introdução a hidraulica

introdução a hidraulica

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Introdução à hidráulica Prof. Edir dos Santos Alves (FengPUC - RS)

1 - Simbologia

Os componentes hidráulicos são representados por símbolos para facilitar o desenho de circuitos hidráulicos. Na maioria da bibliografia liga à indústria os símbolos são baseados em normas conforme a nacionalidade da publicação, mas, em geral é usada a norma ISO 1219.

O objetivo dos símbolos é mostrar o tipo ou função da conexão de componentes e trajetórias de fluidos. Símbolos básicos podem ser combinados para formar um símbolo composto. Eles não dão a indicação do tamanho e não são orientados numa direção particular.

Onde um elemento de controle é mostrado sobre um componente este não representa a sua localização física verdadeira. É usual representar os símbolos em sua condição de não funcionamento, parado.

Uma seta transversal sobre um elemento hidráulico indica ajuste ou variação.

Uma linha cheia representa uma linha de fluxo, ela não dá uma indicação da pressão na linha. Pode ser uma linha de sucção, pressão ou retorno ao tanque.

Uma linha de drenagem é aquela que representa uma tomada do elemento para que o fluido retorne para o reservatório, é representa por linha tracejada com traço curto.

Uma linha piloto, ou seja, que é usada para transmitir um sinal de pressão de um ponto a outro com vazão mínima é representada com linha tracejada com traço longo.

Na maioria das vezes as linhas de drenagem e piloto não são diferenciadas, porque são facilmente identificadas devido às suas aplicações. Uma linha de drenagem sempre tem uma representação do reservatório.

Uma válvula de retenção consiste de uma esfera ou carretel que é mantida fechada pela ação de uma mola. Verificar representação.

Caso a pressão que a válvula de retenção deverá abrir seja crítica para o funcionamento do circuito, a mola que mantém a válvula de retenção fechada deverá ser representada.

A válvula de retenção pode ser pilotada remotamente. Neste caso o piloto é usado para retirar do assento a esfera e permitir a passagem de fluido no sentido normalmente fechado da válvula. A válvula é conhecida como válvula de retenção pilotada.

Similarmente, o piloto pode ser empregado para evitar que a válvula abra.

Válvulas de controle direcional são representadas com uma quantidade de retângulos; se existirem dois retângulos a válvula tem dois estágios ou posições que ela pode assumir.

A representação da linha da tubulação de trabalho deve ser representada em apenas um dos retângulos; ela é representada naquela posição em que a válvula fica inoperante. Uma válvula com duas tomadas tem duas conexões e pode ser aberta ou fechada. Observar as duas formas de representação.

Efetuando a combinação das duas e fazendo que uma mola mantenha a válvula aberta, teremos uma representação como mostrado na figura abaixo .

Uma forma mais conhecida de uma válvula de controle direcional é com quatro tomadas.

As tomadas (ou portas ou orifícios) são representadas por letras: P é o fornecimento ou pressão; T é retorno ou tanque; A e B são as tomadas de trabalho. No retângulo da esquerda P está conectado com A e B ao T, este é muitas vezes designado como "posição paralela". No lado direito do retângulo, P está conectado com B e A com T; isto inverte a conexão e é algumas vezes chamado de "posição cruzada". Para visualizar a operação de uma válvula de controle direcional imagine a tubulação de trabalho permanecendo fixa e a os retângulos efetuando movimento.

As válvulas direcionais podem ser operadas manualmente, mecanicamente, eletricamente, pneumaticamente ou hidraulicamente. O método de operação é mostrado na extremidade lateral do retângulo ao qual a válvula é operada, embora isto não represente uma posição física.

Uma válvula para controle de pressão pode ser normalmente aberta ou normalmente fechada. Uma válvula de controle de pressão é representada através de um único retângulo com uma passagem sobre ela. A condição de normal aberta ou fechada dependerá da função da válvula.

Uma mola ajustável mantém a válvula de controle de pressão em sua condição normal. Um sinal piloto atua contra a mola para mudar o estado da válvula quando a pressão piloto excede o valor de ajuste fixado na válvula pela mola de controle. O piloto pode ser estar localizado internamente ao corpo da válvula, ou de uma fonte remota.

Uma válvula de controle de fluxo é mostrada como uma restrição na linha de fluxo. Se o controle do fluxo é ajustável, o mesmo é indicado por uma seta transversal. As mesmas podem controlar o fluxo em apenas uma direção; ou ter a capacidade de efetuar o controle do fluxo independente da pressão e viscosidade, chamada de válvula de controle de fluxo compensada.

Bidirecional

Unidirecional

Controle de Fluxo Compensada

Um símbolo formado por um circulo representa uma unidade rotacional (bomba hidráulica ou motor hidráulico). Um triângulo preenchido mostra a direção que o fluido escoa, para fora da unidade é uma bomba e para dentro é um motor.

Bomba hidráulica unidirecional de deslocamento fixo

Bomba hidráulica reversível com deslocamento variável

Motor hidráulico unidirecional de deslocamento fixo

Motor elétrico e motor térmico

Um cilindro hidráulico é representado como corpo do cilindro, pistão e haste.

Amortecedores são colocados nos cilindros para suavizar as paradas ao atingirem suas posições extremas e são representados junto com o pistão.

Cilindro de dupla ação sem amortecimento

Simbologia simplificada

Cilindro de dupla ação com amortecimento

Simbologia simplificada

Acessórios de condicionamento são representados através de losangos regulares.

Filtro sem desvio

Filtro com desvio

Resfriador

Aquecedor

Rotâmetro Pressostato

Estes são alguns símbolos mais empregados. Uma vez que os princípios básicos estão entendidos,a a função do elemento que eles representam será facilmente identificada, especialmente quando considerado no contexto de um circuito específico. Fabricantes de equipamentos hidráulicos modificam e combinam os símbolos padronizados para indicar mais corretamente a operação de seus produtos.

2 - Fluidos hidráulicos

O fluido hidráulico, numa instalação hidráulica tem como função principal, transmitir forças e movimentos.

Através das várias possibilidades de utilização e aplicação dos acionamentos hidráulicos, exigem-se outras funções e propriedades dos fluidos hidráulicos.

Como não existe fluido hidráulico ideal para todos os campos de utilização, é necessário considerar características específicas na sua escolha. Só assim é possível uma operação econômica e sem falhas.

2.1 - Requisitos dos fluidos hidráulicos

O fluido hidráulico deve estar em condições de umedecer as peças móveis com uma película de lubrificação que não se rompa. A película de lubrificação poderá romper-se devido à pressões altas, alimentação insuficiente de óleo, baixa viscosidade e movimentos lentos ou muito rápidos de deslizamento. A conseqüência é desgaste por engripamento.

Além do desgaste por engripamento, poderá haver ainda desgaste por abrasão, por fadiga e por corrosão.

O desgaste por abrasão ocorre quando os fluidos hidráulicos estão sujos, não filtrados convenientemente, contaminados com partículas sólidas (por ex. abrasão por metais, carepa, areia etc.) ao separarem as peças deslizantes entre si. Do mesmo modo as partículas estranhas poderão ser transportadas por altas velocidades do fluido, e causarem abrasão nos componentes.

Através da cavitação pode-se alterar a estrutura nos componentes, levando-os ao desgaste por fadiga. Desgaste profundo poderá ocorrer nos mancais das bombas, através da contaminação do fluido hidráulico com água.

Através de paradas prolongadas da instalação hidráulica, e utilização de fluidos hidráulicos não apropriados, poderá ocorrer desgaste por corrosão. Forma-se a ferrugem por atuação da umidade sobre as áreas de deslizamento, e isto conduz ao desgaste acentuado dos componentes.

2.2 - Viscosidade

Como viscosidade entende-se a propriedade de um fluido hidráulico, à resistência contra o deslocamento laminar de duas camadas vizinhas do fluido hidráulico.

A característica mais importante na escolha de um fluido hidráulico, é a viscosidade. Ela não caracteriza a qualidade de um fluido hidráulico, mas define o seu comportamento numa determinada temperatura de referência. Para a escolha de componentes hidráulicos, é importante considerar os valores máximos e mínimos de viscosidade, indicados nos catálogos dos fabricantes de componentes hidráulicos, devido ao limite de capacidade dos mesmos.

O fluido hidráulico também não deve, mesmo num extenso campo, ficar mais "viscoso" ou "menos viscoso", no caso de variações de temperatura, caso contrário iria variar a vazão em pontos de estrangulamento (alteração da velocidade dos consumidores).

Fluidos hidráulico com alto índice de viscosidade são necessários sobretudo em utilizações sujeitas à altas variações de temperatura, como máquinas de trabalho móbil, veículos e aviões.

A viscosidade de fluidos hidráulicos altera-se com o aumento da pressão. Nas pressões acima de 200 bar esta propriedade precisa ser observada no planejamento de instalações hidráulicas. Com aproximadamente 400 bar já pode ser alcançado um valor dobrado da viscosidade.

2.3 - Características importantes

A seguir, serão destacadas as qualidades e exigências para um fluido hidráulico num sistema hidráulico "exigente".

Compatibilidade com materiais: O fluido hidráulico deve apresentar uma alta compatibilidade com outros materiais utilizados em instalações hidráulicas, como materiais para mancais, vedações, pinturas etc. Este também é o caso, que o fluido hidráulico esteja vazando da instalação hidráulica, e entre em contato com outras partes como cabos elétricos, peças mecânicas etc.

Resistência contra solicitação térmica: O fluido hidráulico poderá aquecer-se durante a operação da instalação (se possível não acima de 80ºC). Nos tempos de parada o fluido hidráulico esfria novamente. Estes processos repetidos influem sobre a vida útil do fluido hidráulico. Por isso em muitas instalações, a temperatura de operação do fluido hidráulico, é mantida constante com trocadores de calor (aquecimento e/ou resfriamento).

A vantagem é uma curva característica de viscosidade estável e uma maior vida útil do fluido hidráulico. Como desvantagens devem ser citadas aqui os maiores custos de aquisição e operação (energia para aquecimento e água/ar para o resfriamento).

Resistência à oxidação: O processo de envelhecimento de óleos minerais sofre a influência do oxigênio, calor, luz e catalização. Um óleo mineral com alta resistência ao envelhecimento, possui inibidores de oxidação que evitam uma rápida recepção do oxigênio. Um aumento na recepção do oxigênio favorecerá adicionalmente a corrosão de peças construtivas.

Cobre, chumbo, bronze, latão e aço, tem efeito catalítico especialmente alto e influem sobre a vida do fluido hidráulico.

Estes materiais ou combinações de materiais encontram-se muitas vezes nos elementos construtivos hidráulicos.

Baixa compressibilidade: o ar solúvel transportado num fluido hidráulico condiciona a compressão da coluna do fluido hidráulico. Esta característica tem influência na precisão de acionamentos hidráulicos. Nos processos de comando e regulação, a compressibilidade influi nos tempos de resposta. Se grandes volumes sob pressão forem abertos rapidamente, ocorrem golpes de descarga na instalação. A compressibilidade do fluido hidráulico, o mesmo aumenta com temperatura ascendente e diminui com pressão ascendente.

Como valor teórico para óleo mineral, para cálculos práticos, pode-se adotar um fator de compressibilidade de 0,7 a 0,8% por 100 bar. Para o fluido "água" pode-se adotar um fator de 0,45% por 100 bar.

A compressibilidade sobe consideravelmente, quando é transportado ar não solubilizado (bolhas de ar). Através de tamanho incorreto do reservatório e construção errada do reservatório, bem como tubulação inadequada, o ar não solubilizado não consegue separar-se do fluido hidráulico, e com isto piora o fator de compressibilidade consideravelmente.

Baixa expansão por temperatura: Se o fluido sob pressão atmosférica for aquecido, aumenta o seu volume. Nas instalações com grande volume de preenchimento, a temperatura posterior de operação da instalação, deverá ser considerada.

Exemplo: O volume do óleo mineral cresce em 0,7% a cada 10ºC de aumento de temperatura.

Baixa formação de espuma: Pequenas bolhas de ar ascendente poderão formar espuma na superfície do reservatório. Através de uma correta montagem das tubulações de retorno no reservatório, e através de correta construção do reservatório, por ex. com chicanas (divisórias), pode-se minimizar a formação de espuma. Os óleos minerais possuem aditivos químicos que reduzem a capacidade de existirem espuma. A tendência na formação de espuma do fluido hidráulico aumenta através do envelhecimento, contaminação e água condensada.

Se a bomba succionar óleo espumante, poderão ocorrer pesadas falhas no sistema, e a rápida danificação da bomba.

Baixa absorção de ar e boa eliminação de ar: O fluido hidráulico se possível, deve absorver e transportar pouco ar, mas eliminar rapidamente o ar absorvido. Aditivos químicos favorecem grandemente esta exigência. A capacidade de eliminação do ar piora com o aumento de temperatura do fluido hidráulico.

Alto ponto de ebulição e baixa pressão de vapor: Quanto mais alto for o ponto de ebulição do fluido hidráulico utilizado, tanto maior poderá ser a temperatura máxima de operação da instalação.

0,9g/cm

Alta densidade: Como densidade de um fluido hidráulico, entende-se a relação de sua massa para o seu volume. Preferivelmente a densidade deveria ser alta, para transmitir uma potência maior com o mesmo volume do fluido hidráulico. Em acionamentos hidrostáticos esta consideração é menos importante do que nos acionamentos hidrodinâmicos. A densidade dos óleos minerais está entre 0,86 e

A densidade é necessária para a conversão da relação (viscosidade/densidade) viscosidade cinemática para a viscosidade dinâmica, ou vice-versa.

Boa condutibilidade térmica: O calor gerado nas bombas, válvulas, motores, cilindros e tubulação, deverão ser transportados para o reservatório pelo fluido hidráulico. O reservatório irradia parcialmente o calor gerado para o ambiente, através das paredes do mesmo. Se as superfícies de irradiação não forem suficientes, precisam ser previstos adicionalmente trocadores de calor (resfriadores) na instalação, para evitar superaquecimento da instalação e do fluido hidráulico.

Não ser higroscópio (não atrair umidade): Em instalações, que operam com óleos minerais, precisa-se cuidar que o óleo permaneça isento de água, porque podem ocorrer falhas que levam à parada da instalação. A água poderá invadir através das vedações dos cilindros e eixos, através de trocadores à água não estanques e umidade do ar condensada nas paredes do reservatório. Também no preenchimento do reservatório, poderá estar contido no tambor do fluido hidráulico, a água condensada. Se o teor de água for maior que 0,2% do volume total, precisa ser feita a troca do fluido hidráulico. Uma separação da água do fluido hidráulico, poderá ser realizada com o auxílio de separadores ou centrífugas, durante a instalação em funcionamento (principalmente em grandes instalações).

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