 mm Hg pressão atm 1.034 kgf/cm2 “0” mmHg vácuo pressão atm. ao nível do mar Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 41 Training Se o frasco fosse esvaziado de modo que a pressão dentro dele fosse reduzida a 250 milímetros de mercúrio (Hg), a pressão atmosférica agindo sobre o recipiente com mercúrio suportaria uma coluna de mercúrio de 250 milímetros de altura. O vácuo nesse caso mede 250 mmHg. Especificações de Sucção dadas em Termos de Vácuo Os melhores fabricantes de bombas dão suas especificações de sucção em termos de valores de vácuo em relação ao nível do mar. Quando a bomba deve ser usada a uma elevação acima do nível do mar, a pressão barométrica naquele nível deve ser levada em conta. Se um fabricante especifica não mais do que um vácuo de 178 mmHg na entrada da bomba, isto quer dizer que o fabricante deseja ter uma pressão absoluta ou barométrica na entrada da bomba, de pelo menos 582 mmHg para que se possa acelerar o líquido para o mecanismo de bombeamento. Se a pressão absoluta na entrada da bomba for um pouco menor que 582 mmHg, a bomba pode ser danificada. Naturalmente, isso depende do fator de segurança do projeto na faixa permitida para operação no vácuo. 510 mmHg pressão atm 0.69 kgf/cm2 250 mmHg vácuo pressão atm.ao nível do mar Se o frasco fosse esvaziado de modo que nenhuma pressão restasse e o vácuo completo existisse, a atmosfera agindo sobre o mercúrio suportaria uma coluna de mercúrio de 760 mm de altura. O vácuo mediria 760 mmHg. vazio absoluto “0” kgf/cm2 760 mmHg vácuo pressão atm.ao nível do mar Vacuômetro O vacuômetro é calibrado de 0 a 760. Ao nível do mar, para se determinar a pressão absoluta com um vacuômetro, subtraia o valor do vácuo em mmHg de 760 mmHg. Por exemplo, um vácuo de 178 mmHg corresponde na verdade a uma pressão absoluta de 582 mmHg. Tecnologia Hidráulica Industrial 44 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Volume Variável de uma Bomba de Engrenagem O volume que sai de uma bomba de engrenagem é determinado pelo volume de fluido que cada dente de engrenagem desloca multiplicado pela rpm. Consequentemente, o volume que sai das bombas de engrenagem pode ser alterado pela substituição das engrenagens originais por engrenagens de dimensões diferentes, ou pela variação da rpm. As bombas de engrenagens, quer de variedade interna ou externa, não podem ser submetidas à variação no volume deslocado enquanto estão operando. Nada pode ser feito para modificar as dimensões físicas de uma engrenagem enquanto ela está girando. Um modo prático, então, para modificar o fluxo de saída de uma bomba de engrenagem é modificar a taxa do seu elemento acionador. Isso pode muitas vezes ser feito quando a bomba está sendo movida por um motor de combustão interna. Também pode ser realizado eletricamente, com a utilização de um motor elétrico de taxa variável. D07 0,39 172 4000 H25 1,40 172 4000 Torque a 69 bar (kgf.m) Modelo Limite Máximo Permitido bar rpm Primeiro Estágio H31 1,75 172 4000 H39 2,19 172 4000 H49 2,74 172 4000 H62 3,25 172 3600 H77 4,29 172 3600 D05 0,27 172 4000 D09 0,48 172 4000 D11 0,61 172 4000 D14 0,76 172 4000 D17 0,94 172 4000 D22 1,21 172 4000 D27 1,49 172 3000 Segundo Estágio Especificações das Bombas de Engrenagem Vazão: Ver dados de rendimento de cada série. Pressão: Ver dados de rendimento de cada série. Torque-Combinado: 9,23 máximo (regime contínuo). 11 kgf.m máx. (regime intermitente). O segundo estágio da bomba não pode exceder 3kgf.m. Material do Corpo: Alumínio fundido Temperatura de operação: -40°C a 85°C. Notas de Instalação: Ver em informações para instalação, recomendações específicas pertinentes à limpeza do sistema, fluidos start-up, condições de entrada, alinhamento do eixo, e outros importantes fatores relativos à própria instalação e uso destas bombas. Dados de Rendimento O primeiro e o segundo estágios combinados não podem exceder a: 9,23 kgf.m (regime contínuo) 11 Kgf.m (regime intermitente) Vantagens: 1) Eficiente, projeto simples; 2) Excepcionalmente compacta e leve para sua capacidade; 3) Eficiente à alta pressão de operação; 4) Resistente aos efeitos de cavitação; 5) Alta tolerância à contaminação dos sistemas; 6) Resistente em operações a baixas temperaturas; 7) Construída com mancal de apoio no eixo; 8) Campatibilidade com vários fluidos. Bombas Duplas de Engrenagem Dados de Rendimento Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 45 Training Partida: Quando a linha de sucção estiver vazia na partida, o circuito deverá estar aberto para tanque. Instalações especiais: Consulte o fabricante para qualquer uma das seguintes aplicações: Pressão e/ou rotação acima das indicadas, acionamento indireto, fluidos além dos especificados, temperatura acima de 85°C. Bombas de Palheta As bombas de palheta 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. Montagem de Conjunto da Bomba O mecanismo de bombeamento das bombas de palheta industriais é geralmente uma unidade integral a que se dá o nome de montagem de conjunto da bomba. O conjunto montado consiste de palhetas, ro- tor e um anel elíptico colocado entre as duas placas de orifício (observe que as placas de entrada da montagem do conjunto são algo diferente em seu projeto das placas de entrada previamente ilustradas). Uma das vantagens de se usar um conjunto montado é a de fácil manutenção da bomba. Depois de um certo tempo, quando as peças da bomba naturalmente se gastam, o mecanismo de bombeamento pode ser facilmente removido e substituído por uma nova montagem. Também, se por alguma razão o volume da bomba precisar ser aumentado ou diminuído, um conjunto de bombas com as mesmas dimensões externas, mas com volume adequado, pode rapidamente substituir o mecanismo de bombeamento original. ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Segundo estágio não pode exceder a 3 kgf.m Exemplo: H39 a 172 bar = 2,19 kgf.m x 172 / 69 bar = 5,49 kgf.m D17 a 172 bar = 0,94 kgf.m x 172 / 69 bar = 2,34 kgf.m Torque total: 7,8 kgf.m Informações para instalação de Bombas de Engrenagem Fluidos recomendados: O fluido deve ter viscosidade de operação na faixa de 80 a 100 SSU. Máxima viscosidade para início de fundionamento 4000 SSU. Filtragem: Para uma maior vida útil da bomba e dos componentes do sistema, o fluido não deverá conter mais que 125 partículas maiores de 10 microns por milímetro de fluido (classe SAE 4). Fluidos compatíveis: Fluidos à base de petróleo Água glicol Emulsão água-óleo Fluido de transmissão Óleo mineral Nota: todos os dados são para uso com fluidos à base de petróleo. Para uso com fluidos água-glicol e emulsão água-óleo, considerar metade das pressões indicadas, rotação máxima reduzida de 1000 rpm e especificar mancais do tipo "DU". Consulte o fabricante para outros fluidos especiais. Condições na entrada: - Vácuo máximo 25,4 mm de Hg a 1800 rpm 12,7 m m de Hg à rotação máxima - Máxima pressão positiva: 1,4 bar Rotação e alinhamento do eixo: O alinhamento entre o eixo do motor e o da bomba deve estar dentro de 0,18 mm LTI. Siga as instruções do fabricante do acoplamento durante a instalação, para prevenir que o eixo da bomba seja danificado. A fixação do motor e da bomba deve ser em bases rígidas. O acoplamento deve estar dimensionado para absorver choques e suportar o torque desenvolvido durante a operação. Posição de montagem: Não há restrições. Tecnologia Hidráulica Industrial 46 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training 1 404206 Parafuso Cabeça Sextavada 2 402070 Tampa Traseira CK45PFVI42L Deslocamento 132 cm3/rev (8.1 in3) (42) CK45PFVI45L Deslocamento 142 cm3/rev (8.7 in3) (45) CK45PFVI50L Deslocamento 158 cm3/rev (9.6 in3) (50) CK45PFVI60L Deslocamento 189 cm3/rev (11.6 in3) (60) CK45PFVI42 Deslocamento 132 cm3/rev (8.1 in3) (42) CK45PFVI45 Deslocamento 142 cm3/rev (8.7 in3) (45) CK45PFVI50 Deslocamento 158 cm3/rev (9.6 in3) (50) CK45PFVI60 Deslocamento 189 cm3/rev (11.6 in3) (60) 3 4 ––– Anel O * 5 ––– Anel de Encosto * 6 ––– Anel Selo * 7 56x221 Anel Elástico 8 404073 Anel Espiral 9 404071 Rolamento 10 404060 (Eixo Código A) 1.25" Dia. Chavetado 11 ––– Anel O - Corpo Dianteiro * 12 404072 Arruela 13 ––– Vedação do Eixo * Kit Conjunto Rotativo Industrial - Horário (cód.) Kit Conjunto Rotativo Industrial - Anti-Horário (cód.) Item Peça Descrição Nº Nº Item Peça Descrição Nº Nº 14 402030 Corpo Dianteiro 15 22x30 Chaveta para (Eixo Código A) 1.25" Dia. Chavetado 16 404061 (Eixo Código C) 1.5" Dia. Chavetado 17 22x48 Chaveta para (Eixo Código C) 18 404062 (Eixo Código B) 14 Dentes Estriados 19 ––– Somente para Kit de Vedação Mobil † 20 ––– Somente para Kit de Vedação Mobil † Kit Conjunto Rotativo Mobil - Anti-Horário (cód.) CK45PFVH42L Deslocamento 138 cm3/rev (8.5 in3) (42) CK45PFVH45L Deslocamento 154 cm3/rev (9.4 in3) (47) CK45PFVH50L Deslocamento 162 cm3/rev (9.9 in3) (50) CK45PFVH57L Deslocamento 183 cm3/rev (11.2 in3) (57) CK45PFVH60L Deslocamento 193 cm3/rev (11.6 in3) (60) Kit Conjunto Rotativo Mobil - Horário (cód.) CK45PFVH42 Deslocamento 138 cm3/rev (8.5 in3) (42) CK45PFVH45 Deslocamento 154 cm3/rev (9.4 in3) (47) CK45PFVH50 Deslocamento 162 cm3/rev (9.9 in3) (50) CK45PFVH57 Deslocamento 183 cm3/rev (11.2 in3) (57) CK45PFVH60 Deslocamento 193 cm3/rev (11.6 in3) (60) 21 * Itens 4,5,6,11 e 13 contidso dentro de SK45PFVI, Para Fluorcarbono número de ordem da peça: VSK45PFVI. † Itens 4,5,6,11,13,19 e 20 contidos dentro de SK45PFVH, Para Fluorcarbono número de ordem da peça: VSK45 PFVH. Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 49 Training Bombas Duplas A bomba de palheta que foi descrita é conhecida como bomba simples, isto é, ela consiste de uma entrada, uma saída e uma montagem do conjunto rotativo. As bombas de palheta também estão disponíveis na condição de bomba dupla. Uma bomba de palheta dupla consiste numa carcaça com duas montagens de conjuntos rotativos, uma ou duas entradas e duas saídas separadas. Em outras palavras, uma bomba dupla consiste de duas bombas em uma carcaça. Uma bomba dupla pode descarregar duas taxas de fluxo diferentes em cada saída. Pelo fato de ambos os conjuntos rotativos da bomba estarem conectados a um eixo comum, só um motor elétrico é usado para acionar toda a unidade. As bombas duplas são usadas muitas vezes em circuitos alto-baixo e quando duas diferentes velocidades de fluxo provêm da mesma unidade de força. As bombas duplas expelem o dobro de fluxo de uma bomba simples sem um aumento apreciável no tamanho da unidade. Bombas de Palheta de Volume Variável Uma bomba de palheta de deslocamento positivo imprime o mesmo volume de fluído para cada revolução. As bombas industriais são geralmente operadas a 1.200 ou 1.800 rpm. Isso indica que a taxa de fluxo da bomba se mantém constante. Em alguns casos, é desejável que a taxa de fluxo de uma bomba seja variável. Um modo de se conseguir isso é variar a taxa do elemento acionador, o que é economicamente impraticável. A única alternativa, então, para variar a saída de uma bomba, é modificar o seu deslocamento. A quantidade de fluido que uma bomba de palheta desloca é determinada pela diferença entre a distância máxima e mínima em que as palhetas são estendidas e a largura das palhetas. Enquanto a bomba está operando, nada pode ser feito para modificar a largura de uma palheta. Entretanto, uma bomba de palheta pode ser projetada de modo que a distância de deslocamento das palhetas possa ser modificada, sendo essa conhecida como uma bomba de palheta de volume variável. palheta rotor anel regulagem por parafuso mancal O mecanismo de bombeamento de uma bomba de palheta de volume variável consiste basicamente de um rotor, palhetas, anel, que é livre para se movimentar, placa de orifícios, um mancal para guiar um anel e um dispositivo para variar a posição do anel. Em nossa ilustração é usado um parafuso de regulagem. As bombas de palheta de volume variado são bombas desbalanceadas. Seus anéis são circulares e não têm a forma de elipse. Visto que o anel deste tipo de bomba deve ser livre para se deslocar, o mecanismo de bombeamento não vem como um conjunto montado. Tecnologia Hidráulica Industrial 50 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Como trabalha uma Bomba de Palheta de Volume Variável (pressão do sistema) é suficientemente alta para vencer a força da mola, o anel desloca-se para uma posição próxima à central e a vazão da bomba é suficiente apenas para a sua lubrificação interna e para controle. A pressão do sistema é, portanto, limitada à regulagem da mola de compensação, substituindo uma válvula limitadora de pressão Dreno da Carcaça Todas as bombas de pressão compensada, de volume variável, devem ter suas carcaças drenadas externamente. Os mecanismos de bombeamento, nestas bombas, se movimentam extremamente rápido quando a compressão de pressão é requerida. Qualquer acúmulo de fluido, dentro da carcaça, im- pede a sua movimentação. Da mesma forma, qualquer vazamento que se acumule numa carcaça de bomba é geralmente dirigido para o lado de entrada da bomba. Porém, como as bombas de volume variável podem ficar um longo período centradas (gerando calor) a vazão de controle e de lubrificação é dirigida para o reservatório através de uma linha de dreno externo. Drenando-se externamente a carcaça o problema é suavizado. A drenagem externa de uma carcaça de bomba é comumente chamada de dreno da carcaça. Bomba de Pistão Com o parafuso regulado, o anel é mantido fora do centro com relação ao rotor. Quando o rotor é girado, um volume de fluxo é gerado, ocorrendo o bombeamento. Recuando-se o parafuso de regulagem há uma redução da excentricidade do anel em relação ao ro- tor e, consequentemente, redução do volume de óleo bombeado. Com o parafuso todo recuado o anel está centrado e o deslocamento da bomba é nulo. Bombas de Palheta de Volume Variável, Pressão Compensada Geralmente, as bombas de palheta de volume variável são também bombas de pressão compensada. Uma bomba de pressão compensada pára de bombear a um nível de pressão pré-ajustado. Uma bomba de palheta de pressão compensada tem as mesmas peças que uma bomba de palheta de vol- ume variável, mas com o acréscimo de uma mola regulável, que é usada para deslocar o anel. Quando a pressão que age no contorno interno do anel regulagem da mola Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 51 Training Características da PFVH Conjunto Rotativo com 10 Palhetas Conjunto Rotativo Projetado para Facilitar Manutenção no Campo e Transformações/ Conversões Alta Velocidade de Operação para Atender às Aplicações em Equipamentos Mobil. Várias Opções de Bombas para Atender os Requisitos dos mais Complexos Circuitos. Projeto Simples e Eficiente Grande Tolerância à Contaminação do Sistema Baixo Nível de Ruído, Operação Silenciosa Balanceada Hidraulicamente para Reduzir os Esforços nos Mancais e Aumentar a Vida Útil da Bomba Especificações da PFVH Vazão*: Bomba Simples - 45 a 227 l/mim a 1200 RPM Bomba Dupla - 64 a 372 l/mim a 1200 RPM Rotações: até 2700 RPM Pressões de Operação*: até 210 bar Contínua Montagens: PFVH 25 - Flange SAE B - 2 Furos PFVH 35 - Flange SAE C - 2 Furos PFVH 45 - Flange SAE C - 2 Furos Material do Corpo: Ferro Fundido Temperatura de Operação: -40°C a 85°C Classe de Limpeza do Óleo: ISO 18/15 ou Melhor ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Características da PFVI Conjunto Rotativo com 12 Palhetas para Operação Silenciosa, Baixo Nível de Ruído Conjunto Rotativo Projetado para Facilitar Manutenção no Campo e Transformações/ Conversões Várias Opções de Bombas para Atender os Mais Complexos Circuitos Projeto Simples e Eficiente Grande Tolerância à Contaminação do Sistema Balanceada Hidraulicamente para Reduzir os Esforços nos Mancais e Aumentar a Vida Útil da Bomba Especificações da PFVI Vazão*: Bomba Simples - 45 a 227 l/mim a 1200 RPM Bomba Dupla - 64 a 372 l/mim a 1200 RPM Rotações: até 1800 RPM Pressões de Operação*: até 175 bar Contínua Montagens: PFVI 25 - Flange SAE B - 2 Furos PFVI 35 - Flange SAE C - 2 Furos PFVI 45 - Flange SAE C - 2 Furos Material do Corpo: Ferro Fundido Temperatura de Operação: -40°C a 85°C Classe de Limpeza do Óleo: ISO 18/15 ou Melhor Informações Técnicas Informações Técnicas ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Tecnologia Hidráulica Industrial 54 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Como funciona uma Bomba de Pistão No exemplo da ilustração anterior, um tambor de cilindro com um cilindro é adaptado com um pistão. A placa de deslizamento é posicionada a um certo ângulo. A sapata do pistão corre na superfície da placa de deslizamento. placa de deslizamento sapato do pistão tambor do cilindro pistão placa de orifício pistão placa de deslizamento sapata mecanismo de bombeamento da bomba de pistão axial sapata do pistão Quando um tambor de cilindro gira, a sapata do pistão segue a superfície da placa de deslizamento (a placa de deslizamento não gira). Uma vez que a placa de deslizamento está a um dado ângulo o pistão alterna dentro do cilindro. Em uma das metades do ciclo de rotação, o pistão sai do bloco do cilindro e gera um volume crescente. Na outra metade do ciclo de rotação, este pistão entra no bloco e gera um volume decrescente. Na prática, o tambor do cilindro é adaptado com muitos pistões. As sapatas dos pistões são forçadas contra a superfície da placa de deslizamento pela sapata e pela mola. Para separar o fluido que entra do fluido que sai, uma placa de orifício é colocada na extremidade do bloco do cilindro, que fica do lado oposto ao da placa de deslizamento. Um eixo é ligado ao tambor do cilindro, que o conecta ao elemento acionado. Este eixo pode ficar localizado na extremidade do bloco, onde há fluxo, ou, como acontece mais comumente, ele pode ser posicionado na extremidade da placa de deslizamento. Neste caso, a placa de deslizamento e a sapata têm um furo nos seus centros para receber o eixo. Se o eixo estiver posicionado na outra extremidade, a placa de orifício tem o furo do eixo. A bomba de pistão que foi descrita acima é conhecida como uma bomba de pistão em linha ou axial, isto é, os pistões giram em torno do eixo, que é coaxial com o eixo da bomba. As bombas de pistão axial são as bombas de pistão mais populares em aplicações industriais. Outros tipos de bombas de pistão são as bombas de eixo inclinado e as de pistão radial. Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 55 Training Bombas de Pistão Axial de Volume Variável O deslocamento da bomba de pistão axial é determinado pela distância que os pistões são puxados para dentro e empurrados para fora do tambor do cilindro. Visto que o ângulo da placa de deslizamento controla a distância em uma bomba de pistão axial, nós devemos somente mudar o ângulo da placa de deslizamento para alterar o curso do pistão e o volume da bomba. Com a placa de deslizamento posicionada a um ângulo grande, os pistões executam um curso longo dentro do tambor do cilindro. Com a placa de deslizamento posicionada a um ângulo pequeno, os pistões executam um curso pequeno dentro do tambor do cilindro. Variando-se um ângulo da placa de deslizamento, o fluxo de saída da bomba pode ser alterado. Vários meios para variar o ângulo da placa de deslizamento são oferecidos por diversos fabricantes. Estes meios vão desde um instrumento de alavanca manual até uma sofisticada servoválvula. Saída Entrada Placa PistãoTambor Servo pistão Mola Tecnologia Hidráulica Industrial 56 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Bombas de Pistão Axial de Pressão Compensada As bombas de pistão axial podem também ser feitas com pressão compensada. A placa de deslizamento das bombas está conectada a um pistão que sente a pressão do sistema. Quando a pressão do sistema fica mais alta do que a da mola que comprime o pistão do compensador, o pistão movimenta a placa de deslizamento. Quando esta atinge o limitador mecânico, o seu centro fica alinhado com o tambor do cilindro. Os pistões não se alternam no sistema do cilindro. Isso resulta em ausência de fluxo no sistema. Bombas de Pistão Axial Reversíveis Como foi ilustrado, o deslocamento de uma bomba de pistão axial e, consequentemente, o seu volume de saída, podem ser variados modificando-se o ângulo da placa de deslizamento. Foi também mostrado que a bomba não desenvolverá fluxo quando a placa de deslizamento estiver em posição coaxial com o tambor do cilindro. Algumas placas de deslizamento de bombas de pistão axial têm a capacidade de inverter o ângulo de trabalho. Isto faz com que volumes crescentes e decrescentes sejam gerados nos orifícios opostos. Há reversão de fluxo através da bomba. Na ilustração da bomba de pistão axial reversível, pode-se ver que os orifícios A e B podem ser tanto um orifício de entrada como de saída, dependendo do ângulo da placa de deslizamento. Isso acontece com o tambor do cilindro girando na mesma direção. As bombas de pistão axial reversíveis são geralmente usadas em transmissões hidrostáticas. As bombas de pistão axial podem ser de deslocamento variável, de pressão compensada ou de deslocamento variável e reversível. Estas combinações também estão disponíveis com as bombas de pistão de projeto radial e de eixo inclinado. Eficiência Volumétrica Enquanto gira a uma velocidade constante, nós geralmente imaginamos que uma bomba de deslocamento positivo libere uma taxa de fluxo constante, seja qual for o sistema de pressão. Isto não é inteiramente verdadeiro. Quando aumenta a pressão do sistema, aumenta o vazamento interno dos vários mecanismos de bombeamento. Isto resulta num fluxo de saída menor. O grau em que isso acontece é conhecido como eficiência volumétrica. A expressão que descreve a eficiência volumétrica é: ângulo da placa de deslizamento B A Entrada Saída placa de deslizamento centrada B A sem fluxo ângulo da placa de deslizamento B A Entrada Saída mola dreno pistão compensador fluxo pleno a pressão do sistema é transmitida aqui sem fluxo Saída Real x 100 Eficiência Volumétrica (%) = Saída Teórica Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 59 Training B Totalmente aberta Generalidades As válvulas, em geral, servem para controlar a pressão, a direção ou o volume de um fluido nos circuitos hidráulicos. As válvulas que estudaremos nesta unidade são do tipo controladoras de pressão, que são usadas na maioria dos sistemas hidráulicos industriais. Essas válvulas são utilizadas para: Limitar a pressão máxima de um sistema; Regular a pressão reduzida em certas partes dos circuitos; Outras atividades que envolvem mudanças na pressão de operação. São classificadas de acordo com o tipo de conexão, pelo tamanho e pela faixa de operação. A base de operação dessas válvulas é um balanço entre pressão e força da mola. A válvula pode assumir várias posições, entre os limites de totalmente fechada a totalmente aberta. As válvulas controladoras de pressão são usualmente assim chamadas por suas funções primárias abaixo relacionadas. Válvula de Segurança Válvula de Sequência Válvula de Descarga Válvula Redutora de Pressão Válvula de Frenagem Válvula de Contrabalanço Limitadora de Pressão ∆ ∆ ∆ 7. Válvula de Controle de Pressão A Totalmente fechada Bar psi Hydraulic Oi PRESS. DROP ( P) 238 170 102 34 0 3500 2500 1500 500 GPM L/M 1 2 3 4 8 11 F 0 ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ Tecnologia Hidráulica Industrial 60 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training A pressão máxima do sistema pode ser controlada com o uso de uma válvula 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 primárias e secundárias são conectadas e o fluxo é desviado para o tanque. Esse tipo de controle de pressão normalmente fechado é conhecido como válvula limitadora de pressão. Uso de uma Válvula de Pressão Normalmente Fechada As válvulas de controle de pressão normalmente fechadas têm muitas aplicações num sistema hidráulico. Além da válvula ser usada como um alívio do sistema, um controle de pressão normalmente fechado pode ser usado para fazer com que uma operação ocorra antes da outra. Pode também ser usada para contrabalancear forças mecânicas externas que atuam no sistema. Ajustamento de Pressão Numa válvula de controle de pressão, a pressão da mola é usualmente variada pela regulagem de um parafuso que comprime ou descomprime a mola. M M Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 61 Training 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. Válvula de Sequência no Circuito 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. M Válvula de Contrabalanço Uma válvula de controle de pressão normalmente fechada pode ser usada para equilibrar ou contrabalancear um peso, tal como o da prensa a que nos referimos. Esta válvula é chamada de válvula de contrabalanço. GPM 5 10 15 20 19 38 57 76L/M 0 FLOW (Pressure to Sequence Port) Bar PSI 272 204 136 68 4000 3000 2000 1000IN L E T P R E S S U R E 0 Óleo Hidráulico 100 SSU, S.G. = 0.86 Vazão P re ss ão d e en tr ad a Tecnologia Hidráulica Industrial 64 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Drenos O carretel, numa válvula de controle de pressão, se movimenta dentro de uma via e geralmente há algum vazamento de fluido na via acima do carretel. Esta é uma ocorrência normal que serve para lubrificá-lo. Para que a válvula de pressão opere adequadamente, a área acima do carretel deve ser drenada continuamente para que o líquido não prejudique o movimento do carretel. Isso é feito com uma via dentro do corpo da válvula, que está conectada ao reservatório. Dreno Interno Se uma via secundária de uma válvula de pressão estiver interligada ao reservatório, como nas aplicações da válvula limitadora de pressão e da válvula de contrabalanço, a via do dreno ficará interligada internamente à via do tanque ou à via secundária da válvula. Isto é conhecido como dreno interno. Dreno Externo Se a linha secundária de uma válvula de pressão for uma linha de pressão (ou, em outras palavras, se ela realiza trabalho) como nas aplicações da válvula de redução de pressão e na válvula de sequência, a via do dreno ficará interligada ao tanque por meio de uma linha separada. Isso é um dreno externo. As válvulas de sequência e as válvulas de redução de pressão são sempre drenadas externamente. Sistema de Alta e Baixa Pressão (Alta-Baixa) Um sistema alta-baixa consiste de duas bombas, uma de alto volume e outra de baixo volume. Este sistema é usado para gerar um avanço rápido, uma velocidade de trabalho, e um retorno rápido na operação. O volume total das duas bombas é enviado para o sistema até que a carga de trabalho seja contatada. Nesse ponto, a pressão do sistema aumenta, fazendo com que a válvula de descarga funcione. O fluxo de uma bomba de grande volume é mandado de volta para o tanque a uma pressão mínima. A bomba de pequeno volume continua a mandar fluxo para o ponto de operação de trabalho de alta pressão. Os dois volumes se juntam para retrair o cilindro. Válvula de Descarga no Circuito Uma válvula limitadora de pressão operada diretamente, usada num circuito de acumulador, significa que, uma vez que o acumulador é carregado, o fluxo da bomba retorna ao tanque a uma pressão igual à da válvula limitadora de pressão. Isso significa um desperdício de potência e uma desnecessária geração de calor. Uma válvula de descarga operada remotamente, com sua linha piloto conectada depois da válvula de retenção, permitirá que o fluxo da bomba retorne ao tanque a uma pressão mínima quando o acumulador estiver pressurizado à mesma pressão do ajuste da válvula. A bomba não precisa aplicar uma pressão alta para operar a válvula de descarga, porque a válvula recebe pressão de outra parte do sistema. Desde que a pressão aplicada pela bomba seja desprezível, a potência também o é: 1 HP = (l/min) x (kgf/cm2) x 0,0022 M observação sobre segurança: em qualquer curcuito com acumulador deve haver um meio de descarregar automaticamente quando a máquina é desligada. Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 65 Training Fluxo Inverso Uma especificação normal de todas as válvulas de pressão, exceto das válvulas de descarga e limitadora de pressão, é que o fluxo inverso deve ser capaz de passar através da válvula, desde que as válvulas de pressão normalmente fechadas sintam a pressão da via primária assim que o fluxo for invertido, cai a pressão na via primária. O carretel é desativado. As vias primária e secundária são desconectadas. O fluxo através da válvula é bloqueado. Uma vez que o fluxo não pode passar através da válvula, contornamos a válvula através de uma válvula de retenção. As válvulas de pressão normalmente abertas sentem a pressão que chega da via secundária. Poderia parecer que, enquanto a pressão de fluxo adiante da válvula permanece aberta, não haveria necessidade de nenhuma válvula de retenção. Isto é verdade. Entretanto, qualquer aumento de pressão acima da regulagem fará com que o êmbolo se feche bruscamente. Por precaução, muitas vezes usa-se uma válvula de retenção junto com uma válvula redutora de pressão para fluxo inverso. Generalização sobre Válvulas de Controle de Pressão Algumas generalizações podem ser feitas sobre as válvulas de controle de pressão: a) As válvulas de controle de pressão cujas vias secundárias são pressurizadas têm drenos externos (válvulas redutoras e válvulas de sequência). b) As válvulas de controle de pressão cujas vias secundárias estão conectadas ao tanque têm geralmente drenos internos (válvula limitadora de pressão, válvula de descarga, válvula de contrabalanço e válvula de contrabalanço diferencial). c) Para passar fluxo inverso através de uma válvula de controle de pressão, usa-se uma válvula de retenção. válvula limitadora de pressão válvula de descarga válvula de sequência válvula de contrabalanço com retenção válvula de contrabalanço diferencial com retenção válvula redutora de pressão com retenção Tecnologia Hidráulica Industrial 66 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Válvulas de Controle de Pressão Operadas por Piloto BAR PSI 210 3000 175 2500 140 2000 105 1500 R E LI E F P R E S S U R E 70 1000 35 500 0 0 25 PERCENT OF RATED FLOW 50 75 100 RELIEF PRESSURE vs: FLOW 150 SSU. HYD. OIL Para executar esta função, a válvula começa a abrir a uma pressão mais baixa. Isto faz com que uma porção pequena de fluxo do sistema retorne para o tanque. À medida que aumenta a pressão, a mola do carretel fica continuamente comprimida para formar uma abertura mais larga para o fluxo crescente que retorna ao tanque. Finalmente, a 70 kgf/cm2, um fluxo total de 40 litros/min passa através da válvula. Se, por alguma razão o fluxo aumentar, haverá um aumento de pressão acima do nível de 70 kgf/cm2. Uma válvula que opera por acionamento direto atua desta forma por causa da compressão da mola do carretel. Fluxo - litros / min. 20 40 60 80 Pressão kgf/cm2 210 140 70 Pressão de abertura Pressão limitadora de pressão Diferencial de pressão da válvula limitadora de pressão operada por acionamento direto Diferencial de Pressão de Válvulas Operadas por Piloto (Pré-Operada) Uma válvula limitadora de pressão operada por piloto evita uma pressão de abertura prematura e uma sobrecarga, eliminando a pesada mola do carretel. A pressão do fluido e uma mola de baixa pressão pressionam o carretel da válvula. Quando uma certa pressão é atingida, o carretel é ativado. Qualquer leve sobrecarga que resulta de um aumento na vazão é principalmente devida à compressão da mola de baixa pressão. Fluxo - litros / min. 20 40 60 80 Pressão kgf/cm2 210 140 70 Pressão de abertura Pressão limitadora de pressão Diferencial de pressão da válvula limitadora de pressão operada por piloto Diferentemente de uma válvula de controle de pressão simples ou de acionamento direto, onde um carretel é mantido comprimido somente pela pressão da mola, uma válvula operada por piloto tem o seu carretel comprimido tanto pelo fluido como pela pressão da mola. Essa combinação elimina a alta sobrecarga comumente encontrada nas válvulas de pressão operadas de modo direto. Diferencial de Pressão Característico das Válvulas Operadas por Acionamento Direto O diferencial de pressão de uma válvula de pressão pode ser melhor descrito com um exemplo: O gráfico mostra o funcionamento de uma válvula limitadora de pressão operada por acionamento direto, num sistema típico. A válvula é solicitada a passar o fluxo de 40 litros/min a 70 kgf/cm2. simbolo de válvula limitadora de pressão operada por piloto Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 69 Training Outras Válvulas de Controle de Pressão Operadas por Piloto Além das válvulas limitadoras de pressão, as válvulas de sequência, de contrabalanço, de descarga, e redutora de pressão podem também ser operadas por piloto. Exatamente como as válvulas limitadoras de pressão, os outros controles de pressão operados por piloto consistem de uma válvula piloto e de um êmbolo de válvula principal. Os êmbolos, nessas válvulas, são diferentes do êmbolo de uma válvula limitadora de pressão, mas a pressão do piloto é entretanto sentida através de uma via no êmbolo da válvula principal. Regulagem do Piloto Remoto Desde que a pressão do fluido é usada para comprimir o êmbolo da válvula principal, uma válvula de controle de pressão operada por piloto pode ser adaptada para regulagem remota. Com uma válvula piloto adicional conectada à câmara da mola de uma válvula operada por piloto, a pressão máxima nessa câmara será limitada à regulagem da válvula piloto remota, se essa for mais baixa do que a da outra válvula piloto. Com este arranjo, a válvula de piloto remoto pode ser montada num painel para facilitar o ajuste pelo operador da máquina. Na ilustração da regulagem remota, uma válvula piloto é usada em conjunto com uma válvula limitadora de pressão operada por piloto. Esta é uma aplicação muito comum. Entretanto, as válvulas de descarga operadas por piloto, as de contrabalanço, as de sequência e as redutoras de pressão também podem ser ajustadas remotamente. Ventagem de uma Válvula Limitadora de Pressão Operada por Piloto O ato de ventar uma válvula limitadora de pressão refere-se à liberação da pressão de fluido que comprime o carretel principal de uma válvula limitadora de pressão operada por piloto. Liberando-se esta pressão piloto, a única pressão que mantém o carretel fechado é a pressão baixa da mola. O resultado disso é que a bomba aplica uma pressão relativamente baixa para retornar o seu fluxo para o tanque. Tecnologia Hidráulica Industrial 70 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training A ventagem de uma válvula limitadora de pressão é uma consideração importante diante o tempo de parada da máquina. Quando nenhum trabalho útil está sendo executado pelo sistema, é desnecessário gastar energia para dirigir fluxo ao tanque sob um ajuste de pressão muito alto da válvula limitadora de pressão. A ventagem de uma válvula limitadora de pressão operada por piloto é uma prática habitual em sistemas hidráulicos industriais. Para manter a bomba descarregada até que seja preciso recarregar o acumulador, pode-se usar um pressostato que enviará um sinal elétrico para uma válvula direcional operada por solenóide, que está conectada à linha de ventagem de uma válvula limitadora de pressão operada por piloto. Quando o acumulador é carregado à pressão máxima requerida, o pressostato envia um sinal à válvula direcional, que venta a válvula limitadora de pressão. Num determinado momento o acumulador precisa de recarga a uma pressão mais baixa, o pressostato envia outro sinal, elimina a vantagem e faz com que a válvula limitadora de pressão seja fechada. Descarga de Bomba em Circuitos de Acumulador Num circuito típico de acumulador, quando um acumulador é carregado, o fluxo da bomba é dirigido de volta ao tanque à baixa pressão, por meio de uma válvula de descarga. Este circuito mantém a pressão do sistema num valor constante, bem como conserva a potência do sistema. Quando um acumulador é usado para desenvolver o fluxo do sistema, ele descarrega o seu fluxo entre as pressões máximas e mínimas. Com uma válvula comum de descarga no circuito, a válvula mandaria o fluxo para a bomba tão logo a pressão do acumulador caísse abaixo da pressão de regulagem, o que pode ser indesejável. Válvula Limitadora de Pressão de Descarga Diferencial Em vez de se usar um pressostato e uma válvula direcional para ventar uma válvula limitadora de pressão durante a descarga do acumulador, pode-se usar um componente hidráulico: uma válvula limitadora de pressão de descarga diferencial, que consiste de uma válvula limitadora de pressão operada por piloto, uma válvula de retenção e um pistão diferencial, tudo em um só corpo. O corpo da vávula tem uma via de pressão, uma via para tanque e uma via de utilização ligada ao sistema. Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 71 Training Como trabalha uma Válvula Limitadora de Pressão de Descarga Diferencial A válvula limitadora de pressão e a válvula de retenção operam da maneira descrita anteriormente. A bomba carrega o acumulador através da válvula de retenção no corpo da limitadora de pressão. A pressão do sistema é remetida através do orifício no êmbolo da válvula principal diretamente à agulha da válvula piloto. Com a pressão limitada na câmara da mola, e também em um dos lados do pistão diferencial, qualquer aumento de pressão no sistema também age no outro lado do pistão diferencial. Neste ponto, o pistão é forçado em direção à agulha do piloto e empurra-o completamente para fora do seu assento. Isto, na realidade, liberta a câmara da válvula da mola do carretel da pressão do piloto. A válvula limitadora de pressão é ventada. O carretel se move para cima e permite que o fluxo vá para o tanque a uma baixa pressão. Ao mesmo tempo, a válvula de retenção fecha, de modo que o acumulador não possa descarregar através da válvula limitadora de pressão. Neste ponto, atingiu-se uma pressão - a máxima pressão do acumulador. O pistão diferencial tem uma área 15% maior do que a área da agulha do piloto exposta à pressão. Uma vez que a força é igual à pressão multiplicada pela área, o pistão mantém a agulha do piloto afastada de seu assento, com a força 15% maior do que a força que abriu a agulha. Isso significa que, para fechar a agulha do piloto, a mola precisa adquirir uma força superior a 15%. É claro que a agulha do piloto não é fechada até que a pressão caia 15%. Uma das limitações da válvula reguladora de pressão de descarga diferencial é que a pressão secundária da válvula é fixa, porque a diferença de área entre o pistão e agulha do piloto é fixa. A diferença é de 15%, e em alguns casos pode chegar a 30% do ajustamento da válvula piloto. O pistão diferencial se encaixa num furo oposto à agulha da válvula piloto. Durante o tempo em que o acumulador está sendo carregado, a pressão em cada extremidade do pistão diferencial é igual. Como resultado, o pistão não se move. Quando uma pressão suficientemente grande está presente na agulha da válvula piloto, a agulha é deslocada de seu assento. Como já se observou, esta ação de deslocamento limita a pressão na câmara da mola da válvula principal. Tecnologia Hidráulica Industrial 74 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Em aplicações hidráulicas industriais, geralmente não são encontradas válvulas de 3 vias. Se uma função de 3 vias for requerida, uma válvula de 4 vias é convertida em uma válvula de 3 vias, plugando-se uma via do atuador. Válvulas Normalmente Abertas e Válvulas Normalmente Fechadas As válvulas de 2 vias e as válvulas de 3 vias com re- torno por mola podem ser tanto normalmente abertas como normalmente fechadas, isto é, quando o atuador não está energizado, o fluxo pode passar ou não através da válvula. Numa válvula de 3 vias e duas posições, por haver sempre uma passagem aberta através da válvula, o “normalmente fechada” indica que a passagem “p” fica bloqueada quando o acionador da válvula não é energizado. Quando as válvulas direcionais de retorno por mola são mostradas simbolicamente no circuito, a válvula é posicionada no circuito para mostrar a sua condição normal. Válvula Direcional de 4/2 Vias 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. A P T A P A P T A P 3/2 - NF 2/2 - NA 3/2 - NA 2/2 - NF T A P B M Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 75 Training Válvulas Direcionais de 4/2 Vias, no Circuito Visto que todas as válvulas são compostas de um corpo e de uma parte interna móvel, a parte móvel de todas as válvulas tem pelo menos duas posições, ambas nos extremos. Estas duas posições, numa válvula direcional, são representadas por dois quadrados separados. Cada quadrado mostra, por meio de setas, como o carretel está conectado às vias dentro do corpo, naquele ponto. Quando a válvula é mostrada simbolicamente, os dois quadrados são conectados juntos, mas quando colocada num circuito, somente um quadrado é conectado ao circuito. Com este arranjo, a condição da válvula permite a visualização do movimento do cilindro em uma direção. Para visualizar o atuador se movendo na direção oposta, sobreponha mentalmente um dos quadrados do símbolo ao outro, dentro do circuito. Válvula de 4/2 Vias Montadas em Sub-Base Os corpos das válvulas direcionais de 4 vias que foram ilustrados tinham via para tanque e via de pressão situadas de um lado. As vias de utilização estavam posicionadas do lado oposto do corpo. Esse arranjo seguia de perto o símbolo da válvula. Entretanto, para facilitar a instalação, a maioria das válvulas direcionais de hidráulica industrial é montada em placas, isto é, elas são parafusadas a uma placa, que é conectada à tubulação. As vias das válvulas montadas com sub-base são localizadas no lado infe- rior do corpo da válvula. Atuadores de Válvulas Direcionais Nós vimos que o carretel de uma válvula direcional pode estar posicionado em uma ou outra posição ex- trema. O carretel 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 operadas manualmente ou válvulas acionadas manualmente. Os tipos de acionadores manuais incluem alavancas, botões de pressão e pedais. acionada manual- mente por botão por alavanca por pedal símbolo de acionamento mecânico por piloto hidráulico por piloto pneumático por solenóide acionam. muscular geral M Tecnologia Hidráulica Industrial 76 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Como Funciona um Solenóide 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. Os atuadores manuais são usados em válvulas direcionais cuja operação deve ser sequenciada e controlada ao arbítrio do operador. Os carretéis das válvulas direcionais podem também ser acionados por pressão de fluido, tanto a ar como hidráulica. Nestas válvulas, a pressão do piloto é aplicada nas duas sapatas laterais do carretel, ou aplicada em uma sapata ou pistão de comando. 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. Um dos meios mais comuns de operação de uma válvula direcional é por solenóide. Um solenóide é um dispositivo elétrico que consiste basicamente de um induzido, uma carcaça “C” e uma bobina. A bobina é enrolada dentro da carcaça “C”. O carretel fica livre para se movimentar dentro da bobina. pino acionador solenóide energizado induzido carcaça “C” bobina Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 79 Training 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. Outra desvantagem é que o carretel, nesta válvula, vaza como em qualquer válvula do tipo carretel. Além disso, se o carretel ficar sujeito à pressão do sistema por mais de uns poucos minutos, a pressão se equalizará nas linhas A e B dos atuadores, a aproximadamente metade da pressão do sistema. O caminho de vazamento através da superfície de bloqueio do carretel da válvula direcional são orifícios que medem o fluxo. Quando na posição de centro, a pressão do sistema atua na via “P” da válvula. Esta posição causa o fluxo do fluído através da superfície de bloqueio para a passagem do atuador. Então, o vazamento passa através do restante da superfície de bloqueio para a passagem do tanque. A pressão, na via do atuador, a essa altura será aproximadamente a metade da pressão do sistema. Válvulas de Centro Aberto no Circuito 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. Condição 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. Válvulas de Centro Fechado no Circuito 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. Todas as aberturas bloqueadas T A BP A B P T Tipo 1 M M Tecnologia Hidráulica Industrial 80 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Por que a metade? Porque o fluxo de vazamento da via “P” para a via do atuador é exatamente o mesmo da via do atuador para o tanque. Visto que a taxa de vazamento de fluxo, através dessas passagens, é a mesma, elas devem ter diferenciais de pressão similares. No circuito do exemplo, se a válvula direcional está sujeita à regulagem da válvula limitadora de pressão 70 kgf/cm2, quando está na posição central, uma pressão de aproximadamente 35 kgf/cm2 será observada nas linhas do atuador depois de alguns minutos. Isto gerará um desequilíbrio de forças no cilindro, o que faz com que a haste do cilindro avance lentamente. Condição de Centro em Tandem Uma válvula direcional com um carretel de centro em tandem tem as vias P e T conectadas, e as vias A e B bloqueadas na posição central. Válvulas de Centro em Tandem no Circuito Uma condição de centro em tandem pára o movimento do atuador, mas permite que o fluxo da bomba retorne ao tanque sem passar pela válvula limitadora de pressão. Uma válvula 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. Além disso, as condições de centro e de descarga do carretel não são tão boas como poderiam parecer quando se olha para um símbolo de centro em tandem. Tandem P aberto ao tanque, A e B bloqueados T A BP A B P T Tipo 8 M M Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 81 Training Centro Aberto Negativo Uma válvula direcional com um carretel de centro aberto negativo tem a via “P” bloqueada, e as vias A, B e T conectadas na posição central. Válvulas de Centro Aberto Negativo no Circuito Uma condição de centro aberto negativo 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 pára 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”. As vias P e T de uma válvula hidráulica industrial de 4 vias não estão localizadas próximas uma da outra. A via “P” no centro e a via “T” nos extremos estão ligadas, quando na posição central, por meio de uma passagem por dentro do carretel. Isto não é uma condição ideal, porque resulta num diferencial de pressão, que reduz a vazão nominal da válvula P T. Não é incomum encontrar, num circuito, várias válvulas de centro em tandem conectadas em série. A justificativa desta situação é que cada atuador pode trabalhar um tanto independentemente de outro e, ao mesmo tempo, a bomba pode ser descarregada quando as válvulas de centro em tandem são acionadas para o centro. Outra característica de uma válvula direcional de centro em tandem é que a taxa de fluxo nominal da válvula é diminuída. Para que haja um curso de fluxo razoavelmente dimensionado, de P para T na posição central, o eixo do carretel entre as sapatas é muito mais largo do que em qualquer outro tipo de carretel. Isso resulta num curso de fluxo restrito quando o carretel é deslocado para qualquer extremo. Nota: Os carretéis da válvula direcional de centro em tandem operam um tanto diferentemente de outros carretéis. Por causa de sua construção, quando um carretel de centro em tandem é acionado para o lado direito da válvula, o fluxo passa de P para A. Mas, em qualquer outro carretel, o fluxo passa de P para B. Em consequência, se um carretel de centro em tandem substitui qualquer outro tipo de carretel, controlado por essa válvula direcional, ele operará no sentido inverso. P bloqueado, A e B abertas ao tanque T A B A B P T Tipo 4 P M M 2 10.5kg / cm 7kg / cm 2 3.5kg / cm 2 Tecnologia Hidráulica Industrial 84 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Uso de Válvula de Retenção para Pilotagem Uma válvula direcional operada por piloto tem a pressão do seu piloto suprida a partir do sistema. Se a válvula direcional pilotada tem condição de centro aberto para o tanque, pode não haver pressão suficiente no sistema para deslocar a válvula princi- pal. Para evitar esta situação, usa-se uma válvula de retenção no orifício de pressão da válvula, ou na linha de pressão ou na linha de tanque, para que ela atue como restrição. A contrapressão gerada devido à retenção é suficiente para operar a válvula principal. Dreno A via de tanque da válvula piloto de uma válvula direcional operada por piloto é chamada de dreno. Este "dreno" pode ser interno ou externo. Em outras palavras, a via de tanque da válvula piloto é conectada separadamente do tanque, em vez de ser conectada à via de tanque da válvula principal. As válvulas pilotos são drenadas externamente quando picos de pressão na linha do tanque excedem a pressão de pilotagem, causando um deslocamento indesejado da válvula. Os drenos externos são também usados, muitas vezes, quando o carretel da válvula principal tem uma condição de centro aberto. Neste caso, o dreno externo garante que a câmara, em cada extremidade do carretel da válvula principal, não esteja sujeita à pressão quando a válvula estiver na condição de centro. As válvulas direcionais operadas por piloto, de centro aberto, que usam uma válvula de retenção na linha do tanque para gerar contrapressão, têm que ter uma válvula piloto drenada externamente. Em geral, deve haver um diferencial mínimo de pressão de 4,5 kgf/cm2 entre a pressão do tanque e a pressão do sistema, quando são usadas válvulas direcionais operadas por piloto e controladas por solenóides. Pressão Piloto Externa Outra opção para válvulas operadas por piloto é o uso de pressão piloto externa. A pressão para a operação é usualmente suprida internamente a partir da via de pressão na válvula principal. Algumas vezes isso é indesejável, como quando a pressão do sistema flutua a um grau suficiente para deslocar o carretel da válvula principal. Nesta situação, a via de pressão da válvula piloto é suprida com uma pressão constante, dependente de outra fonte (bomba, acumulador). As válvulas direcionais de centro aberto, operadas por piloto, requerem frequentemente válvulas de retenção de contrapressão. Esta válvula de retenção pode ser pressurizada a partir do orifício de pressão da válvula principal. Com a válvula de retenção neste lugar, o diferencial de pressão através da válvula aumenta, o que pode ser indesejável. Se for o caso, uma válvula de retenção maior pode ser posicionada antes da válvula direcional. A válvula piloto pode ser pressurizada externamente com a pressão da linha antes da válvula de retenção. A B válvula de retenção de contrapressão dreno interno bloqueado A B dreno externo dreno interno bloqueado Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 85 Training Regulagem de Curso Regulagem de curso é um ajuste por parafuso, que limita o percurso do carretel na válvula principal de uma válvula operada por piloto. As regulagens de curso são mostradas em todos os catálogos de fabricantes de válvula, entretanto, é um caso raro quando uma delas é aplicável à válvula. Há anos, as regulagens de curso eram comumente usadas para bloquear uma posição da válvula ou realizar um controle de fluxo grosseiro. Válvula de Desaceleração Uma válvula de desaceleração é uma válvula de duas vias operadas por came com um carretel chanfrado. Enquanto o came pressiona o rolete, o fluxo através da válvula é cortado gradualmente. Esta válvula permite que uma carga ligada à haste do cilindro seja retardada na metade do curso, onde os amortecedores do pistão ainda não entraram em ação. A câmara da mola do carretel é drenada externamente. pressão de pilotagem externa A B símbolo simplificado fonte de pilotagem interna bloqueada Tecnologia Hidráulica Industrial 86 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training 9. Válvulas de Retenção Válvulas de Retenção As válvulas de retenção são aparentemente pequenas quando comparadas a outros componentes hidráulicos, mas elas são componentes que servem a funções muito variadas e importantes. Uma válvula de retenção consiste basicamente do corpo da válvula, vias de entrada e saída e de um assento móvel que é preso por uma mola de pressão. O assento móvel pode ser um disco ou uma esfera, mas nos sistemas hidráulicos, na maioria das vezes, é uma esfera. O fluido passa pela válvula somente em uma direção. Quando a pressão do sistema na entrada da válvula é muito alta, o suficiente para vencer a mola que segura o assento, este é deslocado para trás. O fluxo passa através da vávula. Isso é conhecido como fluxo direcional livre da válvula de retenção. Se o fluido for impelido a entrar pela via de saída o assento é empurrado contra a sua sede. O fluxo estanca. Válvula de Retenção no Circuito Uma válvula de retenção é uma combinação de válvula direcional e válvula de pressão. Ela permite o fluxo somente em uma direção, por isto é uma válvula unidirecional. A válvula de retenção é usada comumente em um sistema hidráulico, como válvula de "by pass". Isso permite que o fluxo contorne certos componentes, tais como as reguladoras de vazão que restringem o fluxo na direção contrária. Uma válvula de retenção é também usada para isolar uma seção do sistema ou um componente, tal como um acumulador. Uma válvula de retenção permite evitar que um reservatório descarregue o fluxo de volta à válvula de descarga ou através da bomba. A parte móvel numa válvula de retenção está sempre presa por uma mola de baixa pressão. Quando uma mola mais forte é utilizada, a válvula de retenção pode ser usada como válvula de controle de pressão (isso não se faz comumente). assento móvel mola Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 89 Training A função da válvula controladora de vazão é a de reduzir o fluxo da bomba em uma linha do circuito. Ela desempenha a sua função por ser uma restrição maior que a normal no sistema. Para vencer a restrição, uma bomba de deslocamento positivo aplica uma pressão maior ao líquido, o que provoca um desvio de parte deste fluxo para outro caminho. Este caminho é geralmente para uma válvula limitadora de pressão, mas pode também ser para outra parte do sistema. As válvulas controladoras de vazão são aplicadas em sistemas hidráulicos quando se deseja obter um controle de velocidade em determinados atuadores, o que é possível através da diminuição do fluxo que passa por um orifício. Orifício Um orifício é uma abertura relativamente pequena no curso do fluxo de fluido. O fluxo através de um orifício é afetado por três fatores: 1. Tamanho do orifício. 2. Diferencial de pressão através do orifício. 3. Temperatura do fluido. O tamanho de um orifício controla a taxa de fluxo através dele. Um exemplo do dia-a-dia é uma mangueira de jardim onde surgiu um vazamento. Se o furo na mangueira for pequeno, o vazamento se dará na forma de gotejamento ou aspersão. Mas se o furo for relativamente grande, o vazamento será na forma de jato. Em ambos os casos, o furo na mangueira é um orifício que mede o fluxo de água para o ambiente externo. A quantidade de fluxo medida depende do tamanho da abertura. 10. Válvulas Controladoras de Vazão orifício velocidade da haste decresce válvula limitadora de pressão limitando a pressão 20 litros/min. 8 12 12 8 35 kgf/cm2 Tecnologia Hidráulica Industrial 90 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Orifício Fixo Um orifício fixo é uma abertura reduzida de um tamanho não ajustável. Exemplos comuns de orifícios fixos, em hidráulica, são os plugues de um tubo ou válvula de retenção com um furo usinado através do seu centro, ou uma válvula comercial controladora de fluxo preestabelecida pela fábrica. Uma válvula controladora de vazão variável é o orifício variável usado com mais frequência num sistema hidráulico industrial. Válvulas de Controle de Vazão Variável no Circuito O circuito ilustrado consiste de uma bomba de deslocamento positivo de 20 litros/min, de uma válvula limitadora de pressão, válvula direcional, um orifício fixo e um cilindro que tem uma área de pistão de 20 cm2. Orifício Variável Muitas vezes um orifício variável é melhor do que um orifício fixo, por causa do seu grau de flexibilidade. Válvula de gaveta, válvulas globos e válvulas controladoras de vazão variável são exemplos de orifícios variáveis. Válvula Controladora de Vazão Variável O fluido que passa através de uma válvula controladora de vazão variável deve fazer uma curva de 90° e passar pela abertura que é a sede da haste cuja ponta é cônica. O tamanho da abertura é modificado pelo posicionamento do cone em relação à sua sede. O tamanho do orifício pode ser variado com ajuste muito fino devido ao parafuso de rosca fina na haste da agulha da válvula. velocidade da haste 400cm/min.área de 20 cm2 35 kgf/cm2 35 kgf/cm2 20 litros/min. 8 12 12 8 Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 91 Training Velocidade Vazão (I/min) x 1.000 (cm3) da Haste = (cm/min ) Área do pistão (cm2) Com a válvula limitadora de pressão ajustada a 35 kg f /cm 2, a bomba ten ta mandar seus 20 litros/min de fluxo através do orifício. Devido ao tamanho da abertura do orifício, somente 8 litros/min passam através do orifício antes que a pressão atinja a regulagem de 35 kgf/cm2 na válvula l imitadora de pressão (isso, é claro, acontece instantaneamente). 8 litros/min passam através do or i f íc io e saem para o atuador. 12 litros/min avançam sobre a válvula limitadora de pressão e a haste do pistão se move a uma taxa de 400 cm/min. Se uma válvula controladora de vazão variável fosse usada no mesmo circuito, a velocidade da haste poderia ser modificada facilmente. Válvula de Controle de Vazão Variável com Retenção Integrada Consiste em uma válvula controladora de vazão descrita anteriormente e mais a função de uma válvula de retenção simples em by pass. Com essa combinação é possível obter fluxo reverso livre, sendo de grande aplicação na hidráulica industrial. Através de um parafuso de ajuste determina-se a taxa de fluxo que deve ser requerida no sistema para se obter a velocidade desejada. Quanto à posição de instalação, está em função do tipo de controle que se deseja aplicar no sistema. Métodos de Controle Basicamente temos três maneiras de se aplicarem válvulas controladoras de vazão, sendo as duas primeiras com retenção integrada, e na terceira não se faz necessário o uso da retenção. 1º Método - Meter-In Meter-in significa controle na entrada. Nesta operação a válvula deverá ser instalada no atuador, de maneira que a retenção impeça a passagem do fluido, obrigando o mesmo a passar através do orifício controlado para a entrada da câmara do atuador. Este método é bem preciso e utilizado em aplicações onde a carga sempre resiste ao movimento do atuador, em casos onde se deve empurrar uma carga com velocidade controlada ou levantar uma carga com o cilindro instalado na vertical. parafuso de ajuste válvula de retensão controle na entrada Tecnologia Hidráulica Industrial 94 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training Tipo By Pass (Desvio) Uma válvula controladora de vazão com pressão compensada tipo desvio consiste de um corpo de válvula com vias de entrada e de saída para o tanque; uma válvula controladora de vazão variável; um êmbolo compensador e uma mola que comprime o êmbolo. Em sua condição normal, o êmbolo compensador é comprimido, na posição fechada, por uma mola. Se a mola tem um valor de 7kgf/cm2, a pressão acima da válvula controladora de vazão variável será limitada a 7kgf/cm2. Durante a operação do sistema, a pressão antes da válvula controladora de fluxo variável tenta alcançar a da regulagem da válvula limitadora de pressão. Quando a pressão atinge 7kgf/cm2, o êmbolo abre passagem para o tanque, desta forma limitando a pressão antes da válvula controladora de vazão variável a 7kgf/cm2. Funcionamento Para determinar como funciona uma válvula tipo desvio, examinaremos suas operações passo a passo. O êmbolo compensador, nesta válvula, desenvolve um diferencial de pressão constante sobre o orifício da válvula controladora de vazão variável, abrindo e fechando uma passagem para o tanque. Com o êmbolo compensador completamente assentado na posição para baixo, a passagem para o tanque fica bloqueada. Com o êmbolo compensador na posição para cima, a passagem para o tanque fica aberta. Nesta condição, qualquer fluxo que venha para a válvula retornará para o tanque. Uma pressão constante antes do orifício da válvula controladora de vazão variável não garante necessariamente uma taxa de fluxo constante. Se a pressão depois do orifício mudar, o diferencial de pressão através do orifício se altera e, consequentemente, o fluxo também muda. Para compensar esta situação, a pressão do orifício da válvula controladora de vazão variável é adicionada ao topo do pistão por meio de uma passagem de piloto. Nesse momento, duas pressões comprimem o êmbolo: a pressão da mola e a pressão do fluxo. mola saída tanque entrada tanque tanque 7 kgf/cm2 tanque 7 kgf/cm2 Tecnologia Hidráulica Industrial Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil 95 Training Se a mola tivesse um valor de 7kgf/cm2, a pressão antes do orifício da válvula controladora de fluxo variável estaria limitada a 7kgf/cm2 acima da pressão depois do orifício. Como qualquer sistema mecânico, elétrico ou pneumático, os sistemas hidráulicos não são 100% eficientes. Quando em operação, esta ineficiência aparece na forma de calor, que reduz a viscosidade de um líquido. Da mesma forma que o melaço aquecido, o fluido flui mais rapidamente através do orifício, se o diferencial de pressão através do orifício de medição e se o seu tamanho forem mantidos constantes. A taxa de fluxo através do orifício e para o atuador aumentará com uma elevação na temperatura. Se for necessária uma velocidade exata do atuador, a mudança de temperatura precisa ser compensada. Compensação de Temperatura com uma Haste Bimetálica Um método de compensação de temperatura é o uso de uma haste bimetálica ou de alumínio. A haste é ligada à parte móvel que controla o tamanho do orifício de acordo com a mudança de temperatura. A taxa de fluxo através de um orifício tende a se tornar maior à medida que a temperatura aumenta. O calor expande a haste, que empurra a parte móvel que controla o tamanho do orifício em direção à sua sede, diminuindo a abertura. Enquanto a regulagem da válvula limitadora de pressão for suficientemente alta, o diferencial de pressão através da válvula controladora de vazão variável será sempre o do valor da mola que, no nosso exemplo, é de 7kgf/cm2. Desse modo, a mesma quantidade de pressão estará disponível para desenvolver o fluxo através do orifício, independentemente de alterações na pressão. A Temperatura afeta o Fluxo Até aqui foi mostrado que o fluxo, através de um orifício, é afetado pelo seu tamanho e pelo diferencial de pressão através dele. O fluxo através do orifício é também afetado pela temperatura, que modifica a viscosidade do líquido. Por exemplo, despejar um líquido viscoso parecido com melaço frio de uma panela através de um funil é uma tarefa que consome tempo. Esquentando a panela, o melaço flui prontamente pelo funil. A taxa de fluxo através do funil aumenta, porque o aquecimento reduz a viscosidade do líquido. A taxa de fluxo para o fluido aquecido, através do orifício menor, é a mesma que a taxa de fluxo através do orifício normal, antes do aquecimento. Conse- quentemente a taxa de fluxo não é afetada por um acréscimo de temperatura. Se a temperatura diminuir, a taxa de fluxo tende a ficar menor. A temperatura diminuída contrai a haste que puxa a parte móvel para fora de sua sede, aumentando a abertura. passagem de piloto tanque 7 kgf/cm2 tanque 14 kgf/cm2 21 kgf/cm2 condição normal tamanho de orício normal haste bimetálica ou de alumínio haste expandida com temperatura aumentada tamanho de orício diminuído Tecnologia Hidráulica Industrial 96 Parker Hannifin Ind. Com. Ltda. Jacareí, SP - Brasil Training É muito difícil projetar e fabricar um orifício deste tipo, porque as características do orifício devem cair dentro de certos limites matemáticos, e o orifício deve ser usinado com precisão, além de possuir tolerâncias muito apertadas. Alguns fabricantes ainda utilizam o método de haste bimetálica ou de alumínio na compensação de temperatura, por causa desta dificuldade. A taxa de fluxo para o fluido frio, com o orifício maior, é a mesma que a taxa de fluxo através do orifício nor- mal, antes de resfriado. Portanto, o fluxo não é afetado pela diminuição de temperatura. Compensação de Temperatura num Orifício de Canto Vivo Experimentos em laboratório mostraram que quando o líquido passa através de um orifício de formas bem definidas, com canto vivo, a taxa de fluxo não é afetada pela temperatura. A maneira pela qual o líquido sofre um cisalhamento, enquanto se move sobre o canto vivo, é de tal caráter que ele na realidade cancela ou neutraliza o efeito da viscosidade do fluido. A razão porque isso ocorre não é compreendida claramente, mas o seu efeito é o de um controle muito preciso. Válvula Controladora de Fluxo com Temperatura e Pressão Compensadas A compensação de temperatura, usando-se um orifício de canto vivo, é uma compensação do tipo não-móvel que desconsidera os efeitos da temperatura acima de um dado limite. Válvula Controladora de Fluxo com Temperatura e Pressão Compensadas no Circuito No circuito ilustrado, uma válvula controladora de vazão com pressão compensada controlará efetivamente a velocidade de operação do cilindro enquanto a temperatura permanecer a 50°C constantes. com temperatura diminuída tamanho de orício aumentado haste contraída orifício com canto vivo A B área do pistão 20cm2 velocidade da haste 600 cm/min. 20 litros/min. 12 8 8