apostila hidraulica pneumatica
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAOTECNOLGICA DO CEARREA DE INDSTRIALABORATRIO DE HIDRULICA E PNEUMTICA
APOSTILA DE HIDRAULICAE PNEUMTICA
Prof. Doroteu Afonso C. Pequeno
2006
http://sequencia2.pps/ -
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Acionamentos Hidrulicos e Pneumticos_____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________Prof. Doroteu Afonso Coelho Pequeno Cefet Ce Laboratrio de Hidrulica e Pneumtica
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Esta apostila objetiva guiar os alunos da disciplina Acionamentos
Hidrulicos e Pneumticos do curso de Mecatrnica do Centro Federal de
Educao Tecnolgica do Cear CEFET, sem contudo dispensar a
bibliografia recomendada.
Fortaleza, novembro de 2006
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NDICE
CAPTULO 1 - INTRODUO ..................................................................................................... 3
CAPTULO 2 - EQUIPAMENTOS BSICOS .............................................................................. 92.1 Compressores: ........................................................................................................................... 9
2.2 Bombas hidrulicas ................................................................................................................. 13
2.3 Fluidos Hidrulicos. ................................................................................................................ 28
2.4 Equipamentos de tratamento do ar .......................................................................................... 39
2.5 Atuadores:................................................................................................................................ 44
2.6 Vlvulas: .................................................................................................................................. 54
2.7 Acumuladores .......................................................................................................................... 74
2.8 Sensores: .................................................................................................................................. 79
2.9 Simbologia dos componentes eletrohidrulicos e eletropeumticos. ...................................... 79
2.10 Simbologia da linguagem LADDER .................................................................................... 81
CAPTULO 3 - CIRCUITOS HIDRULICOS E PNEUMTICOS............................................ 82
3.1 Estrutura dos circuitos ............................................................................................................. 82
3.2 Comandos bsicos ................................................................................................................... 84
3.3 Circuitos Regenerativos ........................................................................................................... 94
3.4 Circuitos com Motores ............................................................................................................ 97
3.5 Circuitos em srie .................................................................................................................... 98
3.6 Servosistemas Hidrulicos..................................................................................................... 101
3.7 Circuitos Combinacionais ..................................................................................................... 106
3.8 Circuitos sequenciais ............................................................................................................. 117
CAPTULO 4 - ELETROPNEUMTICA .................................................................................. 146
4.1 Emprego de rels ................................................................................................................... 146
4.2 Circuitos combinacionais ...................................................................................................... 1484.3 Circuitos Seqenciais ............................................................................................................ 149
CAPTULO 5 - ACIONAMENTOS ATRAVS DE CLPS ...................................................... 160
5.1 Exemplo de uso do temporizador .......................................................................................... 162
5.2 Comando bimanual de segurana .......................................................................................... 163
5.3 Exemplo de uso do contador incremental ............................................................................. 163
5.4 Programa para comando de um manipulador pneumtico .................................................... 165
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 168
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Captulo 1 - INTRODUO
A aplicao de pneumtica e hidrulica em automao tem se dado de forma
concreta em funo das inmeras vantagens que ambas propiciam, com ganhos
considerveis sobre outras tecnologias. So aplicadas em diversos ramos de
atividades, sobretudo na indstria, cada uma com um campo de atuao bem
definido. Vejamos nos quadros abaixo algumas caractersticas tcnicas e
comparaes com outras tcnicas de acionamentos.
Tcnicas Pneumtica Hidrulica Eltrica/eletrnic
a
Fora Pequena Grande Pequena
Torque Pequeno Grande Grande
Movimento linear Fcil
obteno, alta
velocidade
Fcil
obteno,
mdia
velocidade
Obteno
complexa
Movimento rotativo Altas rotaes
(50.000 rpm)
Mdias
rotaes
Mdias rotaes
Regulagem fora e
velocidade
Ruim Boa Excelente
Acmulo e
transporte de
energia
Possvel e
fcil
Possvel, mas
difcil
Fcil
Sensibilidade ao
ambiente
Praticamente
insensvel
Sensvel Sensvel
Custo da energia Mdio Alto Baixo
Riscos de manuseio Baixo Mdio Alto
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Sistemas Hidrulicos e Pneumticos
Os sistemas hidrulicos e pneumticos so compostos de equipamentos tais como
cilindros, motores, vlvulas, chaves de fim de curso, sensores, rels, sinalizadores,
microcontroladores, CLPs, etc., inter-relacionados, a fim de que os atuadores
(cilindros e motores) executem uma funo prestabelecida, comandados pelos
outros equipamentos descritos.
Sistemas PneumticosAs vantagens e limitaes dos sistemas pneumticos so decorrentes basicamente
da compressibilidade e da baixa viscosidade do ar
Vantagens:
- Matria prima abundante e de baixo custo;- Facilidade no transporte e armazenamento de energia;- No poluente;
- Resistente a ambientes hostis;- Segurana;- Boa velocidade dos atuadores;- Auto proteo contra sobrecargas.
Limitaes:
- Economicamente invivel para presses acima de 20 kgf/cm2;- Escape ruidoso;- Pequenas foras;
- Requer tratamento inicial do ar;- Controle de velocidade impreciso.
Sistemas HidrulicosVantagens:
- Grandes presses e foras.- Possibilidade de variaes micromtricas de velocidade.- Autolubrificao.- Permitem uma rpida e suave inverso dos movimentos, devido a baixa inrcia.
Desvantagens:
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- Alto custo.- Baixo rendimento (atritos, transformao de energia, vazamentos internos).- Sensvel s variaes de temperatura (variao da viscosidade, risco de incndio).
Classificao dos sistemas hidrulicos de acordo com a presso:
0 a 14 bar 0 a 203,10 psi Baixa presso14 a 35 bar 203,10 a 507,76 psi Mdia presso35 a 84 bar 507,76 a 1218,62 psi Mdia-alta presso84 a 210 bar 1218,62 a 3046,56 psi Alta pressoAcima de 210 bar Acima de 3046,56 psi Extraalta presso
Exemplos de aplicaes:
- Ferramentas manuais.
- Mquinas - ferramentas.
- Prensas.
- Talhas, guinchos, empilhadeiras, etc.
- Mancais aeroestticos e hidrostticos.
-
Transmisses hidrostticas.- Ferramentas de estampo e corte.
- Ferramentas odontolgicas.
- Equipamentos de pintura industrial.
- Equipamentos de injeo.
Possibilidades de aplicao:
- Movimentar.
- Girar.
- Transpor.
- Prender.
- Empilhar.
- Elevar.
- Abrir / Fechar.
Tcnicas de acionamento:
- Pneumtica / hidrulica pura.
- Eletropneumtica / eletrohidrulica.
- Atravs de CLP.
Tcnica empregada x flexibilidade
Tcnica empregada Flexibilidade
PNEUMTICA PURA BAIXA.
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ELETROPNEUMTICA MDIA
ATRAVS DE CLP ALTA
-PNEUMTICA/HIDRULICA PURA:
So empregados apenas componentes de comando manual ou por presso piloto, o
que torna o sistema extremamente limitado mas, por outro lado, o isenta de
perturbaes ou falhas da rede eltrica.
Exemplo de circuito pneumtico puro:
-ELETROPNEUMTICA/ELETROHIDRULICA:
So empregados componentes de comando manual, por presso piloto e eltrico, oque d ao sistema uma flexibilidade razovel mas, ainda de custo relativamente
alto.
Exemplos de circuitos eletropneumticos:
1. Controle de velocidade de uma furadeira pneumtica:
ESQUEMA FSICO ESQUEMA PNEUMTICO
A
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2. Circuito seqencial -A+ B+ A - B- ...
A B
-ATRAVS DE CLP:
a1
A
PEA
a1
a0
y2
Circuito Eltrico
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So empregados componentes de comando manual, por presso piloto e eltrico,
mas em menor nmero, haja vista que grande parte destes so substitudos pelo
CLP que, atravs de software executa funes de rel, temporizador, contador,
chaves, etc., o que d ao sistema uma grande flexibilidade com um custorelativamente baixo.
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Captulo 2 - EQUIPAMENTOS BSICOS
2.1 Compressores:
simbologia
Classificao:
a. Quanto ao princpio de funcionamento:
-Compressores de deslocamento positivoFaz a compresso atravs da reduo do volume de ar. O fornecimento (fluxo) de
ar intermitente durante o funcionamento do compressor, j que o ar
primeiramente comprimido e s depois descarregado. Podem ser:
- Rotativos: de palhetas, de parafusos, de anel lquido, etc.- Alternativos:de mbolo, de diafragma, etc
-Compressores de deslocamento dinmicoNeste tipo de compressor o ar acelerado adquirindo assim elevada energia
cintica. Posteriormente feita a transformao da energia cintica em energia de
presso, atravs da utilizao de um difusor (bocal divergente).
Caracterizam-se por manter um fluxo de ar constante durante o funcionamento. Por
este princpio funcionam os chamados turbo compressores, tais como os de fluxo
radial e os de fluxo axial.
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b. Quanto ao regime de trabalho:
- Fluxo contnuo: compressores de deslocamento dinmico.- Fluxo intermitente: compressores de deslocamento positivo
2.1.1 Regulagem de capacidade
Funo: manter a presso de trabalho do compressor dentro de uma faixa pr-estabelecida.
Tipos:
- Partida e parada automticas do motor eltrico.
- Fechamento total da admisso.
- Fechamento parcial (estrangulamento) da admisso.
- Descarga para a atmosfera.
- Realimentao do ar comprimido.
- Variao do rendimento volumtrico- Variao da rotao do motor de acionamento.
- Alvio nas vlvulas de admisso.
- Mtodos combinados.
Partida e parada automticas do motor eltrico
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Fechamento total da admisso Fechamento parcial (estrangulamento) daadmisso
Descarga para a atmosfera Realimentao do ar comprimido
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2.2 Bombas hidrulicas
Classificao, segundo o deslocamento:
Bombas de deslocamento constante:Engrenagens;Palhetas;Parafusos;Pistes Axiais;Pistes Radiais;
Bombas de deslocamento varivel:Palhetas;Pistes Axiais;
Pistes radiais;
Classificao, segundo a construo:
Bombas de rotores mltiplos:Bomba de engrenagens externasBomba de engrenagens internasBomba de lbulosBomba de parafusos
Bombas de rotor nico:Bomba de palhetasBomba de pistes radiaisBomba de pistes axiais
Bomba de cavidade progressiva
Simbologia:
deslocamento constante e com um sentido de fluxo
deslocamento constante e com duplo sentido de fluxo
deslocamento varivel e com um sentido de fluxo
deslocamento varivel e com duplo sentido de fluxo
Tipo de bomba Presso (bar) Vazo max.(L/min)de at
Engrenagens 40 300 300Parafusos 50 140 100Palhetas 40 175 300Pistes axiais 200 350 500Pistes radiais 350 650 100Centrfuga * 5 20 3000
* No empregada em circuitos oleodinmicos, devido baixa presso.
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2.2.1 Bombas de Deslocamento Positivo
Podem ser de vazo constante ou varivel.
As bombas de deslocamento positivo podem ser: alternativas (pistes axiais) e rotativas
(pistes radiais). Nas bombas alternativas o lquido recebe a ao das foras diretamente de um
pisto ou mbolo (pisto alongado) ou de uma membrana flexvel (diafragma). Nas bombas
rotativas, por sua vez, o lquido recebe a ao de foras provenientes de uma ou mais peas dotadas
de movimento de rotao que comunicam energia de presso provocando escoamento. Os tipos
mais comuns de bombas de deslocamento positivo rotativas so a bomba de engrenagens, bomba
helicoidal, de palhetas e pisto giratrio.
A caracterstica principal desta classe de bombas que uma partcula lquida em contato
com o rgo que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetria que a do ponto do
rgo com o qual esta tem contato.
As bombas alternativas, tambm chamadas bomba de mbolo ou bombas recprocas, fazem
parte das bombas volumgenas, pois nelas, o lquido,pelas condies provocadas pelo deslocamento
do pisto, enche espaos existentes no corpo da bomba ( cmaras ou cilindros). Em seguida, o
lquido expulso pela ao do movimento do pisto, que exerce foras na direo do prprio
movimento do lquido.
No curso da aspirao, o movimento do mbolo (plunger) ou pisto tende a produzir o vcuo
no interior da bomba, provocando o escoamento do lquido existente num reservatrio graas
presso a reinante (geralmente a atmosfera) e que superior existente na cmara da bomba.
essa diferena de presses que provoca a abertura de um vlvula de aspirao e mantm fechada a
de recalque.
No curso da descarga, o mbolo exerce foras sobre o lquido, impelindo-o para o tubo de
recalque, provocando a abertura da vlvula de recalque e mantendo fechada a de aspirao.
V-se que a descarga intermitente e que as presses variam periodicamente em cada ciclo.
Essas bombas so auto-escorvantes e podem funcionar como bombas de ar, fazendo vcuo se no
houver lquido a aspirar.
As bombas de pistes radiais, oscilatrios ou rotativos de descarga varivel constam de um
tambor excntrico ou rotor contendo orifcios cilndricos onde so colocados os pistes e que gira
no interior de uma caixa em torno de um piv distribuidor fixo.
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Ao girar o rotor, a fora centrfuga mantm os pistes em contato com a parte cilndrica
interna da carcaa. Quando um pisto se aproxima do centro, descarrega lquido no piv distribuidor
central, e quando se afasta, forma o vcuo necessrio para a aspirao.
Os canais de aspirao e recalque no piv distribuidor so independentes, operando em
sincronia com o rotor.
Alterando-se a excentricidade do rotor, consegue-se a variao de descarga desejada.
2.2.2 BOMBA DE PISTES
2.2.2.1 Princpio de funcionamento
Todas as bombas de pistes operam baseadas no princpio de que, se um pisto produz
um movimento alternado dentro de um tubo, puxar o fluido num sentido e o expelir no sentido
contrrio.
Os dois tipos bsicos so o radiale o axial, sendo que ambos apresentam modelos de
deslocamentos fixos ou varivel. Uma bomba de tipo radial tem os pistes dispostos radialmente
num conjunto, ao passo que, nas unidades de tipo axial, os pistes esto em paralelo entre si bem
como ao eixo do conjunto rotativo. Existem duas verses para este ltimo tipo: em linha com placa
inclinada e angular.
2.2.3 Bomba de pistes radiais
Neste tipo de bomba, o conjuntogira em um piv estacionrio por dentro de um
anel ou rotor. Conforme vai girando, a fora
centrfuga faz com que os pistes sigam o
contorno do anel, que excntrico em relao
ao bloco de cilindros. Quando os pistes
comeam o movimento alternado dentro de seus furos, os prticos localizados no piv permitem
que os pistes puxem o fluido do prtico de entrada quando os pistes so forados pelo contornodo anel, em direo ao piv.
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O deslocamento de fluido depende do tamanho e do
nmero de pistes do conjunto, bem como do curso dos mesmos.
Existem modelos em que o deslocamento de fluido pode variar,
modificando-se o anel para aumentar ou diminuir o curso dos
pistes. Existem, ainda, controles externos para esse fim.
Figura 1 Bomba de Pistes Radiais
2.2.4 Bomba de pistes axiais
So classificadas em funo do tipo de acionamento, a saber: Eixo inclinado, Disco (placa)
inclinado ou Placa de balano
2.2.5 Eixo inclinado
Um tambor de cilindro gira de encontro a uma placa entalhada que conecta os pistes aos
portos de entrada e sada. Neste tipo de bomba, o bloco de cilindros unido ao eixo atravs de uma
ligao universal. A ao de bombeamento a mesma de uma bomba com a placa alinhada ao eixo.
O ngulo de inclinao em relao ao eixo determina a vazo desta bomba, assim como o ngulo da
placa guia determina a vazo da bomba com eixo alinhado. Nas bombas de vazo fixa, o ngulo
constante.
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Figura 2 Bomba de Pistes Axiais com eixo inclinado
2.2.6 Disco inclinado
Neste modelo de bomba , o eixo e o bloco de cilindros esto alinhados. O movimento
alternado dos pistes causado por uma placa guia inclinada. O eixo movimenta o bloco de
cilindros, que carrega os pistes em torno do eixo. As sapatas do pisto deslizam de encontro
placa e so fixadas a ela por uma placa da sapata. A inclinao da placa faz com que os cilindros
alternem em seus furos. No ponto onde um pisto comea a retrair, ocorre um aumento de volume e
conseqentemente a criao de um vcuo, succionando o lquido que passa atravs de um rasgo
feito no disco estacionrio com um comprimento quase igual metade de um arco. Existe uma reaslida no disco estacionrio entre o entalhe de entrada e de sada, pois no momento em que o pisto
se move sobre esse local, ele est inteiramente retrado. Quando o pisto comea a estender, o
tambor de cilindro se move sobre o rasgo de sada do disco estacionrio, e o leo forado para a
descarga.
Deslocamento. O deslocamento da bomba depende do furo e do curso do pisto e do nmero de
pistes. O ngulo da placa determina o curso, que pode variar mudando o ngulo de inclinao. Na
unidade de ngulo fixo, uma placa guia estacionria na carcaa. Em uma unidade varivel, montada em um garfo, de modo que possa girar sobre pinos. Os controles diferentes podem ser
unidos aos pinos para variar o fluxo da bomba de zero ao mximo. Com determinados controles, o
sentido do fluxo pode ser invertido balanando um garfo aps o centro. Na posio central, uma
placa guia perpendicular ao cilindro, e no h nenhum movimento do pisto, conseqentemente
nenhum leo bombeado.
Figura 3 - Bomba de Pistes Axiais com disco inclinado
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2.2.7 Placa de Balano
Esta uma variedade da bomba de pisto com placa inclinada. Neste projeto, um tambor
de cilindro no gira; uma placa balana enquanto gira e ao balanar, empurra os pistes dentro e
fora das cmaras em um tambor de cilindros estacionrio.
Figura 4 - Bomba de Pistes Axiais com placa de balano
2.2.8 BOMBAS ROTATIVAS
Na classificao geral das bombas, as bombas rotativas foram includas entre as
chamadas de deslocamento positivo ou volumgenas . Em contraposio s bombas
rotodinmicas (turbobombas), alguns autores as designam pelo nome de bombas rotoestticas, ou de
movimento rotatrio. Seu funcionamento bsico o de qualquer bomba de deslocamento positivo
exposto em bombas de destacamento positivo.
Existe uma grande variedade de bombas rotativas que encontram aplicao no
apenas no bombeamento convencional, mas principalmente nos sistemas de lubrificao, nos
comandos, controles e transmisses hidrulicas e nos sistemas automticos com vlvulas de
seqncia.
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Teoricamente so mquinas hidraulicamente reversveis recebendo o liquido de outra
fonte, podem comunicar movimento de rotao ao eixo, da poderem funcionar nos circuitos que
acabamos de mencionar. Recebem ento o nome de motores hidrulicos.
So empregadas para lquidos de viscosidade at mesmo superior a 50.000 SSU. Os
leos de elevada viscosidade, em geral, so aquecidos para serem bombeados com menores perdas
de escoamento nos encanamentos e, portanto, com menor consumo de energia.
As bombas rotativas so, via de regra, auto-aspirantes e adequadas a servios com altura
esttica de aspirao relativamente elevada.
2.2.9 Bombas de um s rotor
2.2.9.1 Bombas de paletas deslizantes ( sliding-vane pumps).
As de palhetas deslizantes so muito usadas para alimentao de caldeiras. So auto-
aspirantes e podem ser empregadas tambm como bombas de vcuo. Nos comandos hidrulicos,
bombeiam leo at presses da ordem de 175Kgf/cm2 mas em geral a presso obtida com as
bombas de palhetas varia de 7 a 20 Kgf/cm2.
Giram com rotaes entre 20 e 500 rpm, e as vazes podem variar de 3 a 20m3 /h
havendo bombas com razes at maiores.
As palhetas deslocam-se no interior de ranhuras de um cilindro giratrio e so trocadas
com facilidades, quando gastas.
As bombas de palhetas podem ser de duas modalidades:
De descargas constantes (Fig. 1). So de uso geral e as mais comuns.
De descarga varivel. Usadas em circuitos oleodinmicos. As bombas RACINE de
vazo varivel fornecem, automaticamente, apenas quantidades de leo necessria e suficiente
para operar o circuito ao qual esto inseridos. Utilizam para isso um compensador de presso capaz
de controlar a presso mxima do sistema. O volume da bomba modificado automaticamente para
suprir a vazo exata requerida pelo sistema. Durante a variao do volume da bomba , a presso
permanece virtualmente constante, com o valor para o qual o compensador foi regulado.Dispensam-
se assim vlvulas de alvio, de descarga e by-pass, comumente usados para controlar os excessos de
leo.
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Figura 5 - Palhetas deslizantes no rotor
2.2.9.2 Bombas de palheta no estator (external vane pump)
Possuem um cilindro giratrio elptico que desloca uma palheta que guiada por
uma ranhura na carcaa da bomba. O peso prprio da palheta, auxiliado pela ao de
uma mola, faz com que a palheta mantenha sempre contato com a superfcie do rotor
elptico, proporcionando com o escoamento, conforme indica a Figura 6.
Figura 6 - Palhetas deslizantes no estator
2.2.9.3 Bombas de palhetas flexveis (flexible vane pumps)
O rotor possui ps de borracha de grande flexibilidade, que, durante o
movimento de rotao, se curvam, permitindo que entre cada duas delas seja conduzido um volume
de lquido da boca de aspirao at a de recalque. Devem girar com baixa rotao, e a presso que
alcanam reduzida (Figura 7). Na parte superior interna da carcaa existe um crescente para evitar
o retorno do lquido ao lado da aspirao.
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Figura 7 -Palhetas Flexveis
2.2.9.4 Bombas de guia flexvel (squeeze bumps ou flexible liner pumps)
Um excntrico desloca uma pea tubular (camisa) tendo em cima uma palheta guiada
por uma ranhura fixa. A Figura 8 mostra o sentido de escoamento do lquido quando o eixo gira no
sentido ante-horrio.
Figura 8 - Guia flexvel
2.2.9.5 Bomba peristltica
A bomba peristltica tambm conhecida como bomba de tubo flexvel (flexible tube
pump). No interior de uma caixa circular , uma roda excntrica, dotada em certos casos de dois
roletes diametralmente opostos ou de trs roletes, comprime um tubo de borracha muito flexvel e
resistente. A passagem dos rolos comprimindo o tubo determina um escoamento pulsativo do
lquido contido no tubo, razo do nome peristltica pelo qual mais conhecida.
Percebe-se que o lquido passa ao longo do tubo sem contato com qualquer parte
da bomba. Por isso, a bomba pode ser usada para lquidos altamente corrosivos, como os cidos
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acticos, clordricos, fosfrico, crmico, sulfrico, ntrico, fluordrico, etc. Usa-se no caso de
banhos eletrolticos de fosfatao e para lixvias, lquidos abrasivos, viscosos, produtos
alimentcios, solues radioativas e lquidas venenosos .
Bombas peristlticas especiais tem sido empregadas na circulao extracorprea do
sangue durante intervenes cirrgicas do corao, funcionando como corao artificial. A bomba
nesse sistema da ordem de 1/6 CV e gira com 150 rpm, variando a velocidade de modo a poder
atender as necessidades ditadas pelo momento conforme as reaes do paciente.
Figura 9 - Bomba de tubo flexvel ou de rolete
2.2.9.6 Bomba de parafuso (single screw pump)
A bomba de parafuso nico ou bomba helicoidal de cmara progressiva,
concebida pelo francs Moireau, consta de um rotor que um parafuso helicoidal que gira no
interior de um estator elstico tambm com forma de parafuso, mas com perfil de hlice dupla. Esse
tipo de bomba apresentado na Figura 10.
A bomba de parafuso inventada por Arquimedes (287 a 212 a.C. ) uma
bomba de um nico helicide executado em chapa e colocado em uma calha aberta inclinada.
Figura 10 - Parafuso
2.2.10 Bombas de mais de um rotor
Faremos referncia aos tipos mais importantes.
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2.2.10.1 Bombas de engrenagens externas
Destinam-se ao bombeamento de substncias lquidas e viscosas lubrificantes ou
no, mas que no contenham particulados ou corpos slidos granulados.
Consideremos as figuras 12 e 13. Quando as rodas giram,o lquido a bombear
penetra no espao entre cada dois dentes que se encontram do lado de aspirao e aprisionado e
conduzido at a boca de recalque da bomba. A comunicao na zona central entre o recalque e a
aspirao se encontra fechada pelo contato entre os dentes que se acham engrenando.
Figura 11 - Bomba de engrenagens externas (esquema simplificado)
Figura 12 - - Bomba de engrenagens externas
Uma pequena quantidade de lquido retido entre a ponta de um dente e o intervalo
entre dois outros, deslocada desde o lado do recalque para o lado da aspirao. Uma outra
quantidade escoa na folga existente entre a caixa e as superfcies laterais dos dentes. Finalmente,
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uma certa quantidade de lquido escoa em virtude de eventuais erros no clculo do passo ou no
traado do perfil dos dentes. Como conseqncia, a descarga, as alturas de aspirao e de recalque
dependem consideravelmente das condies de engreno, das folgas previstas e da presso da
usinagem.
Em bombas de pequeno porte para leo, a transmisso do movimento de um eixo
ao outro se faz pelo engreno das rodas dentadas da prpria bomba, o que sacrifica sua durabilidade,
embora as propriedades do leo atenuem muito o desgaste. Em geral, porm, as rodas so chaveadas
aos eixos, e estes recebem outras rodas dentadas cujo engreno faz as rodas da bomba girarem sem
que seus dentes tenham contato direto. A roda dentada que transmite potncia e a que recebe so
colocadas numa caixa onde se processa adequada lubrificao.
Os dentes podem ser retos ou helicoidais. Quando so helicoidais, ocorre um
esforo longitudinal na ao de engrenamento, paralelamente ao eixo. Pode-se anular esse esforo,
que se transmite a mancais de escora, adotando-se rodas dentadas helicoidais duplas ( Figura 14 ).
Figura 13 - Bomba de engrenagens externas (dentes retos). Figura 14 - Bomba de engrenagens de dentes helicoidaisduplos
Para o bombeamento de lquidos que se solidificam quando no aquecidos, os
fabricantes produzem modelos em que a carcaa da bomba encamisada para poder ser aquecido olquido com gua quente ou, mais comumente, com vapor. Servem para o bombeamento de leos
minerais e vegetais, graxas, melaos, parafinas, sabes, termoplsticos etc. Fabricam-se bombas de
engrenagens para presses de 200 Kgf/cm2 e at maiores.
Vale ressaltar que as rodas dentadas helicoidais duplas (espinha de peixe herring
bone) eliminam o empuxo axial que ocorre nas helicoidais simples (spurgear).
A vazo de uma bomba de engrenagens s pode ser aumentada pelo aumento das
dimenses dos dentes das engrenagens ou do nmero de rotaes. Em geral, os dentes dasengrenagens das bombas desse tipo so em nmero de 6 a 10. A presso gerada sada da bomba
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no costuma ser superior a 25 Kgf/cm2, havendo contudo bombas de engrenagens de dentes retos
que alcanam 210 kgf/cm2.
Figura 15 - Bomba de engrenagens externas (dentes retos). Figura 16 - Bomba de engrenagens de dentes helicoidaisduplos
2.2.10.2 Bomba de engrenagem interna com crescente
Possui uma roda dentada exterior presa a um eixo e uma roda dentada livre interna
acionada pela externa. A cada rotao do eixo da bomba, uma determinada quantidade de lquido
conduzida ao interior da bomba, enchendo os espaos entre os dentes da roda motora e da roda livre
quando passam pela abertura de aspirao. O lquido expelido dos espaos entre os dentes em
direo sada da bomba pelo engrenamento dos dentes numa posio intermediria entre a entrada
e a sada. A Figura 17 mostra esse tipo de bomba, aplicvel ao bombeamento de gua, leo
minerais e vegetais, cidos, lcool,tintas, benzeno, chocolate, asfalto, ter etc. So fabricadas para
presses at 280 kgf/cm2 e vazes de 0,07 l/s at 4 l/s
Figura 17 - Bombas de engrenagens internas com crescente
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2.2.10.3 Bomba de engrenagens internas Tipo Gerotor
A bomba tipo gerotor uma bomba de engrenagem interna com uma engrenagem
motora interna e uma engrenagem movida externa. A engrenagem interna tem um dente a menos do
que a engrenagem externa. Enquanto a engrenagem interna movida por um elemento acionado, ela
movimenta a engrenagem externa maior. De um lado do mecanismo de bombeamento forma-se um
volume crescente, enquanto os dentes da engrenagem desengrenam. Do outro lado da bomba
formado um volume decrescente. Uma bomba tipo gerotor tem um projeto no compensado.
O fluido que entra no mecanismo de
bombeamento separado do fluido de descarga
por meio de uma placa de abertura. Enquanto o
fluido impelido da entrada para a sada, uma
vedao positiva mantida, conforme os dentes
da engrenagem interna seguem o contorno do
topo das cristas e vales da engrenagem externa.
Figura 18 - Bombas de engrenagens internas tipo Gerotor.
2.2.10.4 Bombas de lbulos
As bombas de lbulos tm dois rotores, cada qual com dois ou trs e at quatro
lbulos, conforme o tipo. O rendimento volumtrico das bombas de trs lbulos superior ao das de
dois, e por isso as primeiras so mais usadas.
Figura 19 - Bomba de lbulos duplos
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Os compressores de ar tipo ROOTS possuem rotores de dois lbulos semelhantes aos
da bomba referida. As bombas de lbulos so usadas no bombeamento de produtos qumicos,
lquidos lubrificantes ou no-lubrificantes de todas as viscosidades. . So fabricadas para presses
at 10kgf/cm2, vazes at 360.000 l/h, e temperatura de lquidos de at 200oC.
Existe uma bomba de lbulos, na qual um rotor de trs lbulos se acha no
interior de um rotor de quatro lbulos.
Figura 20 - Bombas de lbulos duplos e triplos
2.2.10.5 Bombas de parafusos
As bombas de parafusos ou de helicides (screw pumps) constam de dois ou trs
parafusos helicoidais, conforme o tipo, e equivalem teoricamente a uma bomba de pisto com
curso infinito. A Figura 21 mostra uma bomba de trs parafusos (three screw pump), com um
parafuso condutor e dois conduzidos. As bombas de parafusos conduzem lquidos e gases sem
impurezas mecnicas e conseguem alcanar presses de at 200 kgf/cm2. Giram com elevada
rotao (at 10.000 rpm) e tm capacidade de bombear de 3 at 300 m3/h . Os dentes no
transmitem movimento para no se desgastarem. O movimento se realiza com engrenagens
localizadas em caixa com leo ou graxa para lubrificao. So silenciosas e sem pulsao.
Figura 21 - Bomba de trs parafusos
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2.2.10.6 Bombas de fuso
Uma das modalidades de bombas de parafuso de grande nmero de aplicaes,
principalmente em indstrias, a bomba de parafuso. O formato e o traado dos dentes helicoidais
retangulares (square therad rotors) caracterizam as bombas de fuso, embora outras bombas de
parafusos com dentes de outros perfis sejam designadas por esse nome.
Graas ao perfil especial das helicides, formam-se cmaras idealmente
vedadas, cujas unidades de volume so movimentadas num fluxo contnuo atravs da rotao dois
fusos, em direo axial, do lado da aspirao para o lado do recalque, sem esmagamento, triturao
ou turbulncia. A Figura 22 mostra uma bomba de dois fusos, para presses at 20 atm.
Figura 22 - Bomba de parafuso com dois fusos
Existem bombas com trs fusos. Nelas, o fuso rotor central um helicide de
passo duplo e os rotores helicoidais laterais so conduzidos pelo fuso central, ocorrendo rolamento
sem escorregamento das superfcies dos helicides em contato.
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CLCULO DE POTNCIA (N) DE BOMBAS HIDRAULICAS
N = F.V = P . A. V = P.Q )s/m(Q).pa(PN 3w ====
n.60.10.10
min)/l(Q.10).bar(PN
33
5
kw====
= n.600
min)/l(Q).bar(P
n.600
min)/l(Q).980665,0).(cm/kgf(PN
2
kw ==== = n.8,611min)/l(Q).cm/kgf(P 2
n.8,611x7355,0
min)/l(Q).cm/kgf(PN
2
cv ==== = n.450min)/l(Q).cm/kgf(P 2
n.450x980665,0
min)/l(Q).bar(PNcv ==== = n.3,441
min)/l(Q).bar(P
n.3,441x1,01387
min)/l(Q).bar(PNhp ==== = n.4,447
min)/l(Q).bar(P
n.4,447
min)/l(Q.980655,0).cm/kgf(PN
2
hp ==== = xn2,456min)/l(Q).cm/kgf(P 2
n.2,456x223,14
min)/l(Q).psi(PNhp ==== = xn5,6488
min)/l(Q).psi(P
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2.3 Fluidos Hidrulicos.
So produtos destilados de petrleo, sintticos ou a base de gua.
2.3.1 Funes do leo hidrulico:
Transmisso de presso.
Lubrificao dos rgos mveis.
Arrefecimento do calor gerado na transformao de energia.
Amortecimento de oscilaes.
Proteo contra corroso.
Remoo de impurezas.
2.3.2 Propriedades e caractersticas dos fluidos hidrulicos:
Viscosidade:de 15 a 100 mm2/s.(cSt)
Densidade: em torno de 0,9kg/dm3
Condutividade trmica:boa
Calor especfico: elevado
Ponto de inflamao: 180o a 200oC
Ponto de combusto: aprox. 40
o
maior que o anteriorPonto de solidificao: -10o a -15o C
Compressibilidade:reduo de aprox. 0.7% do volume para 100 bar
Resistncia ao envelhecimento (oxidao ,polimerizao,formao de espumas,etc).
2.3.3 Viscosidade
A viscosidade de um fluido qualquer a medida da resistncia que ele oferece ao
escoamento. Nos leos ela varia inversamente proporcional temperatura. Se alta, a
viscosidade pode dificultar o escoamento em vlvulas, dutos e mangueiras, bem
como produzir aes de retardo nos acionamentos e grandes perdas de presso. Se
baixa, pode gerar perdas por fugas e reduzir o poder lubrificante. A viscosidade
aumenta quando a presso sobe. At aproximadamente 200 bar o aumento
moderado. Acima desse valor, a viscosidade aumenta consideravelmente. A cerca de
350 a 400 bar a viscosidade j aumenta em aproximadamente em 100%.
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ndice de Viscosidade (IV): Determina o grau de independncia da viscosidade
em funo da temperatura, ou seja, quanto maior o IV mais estvel o leo em
relao temperatura. Assim, um leo com alto IV tem uma pequena variao deviscosidade em relao temperatura. A maior parte dos sistemas hidrulicos
industriais requer um fluido com um ndice de viscosidade de 90 ou mais.
O IV indica, tambm, a natureza (tipo) do leo bsico empregado. Os leos
parafnicos tem, usualmente, um IV prximo ou acima de 100; os leos semi-
naftnicos tem IV por volta de 30 e os produtos naftnicos (que normalmente contm
um elevado teor de aromticos) tem IV prximo de 0.Medidas de Viscosidade: mm2/ s Centstokes (cSt) a 40 C
Segundos Saybolt Universal (SSU)
Grau Engler (E)
2.3.4 Densidade
Depende da temperatura e presso. Se aumentarmos a temperatura aumentaremos o
volume e diminuiremos a densidade. Se aumentarmos a presso, diminuiremos o
volume e aumentaremos a densidade.
2.3.5 Condutividade trmica
determinada para a troca de calor entre o leo e tanque, resfriador e aparelhos de
medio. A troca de calor relativamente lenta. As temperaturas de operao no
devem ultrapassar os 60C, as presses devem ser baixas e os tanques grandes(aprox. 3 at 5 vezes a capacidade da bomba). Para elevadas temperaturas de
operao usa-se resfriador do leo.
2.3.6 Calor especfico
Quanto mais elevado,mais calor pode ser admitido. Quantidade de calor Q,
necessria para elevar em 10C, a temperatura de 1 Kg de material. O calor
especfico do leo de aproximadamente 0.45 at 0.5 Kcal/Kg.
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2.3.7 Ponto de inflamao
Quando o leo est com temperatura elevada e na presena de centelha ele inflama.
Para leos que trabalham em elevadas temperaturas precisam de aditivos so os
chamados Fludos resistentes ao fogo.
2.3.8 Ponto de combusto
Temperatura na qual o leo queima espontaneamente
2.3.9 Ponto de solidificao
Temperatura na qual, sob a influncia da gravidade, o leo deixa de fluir.
2.3.10 Compressibilidade
Depende principalmente da presso e em menor escala da temperatura. As
conseqncias da compressibilidade aumentam pelo alargamento elstico de
tubulaes e mangueiras. Conseqentemente, podem surgir provveis retardamentos
nas comutaes, avanos irregulares em mquinas operatrizes e o efeito STICK-SLIP
(Deslizamento aos trancos).
O efeito STICK-SLIP ocorre devido ao acionamento rpido de vlvulas de controle
direcional, pis h uma energia liberada onde podem ocorrer as batidas de
descompresso que soam metlicas e duras, pois os picos de presso chegam a ter
at uma velocidade de 1000m/s. Para diminuir este efeito deve-se prolongar o tempo
de acionamento atravs de vlvulas reguladores de fluxo unidirecional (at 0.5
segundos) ou utilizando vlvulas proporcionais(tempo de acionamento de at 5
segundos disponvel). Para processos de contra-presso, utilizam-se vlvulas de
frenagem (vlvulas de presso).
Ar dissolvido: os leos hidrulicos contm, em condies atmosfricas normais,
aproximadamente 9% do volume de ar em forma molecularmente dissolvida, estando
no estado de saturao. Em geral a quantidade de ar dissolvido no leo depende de:
presso, temperatura, tipo de leo, etc. O ar dissolvido no influencia nas qualidades
do leo hidrulico.
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No caso de uma queda de presso (no alcanando o limite de saturao), o leo
libera ar dissolvido aparecendo ento as bolhas de ar, elas podem penetrar no sistema
hidrulico atravs de pontos de baixa presso (linha de suco de bomba, nas
vlvulas de estrangulamentos, etc.) que simultaneamente com vazamentos permite aentrada de ar externo.
Importante:
A exausto de um sistema hidrulico (retirada de bolhas de ar), deve ser a uma
presso to baixa quanto possvel e temperatura de servio (aproximadamente
50C). Neste caso as conexes dos cilindros devem estar em cima. A exausto
facilitada pelos respectivos parafusos ou vlvulas automticas.
A elasticidade do leo a uma baixa presso de servio , ocorre no caso de alvio de
presso , pois so liberadas quantidades considerveis de ar dissolvido.
A elasticidade do leo a uma alta presso de servio. A compressibilidade do leo
(com ar dissolvido) depende muito da presso e pouco da temperatura . O leo
comprimido sob presso (cada 100 bar de aumento de presso significa uma reduo
de 0.7% do volume), estende-se novamente depois ao alvio.
2.3.11 Resistncia ao envelhecimento
2.3.11.1 Oxidao
O ar combina-se com hidrocarbonetos no saturados (com freqncia) do leo
acarretando uma reao entre o leo e oxignio do ar. Resulta em baixa capacidade
de lubrificao na formao de cido e na gerao de partculas de carbono e
aumento da viscosidade do fluido. A oxidao favorecida por:
Alta temperatura do leo;
Quantidade de oxignio absorvida do ar;
Impurezas: partculas de material ou desgaste, ferrugem, tinta, catalisadores metlicos,
tais como cobre, ferro ou chumbo.
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2.3.11.2 Polimerizao
Combinaes qumicas de molculas para a formao de molculas grandes,
formao de sedimentos resinosos e partculas pegajosas. O envelhecimento do leo
pode ser evitado se no se produz mistura com ar e se as temperaturas no foremexcessivas. A vida til do leo hidrulico, em funcionamento normal, pode atingir
at 2500 horas. O leo tambm envelhece quando o equipamento est fora de
servio.
2.3.11.3 Formao de espuma
favorecida pela tenso superficial do leo, viscosidade elevada ou sujeira emforma de partculas slidas (desprendimento de metal de desgaste).
A causa de formao de espuma sempre a admisso de ar em conseqncia de :
Turbulncia no tanque de leo. Tanque muito pequeno,contedo reduzido
A bomba espira ar. Falha de vedao na tubulao de suco ou na bomba.
A tubulao de retorno termina acima do nvel de leo. O ar arrastado.
No foi executado a sangria no momento da colocao em funcionamento. Asalmofadas de ar soltam-se sob presso; ao produzir-se alvio, forma-se espuma.
Conseqncias da formao de espuma:
Altera-se a capacidade de carga da pelcula de lubrificao.
Diminui a resistncia contra o envelhecimento, devido a maior oxidao.
Aumenta a compressibilidade
Provveis sinais de cavitao na bomba.A quase todos os leos hidrulicos so acrescentados aditivos para melhorar o
comportamento da espuma(distenso do leo); via de regra so leos de silicone
numa concentrao inferior a 0.001%
Os aditivos antiespumantes no permitem que bolhas de ar sejam recolhidas pelo
leo, o que resulta numa falha do sistema de lubrificao Estes inibidores operam
combinando as pequenas bolhas de ar em bolhas grandes que se desprendem dasuperfcie do fluido ou estouram.
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2.3.12 Reservatrios Hidrulicos
Os reservatrios hidrulicos consistem de quatro paredes (geralmente de ao); uma
base abaulada; um topo plano com uma placa de apoio, quatro ps; linhas de suco,retorno e drenos; plugue do dreno; indicador de nvel do leo; tampa para
respiradouro e enchimento; tampa para limpeza e placa defletora (Chicana). A
funo de um reservatrio conter ou armazenar o fluido hidrulico de um sistema.
2.3.13 Funcionamento
Quando o fluido retorna ao reservatrio, a placa defletora impede que este
fluido v diretamente linha de suco. Isto cria uma zona de repouso onde as
impurezas maiores sedimentam. O ar superfcie do fluido e d condies para que o
calor, no fluido, seja dissipado para as paredes do reservatrio. Todas as linhas de
retorno devem estar localizadas abaixo do nvel do fluido e no lado do defletor
oposto linha de suco.
2.3.14 Classificao segundo as normas:
2.3.14.1 Classificao ISO:
Analogamente a SAE, a ISO (International Standards Organization) fez uma
classificao levando apenas em conta a viscosidade do leo lubrificante,
desconsiderando o seu uso. O grau ISO indica que o lubrificante indica que a
viscosidade do leo pode variar at 10% acima ou abaixo daquele valor. Como
exemplo o leo ISO VG 68, a sua viscosidade pode variar de 61,2 a 74,8
centistokes.
2.3.14.2 Classificao DIN:
A norma DIN baseia-se na qualidade do leo mineral, de maneira que as duas se
completam, ela classifica os leos lubrificantes como a seguir:
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C - leo lubrificante para circulao
CL - Idem, com maior poder anticorrosivos
H-L - leos hidrulicas sem aditivos antidesgaste
H-LP - Idem, com aditivos antidesgaste
ISO ASTM
Classe deViscosidade
Faixa de ViscosidadeCinemtica a 40 (mm2/s)
Viscosidade SSUSegundos Saybolt Universal
VG 10 9,0 a 11,0 60
VG 22 19,8 a 24,2 100
VG 32 28,8 a 35,2 150
VG 46 41,4 a 50,6 200
VG 68 61,2 a 74,8 300
VG 100 90,0 a 110,0 500
O leo hidrulico contm, em condies normais de presso, aproximadamente 9% do volume
de ar dissolvido (saturado).
Letras de identificao:
H- leo mineral resistente ao envelhecimento, sem aditivos.
L- aditivos contra corroso ou envelhecimento.
P- aditivos para aumentar a capacidade de carga (presso)
D- aditivos de detergentes ou dispersveis.
2.3.15 Fluidos Resistentes ao Fogo
O liquido sob presso utilizado com maior freqncia no leo hidrulica o leo
mineral. O problema na utilizao deste leo a sua inflamabilidade. Portanto, nos
casos de risco elevado de incndio, utiliza-se os fludos resistentes ao fogo, que na
realidade so lquidos de pouca inflamabilidade , ou seja, apenas evitam a
propagao do fogo.
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Os fludos resistentes ao fogo so empregados nos casos em que o lquido pode
entrar em contato com metais muito quentes ou incandescentes, ou com fogo, quando
ocorrem vazamentos ou rupturas de tubos. Como exemplo temos os casos da
mquina de fundio sob presso, prensas de forjar, equipamentos de regulagem paraturbinas de usinas eltricas, instalaes siderrgicas e de laminao. As
caractersticas dos fludos resistentes ao fogo se diferem em muito aos leos
hidrulicos base de leos minerais. Devido a isto, devemos reduzir as
caractersticas de funcionamento (velocidade , presses) e o limite de durao.
Na utilizao de fludos resistentes ao fogo deve-se observar a compatibilidade com
os vrios tipos de equipamentos utilizados. Na prtica, os elementos mais crticos nautilizao destes fludos so as bombas.
Uma caracterstica inconveniente do fluido proveniente do petrleo que ele inflamvel. No
seguro us-lo perto de superfcies quentes ou chama. Por esta razo, foram desenvolvidos vrios
tipos de fluidos resistentes ao fogo.
Classificao: HFA, HFB, HFC, HFD
HFA:emulso em gua, com no mximo 20% de leo.
HFB:emulso em gua, com no mximo 60% de leo.HFC:soluo de gua e poliglicol.
HFD:lquidos sintticos sem gua- ster de fosfato.- Hidrocarbonetos clorados.
2.3.15.1 Emulso de leo em gua
A emulso de leo em gua resulta em um fluido resistente ao fogo que consiste
de uma mistura de leo numa quantidade de gua. A mistura pode variar em torno de
1% de leo e 99% de gua a 40% de leo e 60% de gua. A gua sempre o
elemento dominante. Viscosidade muito baixa, portanto, grandes perdas por fugas.
Preo bem vantajoso. Utilizada principalmente na minerao subterrnea.
2.3.15.2 Emulso de gua em leo
A emulso de gua em leo um fluido resistente ao fogo, que tambm conhecido como
emulso invertida. A mistura geralmente de 40% de gua e 60% de leo. O leo dominante. Este
tipo de fluido tem caractersticas de lubrificao melhores do que as emulses de leo em
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gua.Aditivos corrosivos. Poder lubrificante e viscosidades semelhantes aos leos minerais puros.
No muito utilizado, pois nem sempre est garantida a sua inflamabilidade.
2.3.15.3 Fluido de gua Glicol
O fluido de gua glicol resistente ao fogo uma soluo de glicol
(anticongelante) e gua. A mistura geralmente de 60% de glicol e 40% de gua. O
teor de gua e os aditivos anticorrosivos devem ser sempre controlados. A proteo
contra desgaste melhor que os fludos HFA e HFB. Pode ser utilizado com a
maioria das gaxetas padro. Utilizado na minerao ou em mquinas de fundio sob
presso.
2.3.15.4 Sinttico
Os fluidos sintticos, resistentes ao fogo, consistem geralmente de steres de
fosfato, hidrocarbonetos clorados, ou uma mistura dos dois com fraes de petrleo.
Este o tipo mais caro de fluido resistente ao fogo. Os componentes que operam
com fluidos sintticos resistentes ao fogo necessitam de guarnies de material
especial. Possuem alta resistncia ao envelhecimento e boa proteo ao desgaste.
Pode ser utilizado em largas faixas de temperatura de servio. M compatibilidade
com gaxetas convencionais e pinturas a tinta. So necessrias gaxetas de viton.
Apresenta problemas em relao ao meio ambiente, pois os hidrocarbonetos so
muito venenosos.
2.3.16 Filtrao
Em geral necessrio para o fluido de servio a classe de pureza 9 segundo a norma
NAS 1638. Este se obtm com um filtro 20 75. Para assegurar uma elevada vida
til recomendamos a classe de pureza 8 segundos NAS 1638, obtida com um filtro
10 100. RS 07 075/07.98.
Deve-se levar em conta tambm s indicaes e as correspondentes folhas de dados
dos distintos componentes hidrulicos. Em caso de equipamento com partes
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delicadas (como por exemplo, servovlvulas) se deve adaptar a preciso de filtrao
na parte mais delicada. Os leos novos freqentemente no satisfazem as condies
de abastecimento destes requisitos de pureza. Ao repor leo se requer por isso uma
cuidadosa filtrao. Pode-se tomar conhecimento da classe NAS dos leos emcondies de abastecimento atravs do fornecedor dos mesmos. Os leos
empregados devem apresentar uma boa filtrao no somente quando so novos
destinados tambm durante toda sua vida til. Presenciam-se significativas
diferenas em funo dos aditivos empregados. Deve-se impedir o servio do
equipamento com um filtro obstrudo mediante uma proteo eltrica. A manuteno
da classe de pureza exigida requer uma cuidadosa filtrao na ventilao do tanque.Em ambientes midos se requer o emprego de slica-gel.
2.3.17 Misturas de diferentes leos hidrulicos
Ao se mesclar leos de distintos fabricantes ou distintos tipos do mesmo fabricante,
se podem apresentar formaes de lodos ou sedimentaes. Isto provoca em
determinadas circunstncias, avarias e danos em um sistema hidrulico. Por estemotivo no se tem nenhuma garantia ao se utilizar leos misturados. Em geral se
observa que leos da mesma norma nem sempre so compatveis entre si. Deve-se
esclarecer por isso, que em caso de avarias devido mistura de leos de distintos
fabricantes que o agregado de aditivos, no se pode em geral determinar
responsabilidades.
2.3.18 Riscos dos fluidos hidrulicos
Os efeitos da exposio a qualquer substncia txica dependem da dose, da durao,
da maneira como se est exposto, seus hbitos e caractersticas pessoais e da
presena de outras sustncias qumicas. A exposio a fluidos hidrulicos ocorre
principalmente no trabalho. Beber certos tipos de fluidos hidrulicos podem causar a
morte em seres humanos, e ingerir ou respirar certos tipos de fluidos hidrulicos
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provocaro dano ao sistema nervoso em animais. O contato com certos tipos de
fluidos hidrulicos pode irritar a pele ou aos olhos.
2.3.19 Fluidos hidrulicos e o meio-ambiente.
Os fluidos hidrulicos podem entrar em contato com o meio-ambiente por derrames,
escapes de mquinas. Ao ser derramado no solo, algum dos componentes dos fluidos
hidrulicos permaneceram na superfcie enquanto que outros se infiltram na bacia de
gua subterrnea. Na gua, alguns dos componentes dos fluidos hidrulicos passaro
profundamente e podem permanecer ali por mais de um ano. Certas sustncias
qumicas dos fluidos hidrulicos podem degradar-se no ar, no solo, na gua, mas no
se sabe qual a quantidade que se degrada. Peixes que habitam guas contaminadas
podem conter certos fluidos hidrulicos.
2.3.20 Exposio e cuidados com a sade.
Podemos nos expor ao dos fluidos hidrulicos atravs do contato ou da
ingesto, ou ainda respirando fluidos hidrulicos no ar em torno de mquinas que
usam fluidos hidrulicos. Outra forma atravs do contato com gua ou terrenoscontaminados por resduos perigosos ou em plantas de manufatura industrial que
usam ou fabricam fluidos hidrulicos.
Pouco se sabe acerca de como a sade pode ser afetada pelos fluidos
hidrulicos. Devido aos fluidos hidrulicos serem efetivamente misturas de
sustncias qumicas, alguns dos efeitos observados podem ser causados por aditivos.
Os efeitos de respirar ar com altos nveis de fluidos hidrulicos em seres humanosno so conhecidos. A ingesto de grandes quantidades de certos fluidos hidrulicos
podem produzir pneumonia, hemorragia intestinal ou a morte. Em um trabalhador
que tem contato com uma grande quantidade de fluidos hidrulicos se observa
debilidade das mos. Em coelhos que ingerem nveis muito altos de um tipo de
fluido hidrulico se observam problemas para respirar, congesto pulmonar e
adormecimento. Animais que tragam ou inalam outros fluidos hidrulicos sofreramtremores, diarria, dificuldade para respirar, e em algumas ocasies, debilidade das
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extremidades e paralisia vrias semanas mais tarde. Em contato com os olhos, se
observa vermelhido e inchao. No se sabe se os fluidos hidrulicos podem
produzir defeitos de nascimento ou se afetam a reproduo.
2.4 Equipamentos de tratamento do ar
O ar atmosfrico, matria-prima para a produo de ar comprimido, apesar de
barato e abundante, requer tratamento antes, durante e aps a compresso, haja vista
a necessidade de remoo das impurezas contidas, tais como poeira e umidade, bem
como pelas transformaes sofridas durante o processo, principalmente o aumento de
temperatura. Por isso o ar submetido filtrao, resfriamento, secagem e, em
muitos processos industriais, lubrificao, para facilitar o deslocamento de rgos
mveis dos componentes atravs dos quais passa, bem como a sua manuteno.
FILTROS:
Os filtros tm como funo reter partculas slidas, gua condensada e
tambm leo, j que muitos compressores utilizam leo misturado ao ar durante a
compresso como forma de minimizar as perdas atrito. A granulometria do elemento
filtrante funo da sua aplicao, variando desde 50 micros, para cilindros e
ferramentas pneumticas em geral, at aproximadamente 5 micros, para filtros
removedores de leo. Por ocasio da filtrao, parte do vapor dgua condensado, o
que requer a instalao de drenos, manuais ou automticos.
sem dreno com dreno manual
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RESFRIADOR:
Como o processo de compresso politrpico, o ar aquecido ao passar de um
estado de baixa para um estado de alta presso, chegando a atingir temperatura de
250 C, o que torna obrigatrio o resfriamento, sob pena de comprometer a funo do
leo lubrificante, com conseqncias danosas para os rgos moveis do compressor,
como tambm de reduzir o rendimento volumtrico do reservatrio de ar
comprimido. Para tanto so empregados resfriadores a gua ou a ar,
instalados entre os estgios do compressor (resfriadores
intermedirios) e entre o ltimo estgio e o reservatrio (resfriador
posterior), aproximando assim a curva de compresso de uma isotrmica. Visto que
essa mudana de estado provoca a condensao de parte do vapor dagua contido no
ar, os resfriadores, assim como os filtros, so tambm dotados de drenos (tambm
chamados purgadores).
SECADOR:
Mesmo havendo a drenagem de parte do vapor dagua, por ocasio da filtrao
e do resfriamento, na maioria das vezes necessrio um processo especfico a
secagem - para a desumidificao necessria do ar comprimido. A secagem pode ser
feita por refrigerao, quando o ar a ser secado resfriado, fazendo
com que o vapor dagua seja condensado, ou baseada em processos
de absoro ou de adsoro, quando o ar posto em contato compastilhas (de cloreto de clcio, cloreto de ltio, oxido de silcio ou alumina) que
fazem a remoo da umidade.
DRENOS:
Empregados em todos os equipamentos em que se possa fazer a retirada de
condensado, tais como resfriadores, secadores, filtros e reservatrios, ou em trechoslongos da tubulao. Podem ser de atuao manual ou
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automtica.
manual automtico
LUBRIFICADOR:
O ar desumidificado, ao se deslocar no interior de vlvulas e cilindros, tende a
remover a umidade neles contida, dificultando assim a movimentao destes
componentes, o que torna necessrio a sua lubrificao. Os lubrificadores so
componentes especficos de alguns equipamentos pneumticos e no da rede de ar
como um todo, haja vista que em aplicaes com fins medicinais ou
de manipulao de produtos alimentcios a lubrificao no pode ser
empregada pelos riscos que causa sade.
REGULADORAS DE PRESSO:
Embora no sendo um equipamento de tratamento, vale salientar aqui a necessidade
de uso de vlvulas reguladores de presso antes de cada equipamento consumidor de
ar comprimido, como forma de adequar a presso de alimentao as suas
especificaes.
com escape sem escape
Uma vlvula reguladora de presso tem como funo manter constante a presso de
trabalho, independente do consumo de ar e da presso da rede (*). A maioria dos
reguladores tem como princpio de funcionamento um diafragma (D) pressurizado
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por um lado pelo ar da sada (S) e pelo outro por uma mola (M) ajustada pelo
parafuso (P). Preso ao diafragma est o obturador
(P) inicialmente fechando a passagem do ar.
Quando a mola comprimida pelo parafuso, odiafragma sobe, deslocando o obturador e
permitindo a passagem do ar na presso justada. Se
o consumo diminuir, a presso de sada tende a
aumentar, o que aumenta a fora sobre o
diafragma, deslocando-o para baixo e diminuindo
assim a rea de passagem no obturador, estabilizando a presso. Quando o consumoaumenta, ocorre o oposto. Em resumo, o regulador mantm a presso de sada
constante, adequando a vazo do obturador ao consumo.
(*) Desde que as flutuaes da presso da rede no sejam inferiores presso ajustada
na vlvula.
UNIDADE DE PREPARAO:
Composta geralmente de filtro, regulador de presso e lubrificador. Tem a funo deadequar as condies do ar comprimido s exigncias do usurio (grau de filtrao,
presso e lubrificao, quando permitido). tambm conhecida como lubrefil, em
referncia aos equipamentos que a compem.
O
D
M
E S
P
Filtro Regulador Lubrificador de Presso
Simbologiasimplificada
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EXERCICIOS
01. Cite 04 vantagens do ar atmosfrico.
02. Cite 04 vantagens e 02 desvantagens do uso do ar comprimido.
03. O que diz o princpio de Pascal? Exemplifique.
04. Conceitue dando exemplos: a. presso atmosfrica. b. presso relativa.
c. presso absoluta.
05. Como varia a presso atmosfrica em funo da altitude?
06. Cite os principais processos de compresso do ar e diga qual o ideal.
07. Como se classificam os compressores segundo o fluxo de ar?
08. Como se classificam os compressores segundo o princpio de trabalho?
09. Em relao ao item anterior, diga o princpio de funcionamento de cada grupo.
10. Cite uma vantagem dos compres. rotativos sobre os compressores. de mbolo.
11. Como se subdividem os compressores de deslocamento positivo?
12. Cite uma caracterstica "marcante" dos compressores abaixo:
- Fluxo radial - Fluxo axial
- Pisto - Anel lquido
- Diafragma hidrulico.
13. Diferencie: - simples e duplo efeito
- um estgio e dois (ou mais) estgios.
14. Cite trs funes de um resfriador intermedirio.
15. Como podem ser os resfriadores?
16. O que se pretende, quando se aumenta o nmero de estgios em um compressor de mbolo?
17. Cite trs dos processos de secagem do ar comprimido.
18. D a simbologia dos elementos seguintes: compressor, secador, lubrificador, regulador de
presso e resfriador intermedirio.
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2.5 Atuadores:
So os equipamentos que efetivamente realizam trabalho, atravs da transformao
da energia de presso em energia mecnica, notadamente, cilindros e motores. .
2.5.1 Cilindros:
So os responsveis pela transformao da energia de presso em energia mecnica
de translao e podem ser, basicamente dos seguintes tipos:
- SIMPLES EFEITO.
O fluido executa apenas um dos movimentos, enquanto o outro se d, geralmente,
atravs de uma mola. So comandados atravs de vlvulas de controle direcional de
3 vias.
- DUPLO EFEITO.
O fluido executa agora tanto o movimento de avano como o de recuo do cilindro .
So comandados atravs de vlvulas de controle direcional de 4 ou 5 vias.
- HASTE DUPLA.
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Tem como vantagens o fato de podermos utilizar as duas extremidades da haste naexecuo de trabalhos, permitindo assim o uso de todo o curso do embolo, visto que
a haste melhor apoiada, como tambm de ter iguais foras de avano e recuo. So
tambm comandados atravs de vlvulas de controle direcional de 4 ou 5 vias.
- SEM HASTE.
composto de um cilindro (geralmente de alumnio), uma luva de material ferroso
envolvendo este e de um embolo, no qual uma fita magntica fortemente presa,
fazendo com que a luva, por ao magntica, acompanhe os movimentos do embolo.
Tem como vantagem o fato de podermos utilizar cilindros com cursos de at 6.000
mm, com uma flexo mnima, visto que a luva, que executa o trabalho, apoiada
sobre o cilindro. Tem como limitao a fora da ao magntica sobre a luva, da
ordem de 400 N.
- COM AMORTECIMENTO VARIVEL.
Neste tipo de atuador podemos reduzir o choque entre o embolo e as tampas do
cilindro atravs de amortecedores pneumticos devidamente instalados nas cmaras
dianteira e/ou traseira, reduzindo assim o rudo e, principalmente aumentando a vida
til do cilindro.
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- DUPLEX GEMINADO.
Este tipo de cilindro tem como principal vantagem o fato de dispormos de dois
cilindros opostos em uma mesma camisa, possibilitando assim que a ponta de uma
das hastes possa alcanar diversas posies, bastando para isto que se mantenha
presa a outra haste.
- DUPLEX CONTNUO.
Este tipo de cilindro tem como principal vantagem o fato de dispormos de dois
cilindros em srie, em uma mesma camisa, possibilitando assim uma maior fora til,
sem aumento do dimetro do cilindro.
-
TELESCPICO.Este tipo de cilindro empregado quando se faz necessrio um grande curso, como
por exemplo em pequenos elevadores, empilhadeiras ou mquinas de terraplenagem
de carga, sendo usado preferencialmente na posio vertical. Podem ser de simples
ou duplo efeito.
Simples efeito Duplo efeito
- CILINDRO DE IMPACTO
Cilindro pneumtico utilizado em pequenas prensas. Para se obter grande
energia cintica, as duas cmaras so pressurizadas ao mesmo tempo, o que impede oavano devido a diferena entre as reas. Quando a cmara dianteira
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despressurizada o mbolo avana fazendo com que a rea de atuao do ar seja a do
cilindro. Com o rpido aumento da rea traseira, o mbolo arremessado com grande
velocidade (cerca de 8 m/s), o que se traduz em um forte impacto que objetiva cortar,
dobrar, rebitar ou outra operao tpica de uma prensa de impacto.
Simbologia
2.5.2 Motores:
So os responsveis pela transformao da energia de presso em energia
mecnica de rotao. Utilizados principalmente como acionadores de ferramentas
manuais, tem tambm larga aplicao na indstria, principalmente em ambientes
com vapores de gases inflamveis, como tambm pelo baixo consumo de energia e
velocidade varivel. Podem ser:
com um sentido de rotao com dois sentidos de rotao
fluxo fixo fluxo fixo
Pneum. Hidr.
com um sentido de rotao com dois sentidos de rotaofluxo varivel fluxo varivel
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A aha
a
So classificados, conforme a construo, nos seguintes tipos:
- TURBINA.
- PALHETAS.
- ENGRENAGENS.
- PISTES RADIAIS.
- PISTES AXIAIS.
2.5.3 Consumo de ar
O consumo de ar (Q) de um cilindro de simples efeitodado por
Q = A x L x Nc x Rc ,
1000Sendo Q consumo de ar em litros/min; A rea do cilindro em cm2;
L curso do pisto em cm; Nc nmero de ciclos/min
Rc razo de compresso Rc=Patm
PatmPt+;
Pt presso de trabalho Patm presso atmosfrica
Para cilindros de duplo efeito o consumo calculado levandose em considerao o
avano e o retorno. Para umcilindro de duplo efeito, com haste simples, o consumo
dado por
Q = (A + a) xL xNc x Rc , sendo a a rea til do lado da haste, com a= A
ah
1000
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Para um cilindro de haste duplao consumo dado por
Q = (2x a) xL xNc x Rc , sendo a a rea til em ambos os lados, com a= A
ah1000
2.5.4 Clculo de foras
A fora til (Fu) de um cilindro de simples efeito(retorno por mola) dado por
Fu = (P xA) Fr, com Fr= Fm+ Fat, onde Fr fora resistente em kgf/cm2;
Fu fora til em kgf; Fm fora da mola
em kgf;
P presso de trabalho em kgf/cm2;
Fat fora de atrito em kgf;
A= rea do cilindro em cm2;
Com cilindros de duplo efeito de haste simples, como as reas Ae a so diferentes,
calculamos as foras desenvolvidas no
avano e no retorno.
Para o avano a fora til (FuA) dada por FuA= P x A Fat
Para o retorno a fora til (FuR) dada por FuR= P x a Fat
2.5.5 Atuadores rotativos
So motores com giro limitado e intermitente.
a a
FuA
A aha
Fu
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2.5.6 Conversores hidropneumticos
So equipamentos que convertem energia (presso) de sistemas pneumticos para
hidrulicos e empregados sobretudo quando requerida uma velocidade de avano
ou retorno uniforme, conseguida atravs do controle de fluxo do leo. Podem sercom e sem aumento de presso.
Conversores sem aumento de presso.
So empregados como fonte de presso para pequenos sistemas hidrulicos,
porm com a mesma presso do sistema pneumtico.
Conversor arleo com mbolo Conversor arleo sem mbolo
Conversores com aumento de presso (Intensificadores de
presso)
So empregados como fonte de presso para pequenossistemas hidrulicos que necessitam de presses maiores
que a do sistema pneumtico
A presso Pa multiplicada pela relao de reduo entre as reas Ae B, resultando
Pb = Pax (A/B)
Exemplos de emprego de conversores hidropneumticos
Pa Pb
A B
Simbologia
Conversor arleo
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Cilindro
Controlador Hidrulico
AB
2.5.7 Controladores hidrulicos de velocidade
So equipamentos auxiliares aos circuitos pneumticos. Atravs do controle de fluxo
do leo do controlador, regulam de forma eficaz a velocidade dos cilindros
pneumticos a eles conectados.
O controlador consiste em um cilindro hidrulico com as cmaras interligadas
atravs de uma vlvula controladora de fluxo unidirecional, com um acumulador
para compensar as diferenas de reas entre as duas cmaras (se o cilindro for de
haste simples). Tal cilindro tem a sua haste conectada haste do cilindro pneumtico
cuja velocidade se quer controlar.
Intensificador de presso
leo
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O cilindro pneumtico, ao avanar, arrasta consigo a haste do controlador, forando
o leo do controlador a escoar do lado da haste para o lado do mbolo. Ao passar
pela vlvula reguladora de fluxo (A) o leo parcialmente retido, o que controla a
velocidade de avano do cilindro pneumtico. Como o volume deslocado pelacmara do lado da haste menor que o volume que se expande do lado do mbolo, o
acumulador (B) faz o suprimento necessrio, recolhendo o excesso durante o
movimento de retorno.
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53
EXERCICIOS
1. Quais os elementos que compem uma unidade de preparao de A.C.?Faa representao de cada um deles.
2. D duas funes do filtro e os cuidados necessrios para um bom funcionamento do mesmo.
3. Qual a funo e como podem ser os drenos? Faa a representao dos mesmos.
4. D os tipos de reguladores de presso e suas respectivas simbologias.
5. Porque o ar comprimido precisa ser lubrificado? Em que casos isso no acontece? Quais osinconvenientes de cada caso?
6. Cite os principais tipos de cilindros pneumticos e faa a representao de cada um deles.
7. Faa o esboo de um cilindro pneumtico e nele indique as partes que o compe.
8. Como pode ser o amortecimento dos cilindros de duplo efeito ?
9. Faa a representao e d a funo dos cilindros abaixo:- Cilindro duplex contnuo- Cilindro duplex geminado-
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