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Uma visão geral sobre o campo da hidráulica, abordando conceitos fundamentais, como a definição do termo, as características e o uso de fluidos sob pressão, bem como diversas aplicações e componentes hidráulicos, como válvulas, filtros, acumuladores e circuitos de controle de fluxo. O texto fornece uma introdução detalhada aos princípios e tecnologias envolvidos na hidráulica, explorando suas aplicações em sistemas industriais e equipamentos diversos. Com uma descrição abrangente e ilustrações explicativas, este documento pode ser uma fonte valiosa de informações para estudantes, profissionais e entusiastas interessados em compreender melhor os fundamentos e as aplicações práticas da hidráulica.
Tipologia: Resumos
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DECAUX
Curso Sistemas Hidráulicos
José Eduardo de Caux
Apostila baseada no material de treinamento da empresa Parker Hannifin Ind. Com. Ltda
DECAUX
Sumário
DECAUX
Com a constante evolução tecnológica, tem-se no mercado a intensa necessidade do desenvolvimento de 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:
Introdução Hidráulica
DECAUX
Introdução
DECAUX
P = F / A
A = F / P
F = P. A
Lei de Pascal Hidráulica
DECAUX
DECAUX
Nesta multiplicação de forças teremos o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a distância de cada pistão seja inversamente proporcional às suas áreas. O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade.
Princípio enunciado por Lavoisier, "Na natureza nada se cria e nada se perde,
tudo se transforma." Não podemos criar uma nova energia e nem tão pouco
destruí-la e sim transformá-la em novas formas de energia.
DECAUX
Sistema de geração
Sistema de controle
Atuadores
Transmissão Transmissão
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Circuito hidráulico básico
Atuador
Motor - Bomba
Válvula segurança
Reservatório
Filtro
Válvula retenção Válvula com restrição direcional
DECAUX
Fluido hidráulico
DECAUX
Fluido hidráulico
DECAUX
GRAU ISO 32 46 68 100 150 320 Densidade a 20/4 °C 0,87 0,88 0,88 0,88 0,89 0, Ponto de Fulgor (VA)(°C) 230 240 250 264 276 300 Ponto de Fluidez (°C) -18 -18 -15 -15 -12 - Viscosidade a 40°C (cSt) 31,7 44,0 64,5 96,4 146,7 316 Viscosidade a 100°C (cSt) 5,42 6,60 8,43 11,03 14,52 24, Índice de Viscosidade 105 101 100 99 97 96 Índice de Acidez Total (mgKOH/g) 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 0,
Óleo para sistema hidráulicos que operem em condições severas de pressão e temperatura. Disponível nos graus ISO 32, 46, 68, 100, 150 e 320.
LUBRAX INDUSTRIAL SH-.......-AD é formulado com óleos básicos parafínicos e aditivos que evitam o desgaste e a corrosão das peças lubrificadas. Sua aditivação lhe garante resistência à oxidação e à formação de espuma.
Aditivos: Anticorrosivo, antidesgaste, antiespumante, antiferrugem, antioxidante e abaixador do ponto de fluidez
Exemplo fluido hidráulico
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Efeito água no óleo
Nota: Menos de 0,1 % (1.000 PPM) de água no óleo não é detectável pela aparência. A partir deste ponto o óleo se mostra turvo. 1 Gota = 0,05 ml
Fonte: Apostila INTECH
500 PPM = 0,05% 1.000 PPM = 0,10% 2.000 PPM = 0,20% 3.000 PPM = 0,30%
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Danos de Contaminação por Água
Fontes de Contaminação por Água
Prevenção da Contaminação por Água
Fluido hidráulico
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Especificações para limpeza do fluido
Norma ISO 4406 ou NAS 1638
Nível de limpeza fluido hidráulico Hidráulica
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Limpeza do fluido requerida para componentes hidráulicos
Componentes Código ISO
Controle e Servo Válvulas 16 / 14 / 11 Válvulas Proporcionais 17 / 15 / 12
Bombas / Motores de Palheta e Pistão 18 / 16 / 13 Válvulas de Controle Direcional e Pressão 18 / 16 / 13 Bombas de Engrenagens / Motores 19 / 17 / 14 Fluido novo não usado 20 / 18 / 15
Fluido ISO 21/19/17 (ampliação 100x) Fluido ISO 16/14/11 (ampliação 100x)
Nível de limpeza fluido hidráulico
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Procedimento para amostragem, treinamento e pontos de coletas
Análise Laboratorial
Fluido hidráulico (^) Hidráulica
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Análise Laboratorial
Para a constatação das condições do óleo e de anomalias existentes no reservatório, ensaios são realizados conforme abaixo:
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Filtros
Elementos de filtros de profundidade
Elementos de filtros de superfície
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 consequente 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
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Filtro de sucção Filtro de pressão Filtro de retorno
Filtros
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Indicação sujidade do elemento filtrante
Filtros
Especificação: Filtros absolutos; com elemento filtrante de retenção 2 - 5 ou 10 microns; beta 200 (99,5% de eficiência); com indicador visual de diferencial de pressão; modelo xxxxxx
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Reservatórios hidráulicos
Funcionamento
Componentes
Trocador calor
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Resfriador / trocador calor Ar x Óleo
Resfriador / trocador calor
Água x Óleo
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.
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DECAUX
Bomba de pistão axial de volume variável
Como funciona
DECAUX
Manômetros
O manômetro é um instrumento
mede um diferencial de pressão.
Dois tipos de manômetros são
utilizados nos sistemas
hidráulicos: o de Bourdon e o de
núcleo móvel.
Núcleo Móvel
Bourdon
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Válvula controle de pressão - Segurança
Controlam a pressão nos circuitos hidráulicos.
São utilizadas para:
Limitar a pressão máxima de um sistema (segurança) ; Regular a pressão reduzida em certas partes dos circuitos; Outras atividades que envolvem
mudanças na pressão de operação.
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Válvula controle de pressão - Segurança
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Válvula controle direcional
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Válvula controle direcional
Posições - Mínimo 2
N°Vias = N° Conexões
Vias
2 Vias – 2 Posições
3 Vias – 2 Posições
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Válvula controle direcional - Circuito Hidráulica
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Acionamentos válvula controle direcional
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Simbologia
Acionamento Válvula Direcional
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Simbologia
Acionamento Válvula Direcional
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Válvula controle direcional Hidráulica
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Carretéis das válvula controle direcional
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Válvula retenção
Permite o fluxo somente em uma direção, por isto é uma válvula unidirecional. 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.
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 e fluxo passa através da válvula. Se o fluido for impelido a entrar pela via de saída o assento é empurrado contra a sua sede. O fluxo estanca.
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Circuito com válvula retenção
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Válvula de controle com vazão variável
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Válvula de controle com vazão variável e retenção
Consiste em uma válvula controladora de vazão 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.
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Cilindro hidráulico
Atuadores hidráulicos lineares
Os atuadores hidráulicos
transformam trabalho hidráulico
em energia mecânica linear.
Eles constituem os pontos onde
toda a atividade visível ocorre, e
são uma das principais coisas a
serem consideradas no projeto da
máquina.
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Cilindro hidráulico
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Vedação do cilindro hidráulico Hidráulica
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Cilindro hidráulico
Final curso lento
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Cilindros hidráulicos Hidráulica
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Cilindro hidráulico
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Cilindro hidráulico - Atuador rotativo
Atuador de cremalheira
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Campo de Aplicação - São utilizados para: Em indexação de ferramental de máquina, operações de dobragem, levantamento ou rotação de objetos pesados, funções de dobragem, posicionamento, dispositivos de usinagem, atuadores de leme, etc.
Manuseio de Material; Máquina Ferramenta; Maquinaria de Borracha e Plástico; Equipamento Móbil; Robótica; Empacotamento;Comutação de Válvula; Indústria Múltiplo-Processo ; Marinha Comercial/Militar; Processamento de Alimento; Fabricação de Componentes Eletrônico; Linhas de Transferência;
Cilindro hidráulico - Atuador rotativo
Osciladores Hidráulicos O oscilador hidráulico é um atuador rotativo com campo de giro limitado. Um tipo muito comum de atuador rotativo é chamado de atuador de cremalheira e pinhão. Esse tipo especial de atuador rotativo fornece um torque uniforme em ambas as direções e através de todo o campo de rotação. Nesse mecanismo, a pressão do fluido acionará um pistão que está ligado à cremalheira que gira o pinhão. Unidades de cremalheira e pinhão do tipo standard podem ser encontradas em rotações de 90, 180, 360 graus ou mais. As variações dos atuadores de cremalheira e pinhão podem produzir unidades com saídas de torque de até 60 x 10 4 kgf.m.
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Circuito com acumulador
Se a bomba num circuito de prensagem, laminação ou de fixação, falha, o acumulador pode ser usado para manter a pressão do sistema, de modo que o material que está sendo trabalhado não seja danificado. Nesta aplicação, o volume do acumulador é muitas vezes usado para completar o ciclo da máquina.
Os acumuladores podem desempenhar uma gama muito grande de funções no sistema hidráulico. Algumas dessas funções são: manter a pressão do sistema, desenvolver o fluxo no sistema ou absorver choques no sistema. Um acumulador, numa emergência, poderá manter a pressão do sistema.
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Pré - Carga A pressão do gás (nitrogênio seco), que está presente no acumulador hidropneumático quando o mesmo é drenado, é a sua pré-carga. Quanto maior a pré-carga, menor é a quantidade de líquido que o acumulador retém. Contudo, isto não significa que o volume útil é diminuído.
Por exemplo, na tabela seguinte, pode-se ver que um acumulador de 231 in³, com uma pré-carga de gás de 100 psi, reserva 210 in³ de fluidos hidráulicos a uma pressão de operação de 2.000 psi, e 202 in³ de fluido a 1.500 psi, quando carregado adiabaticamente. Se o acumulador estivesse operando entre 1.500 psi e 2.000 psi, o volume útil seria de 8 in³
Carga do acumulador
O mesmo acumulador, com uma pré-carga de 500 psi, reserva 149 in³ a 2.000 psi, e 128 in³ a 1.500 psi, quando carregado adiabaticamente. O volume útil, neste caso, é 21 in³.
A pré-carga do gás para um acumulador hidropneumático é geralmente 100 psi menor do que a menor pressão do sistema.
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Carga do acumulador Hidráulica
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Q = V / t Q = v. A
Q = s / t. A
v = s / t
Q = vazão
V = velocidade
T = tempo
A = área
v = volume
S = espaço ou curso
litro / minuto
gpm
m³/seg
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Escala de Pressão do Vácuo
Pressão manométrica + 1kgf/cm²
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Simbologia
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Simbologia Hidráulica
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Simbologia
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Simbologia Hidráulica
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Simbologia
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Simbologia Hidráulica
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Simbologia
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Simbologia
Acionamento Válvula Direcional
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Simbologia
Acionamento Válvula Direcional
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Simbologia
Acionamento Válvula Direcional
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Simbologia
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Circuitos hidráulicos Hidráulica
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1- Pressão Alta-Máxima A válvula de controle direcional não está energizada e nessa condição a linha de pilotagem da válvula limitadora de pressão está bloqueada. A pressão do fluido recalcado é determinada pelo pré-ajuste da válvula de pressão.
1 - Pressão Intermediária O solenóide "B" da válvula direcional é energizado. O carretel muda de posição interligando a linha de pressão da válvula limitadora de pressão remota com a linha de pilotagem da válvula limitadora de pressão principal. A pressão do sistema é limitada pela válvula limitadora de pressão remota que, à distância, controla a válvula limitadora de pressão principal.
1 - Recirculando O solenóide "A" é energizado interligando a conexão de pilotagem da válvula limitadora de pressão principal com a linha de retorno para o tanque. Realizando esta operação, a única resistência que o fluido encontra é a resistência da mola que mantém o carretel na sua posição. Isso resulta em uma recirculação do fluxo de óleo para o tanque a uma pressão relativamente baixa.
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2 - O circuito regenerativo que está ilustrado consiste de uma bomba, uma válvula de alívio, uma válvula direcional com um orifício bloqueado e um cilindro 2:1. Com a válvula direcional na posição mostrada, ambos os lados do pistão do cilindro estão sujeitos à mesma pressão. O desequilíbrio de força resultante provoca o avanço da haste. A descarga de fluido do lado da haste é adicionada ao fluxo da bomba. Visto que, em um cilindro 2:1 a descarga de fluido do lado da haste é sempre a metade do volume que entra do lado traseiro, o único volume que é bombeado pelo fluxo da bomba é a outra metade do volume que entra do lado traseiro. Para calcular a velocidade da haste de um cilindro 2:1 quando este está em regeneração, a seção transversal da haste é usada nos cálculos.
2 - Para recuar a haste do cilindro, aciona-se a válvula direcional. A parte traseira do cilindro é drenada para o tanque. Todo o fluxo e a pressão da bomba são dirigidos para o lado da haste. Visto que a bomba está despejando o mesmo volume que o da parte traseira (metade do volume da parte traseira) a haste recua à mesma velocidade.
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5 - Velocidade do Trabalho É neste ponto do circuito que o came conectado à ponta da haste do cilindro aciona a válvula de desaceleração. À medida que o came aciona o rolete, o fluxo através da válvula é gradualmente cortado. Esta válvula permite que uma carga ligada ao pistão do cilindro seja retardada a qualquer ponto do seu percurso, desde que o amortecimento ainda não esteja operando. No restante do percurso, o óleo que sai do lado do cabeçote dianteiro do pistão passará pela válvula de controle de vazão (ajustada à taxa de trabalho necessária), passando pela válvula de controle direcional e de volta ao tanque. Deve ser notado que a válvula limitadora de pressão abriu porque o controle de vazão excedeu à resistência do sistema.. 5 - Retorno Neste croqui, o fluxo da bomba é direcionado através da válvula de controle até a válvula de retenção, a válvula de controle de vazão e a válvula de desaceleração. Pelo fato da válvula de retenção oferecer menor resistência, a maior parte do fluxo passará por ela. O fluido que sai da parte traseira do cilindro é direcionado através da válvula de controle direcional e de volta ao tanque.
5 - Avanço Rápido Em muitos circuitos hidráulicos, um avanço rápido do cilindro é necessário até que a porção de avanço aproxime- se da área de trabalho. Este circuito é conhecido como um circuito com aproximação rápida e avanço controlado.Para esta parte do circuito, a válvula direcional foi acionada e o fluxo da bomba é remetido para o cabeçote traseiro do cilindro. O fluxo de óleo da caixa flui livremente pela válvula de desaceleração. O fluido se movimentará através da válvula de controle direcional e voltará para o tanque.
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6- Cilindro Retornando Para o retorno do cilindro, a válvula de controle direcional é manualmente atuada. Isto direciona o fluxo da bomba para o cabeçote dianteiro do cilindro. A linha de pilotagem da válvula limitadora de pressão permanece fechada até o cilindro estar completamente retornado.
6 - Bomba em Descarga No final do retorno do cilindro, o came da válvula é atuado. Isto possibilita a passagem do fluido na linha de drenagem da válvula limitadora de pressão para o tanque. Por sua vez a válvula limitadora de pressão abre,causando a recirculação da bomba a uma baixa pressão..
6- Cilindro Avançado Para fazer um cilindro avançar, a válvula direcional é atuada. Isto direciona o fluxo da bomba para o cabeçote traseiro do cilindro, bem como fecha a válvula de retenção. Com a válvula de retenção fechada, o fluxo da pilotagem pára e a pressão de trabalho é obtida.
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8 - No circuito ilustrado, a válvula de controle de fluxo com pressão compensada tipo restritora está regulada para 11 litros/min. A válvula de alívio está regulada a 35 kgf/cm2. A pressão de trabalho-carga é de 14 kgf/cm2.A mola do compensador tem um valor de 7 kgf/cm2. Durante a operação do sistema, a pressão de trabalhocarga de 14 kgf/cm2 mais a mola de 7 kgf/cm2 empurra o êmbolo compensador. A bomba tenta empurrar o seu fluxo total de 20 litros/min através do orifício da válvula de agulha. Quando a pressão adiante da válvula de agulha alcança 21 kgf/cm2, o êmbolo do compensador se desloca e causa uma restrição ao fluido que está entrando. A pressão na entrada de controle de fluxo se eleva até o limite de ajuste da válvula de alívio que está a 35 kgf/cm2. À medida que o fluido passa pela restrição provocada pelo êmbolo compensador, 14 kgf/cm2 dos 35 kgf/cm2 são transformados em calor. A pressão antes da válvula de agulha fica limitada a 21 kgf/cm2.Desses 21 kgf/cm2, 14 kgf/cm2 são usados para vencer a resistência da carga: 7 kgf/cm2 são usados para provocar o fluxo pelo orifício da válvula de agulha. A taxa de fluxo, neste caso, é de 11 litros/min. Os restantes 9 litros/min são descarregados pela válvula de alívio..